第六节 传输线的阻抗匹配

~ ~ Y3 应落在G 1园上。 ~ (2) G 1园逆时针方向
双支节匹配器的工作原理： ~ 1). 分析： ~ Yb ~ Y 假定已匹配好。 ~ (1) B-B’面：Yb 1 , ~
0
B
d2
A
d1
~ Y4
~ Ya
~ Y3
~ Y2
~ Y1
~ YL
Y0
B’
~ Y0
A’
l1
l2
转过 d2 l 电长度得辅助园 。 双支节匹配器 ~ ~ ~ (3) A-A’： Ya 应落在辅助园上, Ya 与Y1 的电导相等 ， ~ ~ ~ ~ 设为G1 ， Y1 落在G1 园上。 则 调节支节1 的长度 l1 ， Y1 沿着 使 ~ ~ G1 园移动直至与辅助园相 , 交点即为Ya 。 交 ~ (4) Ya 点沿其所在等园顺时针方向转过 2 l 电长度 d ~ ~ ~ ~ 落在G 1园 上得Y3 点。 3 的电纳 B3 可通过调节支节2 的 Y ~ ~ 长度 l2 所产生的电纳 Y4 B3 来抵消 。
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。
D
~ l
~ E B ~ lE
导纳园图
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： ~
1 ~ Yin ~ Z in
1 jZ L tg d ~ Z L j tg d
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/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。
二、阻抗匹配的方法 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
Z0 Z0
匹 配 器
~ ZL
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。
~ B3
~ l2
~ l1
重述调配过程
导纳园图
~ 1 d2 8
~ G 1
(1) 作辅助园:
~ ~ G1 1园逆时针转d 2 。~ ~ ~ ~ d1 Y G jB 1 ~ ~ ( 2) YL ~ Y ZL ~ Ya ~ 0 YL 沿等园顺时针转 ~ Y ~ ~ ~ ~ d1得Y1 G1 jB1 。 ~ ~ (3) Y1 沿 G1 园转动交 ~ B2 ~ ~ ~ 辅助园得Ya G1 jBa 。 ~ B3 ~ ~ ~ ~ ~ Y2 Ya Y1 jB2 l1 ~ (4) Ya 沿等Γ 园顺时 ~ ~ ~ ~ 针转 d 2 落在G 1园上得Y3 1 jB3 。 ~ ~ ~ ~ ~ Y4 Yb Y3 jB3 l2
第六节 传输线的阻抗匹配
阻抗匹配 Ⅰ
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( )。
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：
Z in Z 01 RL jZ01 tg( l 4) Z 01 jRL tg( l 4)
Z 01
Z in
Z0
l
4
Z 01
Z L RL
2
RL
匹配时， Zin Z0 , 必须使
Z 01 Z 0 RL
in
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 匹配时 , Yin Y1 Y2 1。 ~ ~ ~ ~ 匹配的。 ( B ) Y 1 B , Y 为纯电纳
2
1
~
~ Y0
~ ~ Y2 Y1
Y0
~ YL
~ Y0
l
2) 调配过程 (1) 作辅助园:
~ ~ G1 1园逆时针转d 2 。
1 ~ ( 2) YL ~ ( C点 ), ZL ~ 0 YL 沿等园顺时针转 ~ ~ ~ ~ d1得Y1 G1 jB1 ( D点)。
~ d1
D F E
~ G1
~ B3
~ 1 d2 8
0.25
~ G 1
C
~ ~ l l 0.25 E ~ ~ l lF 0.25
~ lF
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。
~ l
~ B F
C 0
~ G 1
0.25
~ ~ Y1应在导纳园图的可匹配 (G 1)上。 园
C点 ~ YL ( A) D点
~ Yin
~ ~ ~ ~ d lC lA Y1 1 ~ ~ ~ ~ d lD lA Y1 1
~ ~ ~ jB Y2 B ~ ~ ~ jB Y2 B
(2 52)
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：
Rmax Z 0
,
Rmin K Z 0
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
~ ~ (3) Y1沿G1 园转动交辅助 ~ ~ ~ 园于E点得Ya G1 jBa 。
~ B2
~ ~ ~ ~ ~ Y2 Ya Y1 jB2 l1 ~ (4) Ya 沿等园顺时 ~ ~ ~ ~ 针转 d 2 落在G 1园上( F点)得Y3 1 jB3。 ~ ~ ~ ~ ~ Y4 Yb Y3 jB3 l2
Pbr 1 U br 2 Z0
2
K
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： Zin Z g ( Rin Rg , X in X g ) 满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为:
2
Pmax
E g Rin Z g Z in
2
2

Eg 4 Rg
1 1 1
3
~ ZL
0.25
L
~ l2
~ l1
d2 = l/8 时，
~ 盲区为 G 2 ；
0
~ G2
0.25
d2 = l/4 时，
~ 盲区为 G 1。
d2= l/8 双支节匹配器的盲区
~ ~ ~ d lD lA
~ ~ ~ d lC lA
d
~
~ Y0 ~ Y0
~ ~ Y2 Y1
~ Y0
~ B
~ YL
A
0
~ G 1
C
l
0.25
单支节匹配器
~ B
D
导纳园图
~ ~ C点 Y B E 点 2 ~ ~ D点 Y2 B F 点
Z 01 Z0 Z0 Z0

在lmin 处接入，则
Z 01 Z0 K Z0
Z0 K Z0

单节l/4阻抗匹配器的主要缺点是频带窄。
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。 d ~ Y 1). 单支节匹配器 ~