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 1 8 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 25 j50 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ZL 60 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ZL 60 j45 用单短截线并联匹配电路变换到Zin 75 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Z j2 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 10 50 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 N 3 ZL Z0 2 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