《电磁场与微波技术教学》1.6 阻抗匹配ppt课件

1、1.6 阻抗匹配 1.6.1 1.6.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配的概念 为了使信号源任务稳定，那么要求没有或很少有前往信为了使信号源任务稳定，那么要求没有或很少有前往信 号源的波号源的波信号源匹配。信号源匹配。 为了使信号源输出最大功率，那么要求信号源的内阻抗为了使信号源输出最大功率，那么要求信号源的内阻抗 与传输线始端的输入阻抗互为共轭复数与传输线始端的输入阻抗互为共轭复数信号源与信号源与 传输线的共轭匹配；传输线的共轭匹配； 为了使终端负载吸收全部入射功率，那么要求终端负载为了使终端负载吸收全部入射功率，那么要求终端负载 与传输线的特性阻抗相等与传输线的特性阻抗相等负载匹配；负载匹配；1.

2、6 阻抗匹配1. 1. 信号源阻抗共轭匹配信号源阻抗共轭匹配 是指信号源与传输线的阻抗匹配。是指信号源与传输线的阻抗匹配。 当信号源内阻当信号源内阻Zg=ZcZg=Zc时，获得信号源匹配。时，获得信号源匹配。 此时信号源输出能量无反射地传送给传输线；另此时信号源输出能量无反射地传送给传输线；另一方面，如传输线上反射波传至信号源，将全被信号一方面，如传输线上反射波传至信号源，将全被信号源吸收。源吸收。 信号源匹配对于任务的稳定性很重要。信号源匹配对于任务的稳定性很重要。此信号源叫匹配信号源。此信号源叫匹配信号源。 1.6.1 1.6.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配的概念 2. 2.信号源匹配信号源匹

3、配1.6 阻抗匹配信号源负载AA为使信号源输出最大功率，要求为使信号源输出最大功率，要求ZgZg与与ZinZin是共轭复数。即假设是共轭复数。即假设Zg ZingggjXRZinininjXRZ那么应有：那么应有：ingRR ingXX(1.6-1)传输线 1.6.1 1.6.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配的概念信号源输出最大功率定律证明信号源输出最大功率定律证明根据欧姆定律根据欧姆定律)()(lglgglggXXjRREZZEI负载吸收的实功率为负载吸收的实功率为222*)()(|21)21Re(lglglgllXXRRRERIIP上式分母恒为正，当上式分母恒为正，当 即即 ()0glXXlgX

4、X时，时，PlPl最小，这时最小，这时 22)(|21lglglRRREPPlPl对对RlRl求极值求极值0)()(2)(2|dd422lglgllggllRRRRRRRERP求得求得lgRR 共轭匹配时信号源输出最大功率共轭匹配时信号源输出最大功率ggREP82max信号源共轭匹配并不能保证传输线上没有反射存在，有能够呈驻波形状信号源共轭匹配并不能保证传输线上没有反射存在，有能够呈驻波形状 3. 3. 负载阻抗匹配负载阻抗匹配1.6 阻抗匹配从负载无反射波，那么应行波匹配。从负载无反射波，那么应行波匹配。即即信号源输出最大功率；信号源输出最大功率；行波匹配行波匹配clgZZZclZZ 普通情

5、况：信号源共轭匹配时有虚部，线上有反射，呈行驻波。普通情况：信号源共轭匹配时有虚部，线上有反射，呈行驻波。 1.6.1 1.6.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配的概念相反，没有反射的功率，传输形状并不一定意味着负载吸收最大功率。相反，没有反射的功率，传输形状并不一定意味着负载吸收最大功率。留意：信号源输出最大功率时，线上不一定是行波形状；留意：信号源输出最大功率时，线上不一定是行波形状；即要信号源输出功率最大，又要没有反射。即要信号源输出功率最大，又要没有反射。1.6 阻抗匹配 1.6.1 1.6.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配的概念加匹配安装加匹配安装传输线传输线1.6 阻抗匹配 1.6.2 /4 1

6、.6.2 /4阻抗变换器阻抗变换器回想：回想：/4/4传输线可以作为阻抗变换器：传输线可以作为阻抗变换器： lcinZZZ/21.6 阻抗匹配1. 1. 当当Zl=RlZl=Rl时即终端接纯阻性负载时即终端接纯阻性负载 lZinZ/4cZcZ1lR此时可直接在传输线与负此时可直接在传输线与负载之间加一段特性阻抗为载之间加一段特性阻抗为Zc1Zc1的的/4/4传输线，只需传输线，只需Zc1Zc1选择适当，就可实现传选择适当，就可实现传输线的匹配。如图：输线的匹配。如图： lcinRZZ/21要使主线匹配，要求：要使主线匹配，要求： 所以：所以： cinZZlccRZZ11.6.2 /41.6.2

7、 /4阻抗变换器阻抗变换器2. 2. 当当Zl=Rl+jXlZl=Rl+jXl时即终端接感性负载时即终端接感性负载 匹配线不能直接与负载相接，应选择主线上呈纯电阻位置。匹配线不能直接与负载相接，应选择主线上呈纯电阻位置。要选择主线上电压波腹点或波节点。要选择主线上电压波腹点或波节点。 在阻抗圆图上，假设终端负载阻抗归一化值落在上半在阻抗圆图上，假设终端负载阻抗归一化值落在上半圆内，那么可立刻断定传输线上第一个出现的是电压腹点圆内，那么可立刻断定传输线上第一个出现的是电压腹点，即距感性负载首先出现的是电压腹点。由此接入，即距感性负载首先出现的是电压腹点。由此接入/4/4传输线可使设备长度最短。传

8、输线可使设备长度最短。1.6 阻抗匹配1.6.2 /41.6.2 /4阻抗变换器阻抗变换器在阻抗圆图上，实轴上的数字表示归一化阻抗的电阻值，为纯电阻。在阻抗圆图上，实轴上的数字表示归一化阻抗的电阻值，为纯电阻。选择电压波腹点还是波节点？选择电压波腹点还是波节点？知腹点阻抗知腹点阻抗:Zcs=Rmax:Zcs=RmaxccZsZ1/4匹配线（由第一电压腹点起）1max1maxRZ/4cZ1cZcZZl=Rl+jXl 1.6 阻抗匹配1.6.2 /41.6.2 /4阻抗变换器阻抗变换器Zc Z1 Z2 sZZZZZccc/211212sZZZccc/21 即即 直径直径d d越小，在工艺上越越小，

9、在工艺上越不易实现，选择较大特性不易实现，选择较大特性阻抗情形。可以选择第一阻抗情形。可以选择第一个波节点处，这时阻抗为个波节点处，这时阻抗为Zc/sZcZc/sZc，直径，直径d d越大，在越大，在工艺上越容易实现。工艺上越容易实现。ZcsZRZZccc/1min11min1minRZ/4cZ1cZcZZl=Rl+jXl /4匹配线（由第一电压节点起）1.6 阻抗匹配1.6.2 /41.6.2 /4阻抗变换器阻抗变换器dDZc2lg对于双导线：对于双导线：3 3当当Zl=Rl-jXlZl=Rl-jXl时即终端接容性负载时即终端接容性负载 此时距容性负载首先此时距容性负载首先出现的是电压节点，

10、出现的是电压节点，需接需接/4/4匹配线的特匹配线的特性阻抗为：性阻抗为： sZRZZccc/1min11min1minRZ/4cZ1cZcZZl=Rl-jXl 终端接容性负载1.6 阻抗匹配1.6.2 /41.6.2 /4阻抗变换器阻抗变换器 /4 /4匹配线的优点是构造简单，缺陷是频匹配线的优点是构造简单，缺陷是频带窄，假设要增宽频带，可以用两节、或三节带窄，假设要增宽频带，可以用两节、或三节/4/4匹配线，构成阶梯式阻抗变换器。匹配线，构成阶梯式阻抗变换器。 1.6 阻抗匹配1.6.3 1.6.3 多节多节/4/4阻抗变换器阻抗变换器1.6 阻抗匹配1.6.4 1.6.4 单枝节匹配单枝

11、节匹配 在主线上并联电抗性元件，以产生附加反射来抵消主线上原在主线上并联电抗性元件，以产生附加反射来抵消主线上原来存在的反射波，以到达匹配目的。来存在的反射波，以到达匹配目的。单株线调配器的详细构造方式，因传输线的类型和构造不同而异：单株线调配器的详细构造方式，因传输线的类型和构造不同而异： 对于普通的双导线或同轴线，它是一个终端短路或开路的双导线对于普通的双导线或同轴线，它是一个终端短路或开路的双导线 或同轴线，其长度可调理；或同轴线，其长度可调理；普通有：单株线调配器、双株线调配器和三株线调配器。普通有：单株线调配器、双株线调配器和三株线调配器。 对于矩形波导管任务于对于矩形波导管任务于TE10TE10模时而言，它可以是一个安装在模时而言，它可以是一个安装在 波导宽壁中心线位置上的槽缝的金属螺钉，可在槽缝中挪动，并波导宽壁中心线位置上的槽缝的金属螺钉，可在槽缝中挪动，并 可调理深度。可调理深度。 单株线调配器：调理支节位置单株线调配器：调理支节位置d d和支节长度和支节长度l l，使得，使得AAAA左边主左边主传输线到达匹配。传输线到达匹配。 1.6 阻抗匹配1.6.4 1.6.4 单枝节匹配单枝节匹配匹配原理：匹配原理： 在线上总可以找到这样一点，在线上总可以找到这样一点，其归一化电导为其归一化电导为1 1