射频技术阻抗变换与匹配.ppt

阻抗变换与阻抗匹配,一、重要工具SMITH图,阻抗归一,阅读：射频电路设计第三章、和第八章8.18.2节。,等电阻圆,等电抗圆,阻抗的表达,二、L形集总元件匹配网络,形式*,*射频电路设计p271,已知源阻抗ZS（50+j25) , 负载阻抗ZL（25j50) , 传输线的特征阻抗50 , 工作频率 2GHz。设计一L形匹配网络。,解：,1.归一化源和负载阻抗（或导纳）分别为：,2.画等电阻圆和等电导圆,3.四个交点（记为ABCD）分别为,共有四条移动路径：,4.计算电抗值：,以 为例：,从ZS移动到A，要并联电纳值为-j0.6, 在2GHz处等价电感值为,再从A移动到ZL*，要串联电导值为j0.4, 在2GHz处等价电感值为,四条移动路径对应四种电路形式：,例：利用SMITH图阻抗匹配,一般程序*,*射频电路设计p271,源和负载阻抗归一化,在Smith图上作过源阻抗的等电阻圆和等电导圆,在Smith图上作过负载的共轭阻抗的等电阻圆和等电导圆,找出上述圆的交点，并从源阻抗先移动到交点，再移动到负载的共轭阻抗。根据移动过程求电感和电容的归一化值，并得到电路形式。,四条移动路径对应四种电路及参数如下：,三、单短截线匹配电路,(a)并联短截线,(b)串联短截线,基本电路形式,基本思路：负载经一段长为d的传输线，阻抗变换到实部为特征阻抗，再并（或串）一共轭电抗，抵消虚部，则在端口与特征阻抗完全匹配。,例 *,*微波工程p196,将负载阻抗ZL60-j80用单短截线并联匹配电路匹配到50特征阻抗上。,解,1.阻抗归一化：,见图。,2.求YL沿等驻波比圆（等反 射系数圆）和等阻抗圆(?)的交点，见图上y1、y2。,并由图读出相应电纳和移动电长度。,3.求并联短截线长度,由上述值知，对于y1应当并联电纳为-j1.47的短截线。对于 y2应当并联电纳为j1.47的短截线。,假设选择终端短路形短截线，则从短路点（y= ）沿外沿向 着信号源方向移动到-j1.47，相应移动的长度,同理，移动到j1.47时移动的长度,3.频率依赖性,以2GHz为中心频率,*串联短截线的实例可参考微波工程p199-201.,例 *,*射频电路设计p291,将负载阻抗ZL60-j45用单短截线并联匹配电路变换到Zin75+j90, 微带线特征阻抗选择75.,解,1.阻抗归一化：,2.求YL沿等电导圆和Zin的等反射系数圆的交点，见图上A、B，并由图读出相应阻抗导纳。,3.计算各段微带线长度,I) 首先并联一短截线。并联电纳为,假设选择终端开路形短截线，则从开路点（y= ）沿外沿 移动到j0.45（或Zj2.222)，相应移动的长度,II) 由A到B的微带线长度直接从圆图外圆上A、B的差值读出。,若选择先从ZL移动到A，再移动到Zin的移动路径。,*双短截线匹配网络,射频电路设计p294,1.电路形式,其中，l1、l2、l3通常取/8或3 /8.而 ls1 、ls2要通过计算求解。,l1取/8 ，l2、l3取3 /8，从50+j50匹配到50 的过程。,四、四分之一波长变换器,4,形式,匹配段阻抗要求,简单而有用；窄带电路；只能匹配实数负载；,反射系数,可利用多次反射理论或加载微带的阻抗变化公式计算反射系数。,例如：1050匹配, 驻波比1.5(S11-14dB)时相对带宽29%.,五、多节匹配变换器,形式,假定所有支节阻抗单调变化，则根据小反射理论，总是能通过恰当地选择反射系数，并用足够多的节数来综合作为频率函数的反射系数响应。,二项式多节匹配变换器*,*微波工程p211,重要的设计公式,常数,可容忍的最大反射系数,相对带宽,二项式变换器设计表格,通常最终目标是实现低反射宽带匹配，首先试选择阶数N，计算常数A，并由容忍的最大反射系数计算带宽是否满足要求。如不能，则增加阶数重作上述步骤。,例,计算三节二项式变换器，匹配50的负载到100传输线。计算m=0.05时带宽。,解：,如果上述指标满足要求，查表（N3,ZLZ02, 注意取50为特征阻抗）得,利用工具计算微带线宽度和长度：,基片：FR4，介电常数：4.4，厚度：1mm，金属厚度0.038mm。中心频率2GHz。,验证模型：,切比雪夫多节匹配变换器,理想最平坦和切比雪夫多节匹配变换器的特性,五、渐变线,指数渐变线,阻抗变化特性,反射特性,三角渐变线,阻抗变化特性,反射特性,Klopfenstein渐变线,阻抗变化特性,通带内最大波纹,渐变线对比,课堂作业,设计四分之一波长微带阻抗变换器，在1GHz附近实现50