微波技术传输线的阻抗匹配.ppt

第六节 传输线的阻抗匹配 一、阻抗匹配的概念 阻抗匹配是使微波系统无反射、载行波尽量接近行 波状态的技术措施。 1. 阻抗匹配的重要性 (1) 匹配时传输功率最大，功率损耗最小； (2) 阻抗匹配可改善系统的信噪比； (3) 功率分配网络(如天线阵的馈源网络)中的阻抗匹 配将降低幅度和相位的误差； (4) 阻抗匹配可保持信号源工作的稳定性； (5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量( )。 2. 阻抗匹配问题 1). 共轭匹配 目的：使信号源的功率输出最大。 条件： 满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为: 2) 无反射匹配 目的：使传输线上无反射波，即工作于行波状态。 条件：Zg= ZL= Z0 。 实际中传输线的始端和终端很难做到无反射匹配， 通常在信号源输出端接入隔离器以吸收反射波，而在传 输线与负载之间使用匹配装置用来抵消反射波。 信号源 隔离器 匹配器 负载 隔离器又称单向器，是非互易器件，只允许入射 波通过而吸收掉反射波，使信号源端无反射, 以稳定 信号源的工作状态。 二、阻抗匹配的方法 抗作为等效负载与传输线的特性阻抗相等。 匹配器是一个两端口的微波元件，要求可调以适应 不同负载，其本身不能有功率损耗，应由电抗元件构成。 匹配阻抗的原理是产生一种新的反射波来抵消实际 负载的反射波(二者等幅反相)，即“补偿原理”。 常用的匹配器有l/4 阻抗变换器和支节匹配器。 匹 配 器 阻抗匹配的方法是 在负载与传输线之间接 入匹配器，使其输入阻 1. l/4 阻抗变换器 由一段特性阻抗为Z01的 l/4 传输线构成。如图示，有： 由于无耗线的特性阻抗为实数，故 l/4 阻抗变换器 只能匹配纯电阻负载。当ZL=RL+jXL为复数时, 根据行 驻波的电压波腹和波节点处的输入阻抗为纯组： 匹配时， 可将 l/4 阻抗变换器接在靠近终端的电压波腹或波节点 处来实现阻抗匹配。 在 lmax 处接入，则 在lmin 处接入，则 单节l/4阻抗匹配器的主要缺点是频带窄。 当工作波长为 l0 时，l =l0/4 , 对单一工作频率f0 ，当 可实现匹配，即Zin=Z0 。当工作频率f ’ 偏离 f0 时， l =l0/4 ? l’/4 ，b l ? p/2， Zin ? Z0 。G ?0，而为： 由(3)、(4)可画出 ?G? 随q (或 f )变化的曲线 , 曲线作 周期为 p 的变化。设允许 ?G?? ?G?m，则其工作带宽对 应于 Dq 限定的频率范围。 由于q 偏离 p/2 时 ?G? 曲线 急剧下降, 故工作带宽很窄。 当?G?= ?G?m时, 则通带边缘上的q值为q1=qm、 q2=p-qm， 且由式(2)，有 通常用分数带宽Wq表示频带宽度， Wq与qm有如下关系 对于单一频率或窄频带的阻抗匹配而言，一般单节 l/4 阻抗变换器提供的带宽能够满足要求。但若要求在宽 带内实现阻抗匹配，就必须采用双节、三节或多节 l/4 阻抗变换器 (可参阅有关资料) 。 2. 支节调配器 支节调配器是在距终端负载的某一处并联或串联短 路或开路支节。有单支节、双支节或多支节匹配器，常 用并联调配支节。 1). 单支节匹配器 l ~ 导纳园图 并联单支节匹配器是在距 负载 d 处并联长度为 l 的短路 支节，利用调节 d 和 l 来实现 匹配的。 0 0.25 导纳园图 A C l ~ 单支节匹配器 D D C 0 0.25 导纳园图 F E 有两组解，通 常选d、l 较短的一 组解。 负载改变，则实 现匹配的 d、l 将随 之而变，这对同轴 线、带状线等传输 线十分不便，解决 的办法是采用双支 节匹配器。 2). 双支节匹配器 在单支节匹配器中改变d 是为了找到归一化电导分量 为1的参考面。由： 可知，线上某参考面的输入导纳不仅决定于该面与终 端的距离 d ，还决定于负载的情况。亦即改变负载情 况也可找到归一化电导分量为 1 的参考面。改变负载 的办法是在给定的负载上、或在离负载一定距离 d1 的 参考面上附加纯电纳。 双支节匹配器是在d1 处并联一长度为 l1 的短路支 节, 第二个短路支节的长度为l2 ，两支节的距离d2 固定； 为便于计算，常取 d2 =l/8、l/