微波技术微波技术第二章(6)课件

1、1. 由负载 ZL求传输线的工作状态( 包括 r、G、Zin等)；2. 由实测的 r、G 和 lmin 求 Zin 或ZL 等；3. 在前两个问题中同时解决阻抗的匹配。可用公式求解，也可用 Smith圆图图解回顾： 微波传输线工程常遇到三类问题：下面将讨论传输线的阻抗匹配问题。 长线的传输效率最高。第六节 传输线的阻抗匹配 微波电路和系统的设计都必须考虑阻抗匹配的问题。 一、阻抗匹配的概念 阻抗匹配是使微波系统无反射、载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 ( ) ， (2) 阻抗匹配可以提高接受部件的灵敏度，改善系统的信噪比。 (3) 阻抗匹配可

2、保持信号源工作的稳定性。 (4) 阻抗匹配可提高传输线的功率容量 ( )。2. 阻抗匹配问题 阻抗匹配信号源匹配负载匹配共轭匹配阻抗匹配使源输出最大功率使信号源端无反射使负载无反射无反射匹配共轭匹配无反射匹配目的：使信号源输出最大功率。条件：满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为(2-52)1图2-34 共轭匹配Zin推导：(1) 信号源与传输线的共轭匹配1图2-34 共轭匹配Zin通过T1参考面的平均功率为=(2)在 Eg 和 Zg不变的条件下求 P 的极大值, 由 得由 得(3)(1)式(2)、式(3)联立求解得 P 取极大值的条件为即(4)(2-52)式(4)代入式(1)，得信号源输出

3、最大功率(2) 传输系统的无反射匹配目的：使传输线上无反射波，即工作于行波状态。条件：Zg= Z0 = ZL 。 实际传输线系统中，很难同时满足Zg= Z0 = ZL 这一条件。一般在信号源处和负载处分别加入匹配装置, 可使整个传输系统达到匹配。等效匹配源等效匹配负载 在实际微波系统中，通常在信号源的输出端口接入隔离器或环形器来构成匹配源。传输系统匹配示意图信号源负 载匹配装置匹配装置Z0隔离器(或环形器)Z0匹配器信号源 负 载匹配源 隔离器又称“单向器”，是一个非互易元件，对电磁能量具有正向通行、反向隔离作用，用于低功率系统中。在大功率系统中，则需采用环形器等非互易元件。(详见第五章第五节

4、)这样, 解决负载与传输线之间的匹配就成了主要问题。 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)二、阻抗匹配的方法匹配器主要任务: 解决负载与传输线之间的匹配问题。等 效匹配负载严格说，是点频匹配。匹配阻抗的原理： “补偿原理”阻抗匹配(行波匹配)窄带匹配窄带匹配宽带匹配阻抗匹配的方法:在负载与传输线之间接入匹配器。匹配器:二端口的微波元件。可调, 以适应不同负载;不能有功率损耗，由电抗元件构成。常用的匹配器：l/4 阻抗变换器，支节匹配器。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：匹配时, 由于无耗线的特性阻抗为实数，故 l/4 阻抗变换

5、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：在电压波腹 (lmax可由式(2-25a )或转圆图求 )处接入, 则在电压波节(lmin 可由式(2-26a )或转圆图求)处接入，则 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。点击 用阻抗圆图 求 lmax 、 lmin 。 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：单节 l/4 阻抗匹配器的主要缺点是 频带窄 。工作波长为 l0 时, l =l0/4 , 对单一工作频率f0 , 当可实现匹

6、配，即Zin=Z0 。(2-55a)把 代入得 由式 (2-55c) 可画出 G 随q (或 f )变化的曲线如图2-36所示, 当G= Gm时, 则通带边缘上的q 值为q1=qm、 q2=p -qm , 且由式(2-55c)，有 曲线作周期为 p 的变化。设允许G Gm , 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曲线急剧上升, 故工作带宽很窄。由式(2-55c) 得图2-36通常用相对带宽Wq 表示频带宽度 对于单一频率或窄频带的阻抗匹配，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

7、 (见教材第三章第十三节，而本课件将在第五章第二节中结合“匹配元件”进行讨论) 。2. 支节调配器(1) 单支节匹配器导纳圆图l 如图2-37所示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。匹配时,下面用导纳圆图说明单支节匹配器的调配过程： 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。图2-37 单支节匹配器示意图00.25导纳圆图010.50ACD图2-37 单支节匹配器示意图l点点-ADC00.25导纳圆图01A0.50FE 有两组解，通常选 d、l 较短的一组解。lA图2

8、-37 单支节匹配器示意图 缺点：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: 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 ZL 。亦即改变ZL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 ZL上、或在离负载 ZL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，

9、常取 d2 =l/8、l/4 或 3l/8，但是 d2 l/2。d1 、 d2 一确定，即可调节 l1 和 l2 而达到匹配。双支节匹配器的工作原理：BAAB图2-38 双支节匹配器的原理 I. 分析： 假定已匹配好，则 1) B-B面： 3) A-A面：0.2501)作辅助圆:。圆 图II. 调配过程1) 作辅助圆:圆 图。重述调配过程问题：1) l1 、l2 的作用是什么？2) 双支节匹配器的优、缺点及克服缺点的办法。 2) 双支节匹配器的优点：两支节的位置固定, 无需沿线移动。BAAB双支节匹配器示意图 缺点：存在得不到匹配的盲区。 双支节匹配器也有两组解，应选取较合理的一组( l1 、

10、l2 较短的)。0.250d2= l/8 双支节匹配器的盲区0.5d2 = l/4 时，匹配盲区为 d2 = l/8 时，如果 落在 的阴影圆内，则沿等 圆旋转不可能与辅助圆有交点，不能获得匹配。即 d2 = l/8 时，匹配盲区为0.250d2= l/4 双支节匹配器的盲区0.5 为避开双支节匹配器的匹配盲区，可采用三支节或多支节匹配器。则 l1 = l/4 (闲置) ，由 l2、l3 进行调配。(3) 三支节匹配器 三支节匹配器(见图2-40 )为二支节匹配器的组合。L1 、l2 为一组，l2、l3 为一组。首先，l3 = l /4 ( 闲置 ) ， 由 l1、l2 调配 ；若 除并联支节匹配器之外，还有串联支节匹配器， 或串、并联两种方法同时采用的支节调配器。BACABC图2-40 三支节匹配器示意图*第七节 传输线的计算机辅助计算、分析 随着计算机技术的普及和发展, 计算机辅助分析(CAA)和计算机辅助设计(CAD)技术已在各个工程领域获得广泛应用。传输线问题也可借助计算机进行辅助计算与分析。 求解传输线问题都有相应的解析表达式, 易于编成计算