网络匹配原理与计算

高频电路
п型匹配网络的6种电路形式和特点
XSC
XSL1
XSC2
R1
XPL
R2
R1
us
XPC1
us
XPC1
Rinter XPL
R2
(c)
п型网络变成两个L型网络
XSL
XSC1
XSL2
R1
R2
R1
us
XPL1 XPC
us
XPL1
Rinter
XPC
R2
(d)
п型网络变成两个L型网络
串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效
对信源电阻R1源自文库负载电阻R2的大小关系有限制R2 > R1
先 选 定 Q 2 （ R 2R 1 ） - 1 ， 从 负 载 一 端 开 始 计 算
高频电路 п型匹配网络的6种电路形式和特点
XSC
XSC1
XSL2
R1
XPC2 XPL
R2
R1
us
us
R2
XPL
Rinter XPC2
(e)
п型网络变成两个L型网络
0.47
X C1
R1 Q1
20 3 .1 3 6
6 .3 7 8
1
1
C 1 2 fX C1 2 5 1 0 6 6 .3 7 8 4 9 9 1 p F
X L 1 Q 1Rinter 3 .1 3 6 1 .8 4 6 5 .7 8 9
L1
X L1 2 f
5 .7 8 9 2 5 106
=1 .8 4 6
Q1=
R1 1 R inter
2 0 1 3 .1 3 6 1,8 4 6
X C2
R2 Q2
120 8
15.0
C2
2
1 fX C2
2
1 5 106 15.0
2122 pF
X L 2 Q 2 Rinter 8 1.846 14.768
L2
X L2 2 f
1 4 .7 6 8 2 5 106
R2是负载电阻。
天线
负载
50Ω
高频电路
1. 匹配网络在电路中的功能
①滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作 频率以外的谐波分量及干扰。
②阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去
2. L型匹配网络
L 型匹配网络是最简单和最常用的匹配网络之一。 两种基本形式，如下图示
X2
X1
R1
X1
R2
R1
X2
R2
Q R1 1 R2
X 2 Q R2 R2 (R1 R2 )
X1
R1 Q
R1
R2 R1 R 2
高频电路 (1) R2<R1 的L型匹配网络
例3-1 已知谐振功放的工作频率10
R1
us
X2 X1
R2
MHz、输出电阻Ro=280 欧，负载天线的 阻抗RL=50 欧，计算L型匹配网络参数值
解 ： （ a ） 设 X 2为 感 抗 ， X 1为 容 抗
仅几Ω
高频电路 级间耦合匹配网络举例
对级间耦合匹配网络，其负载是下一级功率放大器的输 入阻抗。为保证级间功率放大器在其负载变化时，仍能向 下一级提供平稳的输出电压，应选取级间功率放大器工作 在过压状态。
R1是保证T1工作在过压状态所需的最佳电阻，Co=2Cob （T1的输出电容），R2是T2的输入电阻。
型网络的电路参数计算分两种
高频电路 п型匹配网络参数计算
XS
XS = XS1+XS2
XS1
XS2
R1
XP1 XP2
R2
R1
XP1
XP2
Rinter
R2
us
us
①
当
R
2
>
R
时
1
，
先
定
Q
，
2
应
满
足
п型网络变成两个L型网络
②
当
R
1
>
R
时
2
，
先
定
Q
，
1
应
满
足
Q 2>
R2 R1
1，
或
Q 2=2Q 2L=2
f 2 f 0.7
XSC
XSC1
XSC2
R1
R2
R1
us
XPL1 XPL2
us
XPL1
Rinter XPL2
R2
(b)
п型网络变成两个L型网络
串联支路用相同性质的两个电抗串联等效
对信源电阻R1和负载电阻R2的大小关系没有限制
Q （ R 大 R 小 ） - 1 ， 选 R 1 、 R 2 电 阻 值 大 的 一 端 开 始
Q值 是 确 定 的 ， 不 能 任 意 选 择
③
整
个
L型
匹
配
网
络
同
时
接
有
R1和
R
，
2
L型
匹
配
网
络
的
总
有
载
品
质
因
数
QL
1 2
Q
L型
匹
配
网
络
的
通
频
带
宽
2 f 0.7
f QL
④ 缺 点 ： 在 R1和 R 2确 定 后 ， Q 值 不 可 任 意 选 择 ，
有可能不能满足滤波性能的要求
高频电路
3. п型匹配网络
网 络 的 有 载 品 质 因 数 Q L f( 2 f 0 . 7 ) 5 1 . 2 4 ， 可 得 两 个 L 型 网 络 的
Q 1 和 Q 2 的 最 大 值 Q 为 2 Q L = 8 ； 因 R 2 R 1 ， 大 的 Q 应 是 Q 2 = 8
Rinter
R2
1
Q
2 2
120 1 82
1. 匹配网络在电路中的功能 ①滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作
频率以外的谐波分量及干扰。
②阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去
输入匹配网络举例
高频电路
一个给定的信号源，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负
载可获得最大输出功率，这就是常说的阻抗匹配之一。
直流 Po
Us2 (RL r)2
RL
Q R2 1 R1
X2
R2 Q
R2
R1 R 2 R1
X 1 Q R1 R1(R 2 R1)
高频电路
L型匹配网络特点
①窄带阻抗匹配网络，旨在工作频率处谐振，电抗抵消， 实现两电阻间的阻抗变换
② L型 匹 配 网 络 支 路 的 品 质 因 数 Q = 在两个阻抗变换的电阻值确定后，
R max 1 , R m in
高频电路 3.4.2 匹配网络原理与计算
根据谐振功率放大器在发射机中所处位置的不同，常 将谐振功率放大器所采用的匹配网络分为输入、级间耦合、 输出三种匹配电路。
输入匹配网络用于信号源与谐振功率放大器之间；
输出匹配网络用于输出级与负载（天线）之间；
级间耦合匹配网络用于高频功率放大器的推动级与输 出级之间。
高频电路
П型匹配网络参数计算举例
例3-2 已知信源电阻R1 =20Ω，负载电阻R2 =120 Ω，工作频率f
= 5 MHz,通频带1.2 MHz.设计如上图的п型匹配网络。
L
L1 XL1
L2 XL2
R1
C1
C2
R2
R1
C1
C2
us
us
XC1
Rinter XC2
R2
解：将L分成L1、L2两个电感，则п型匹配网络由信源端的L1C1和负载端的L2C2两个L型网络组成。
Q= RO 1 280 1 2.145
RL
50
L X 2 RL (RO RL ) 50(280 50) 107.238
L
1 0 7 .2 3 8
2 10 106
1.71
1
C
X1
RO
RL 280 RO RL
5 0 1 3 0 .5 5 1 280 50
C
2
1 10 106 130.551 F
XS
XS = XS1+XS2
XS1
XS2
R1
XP1 XP2
R2
R1
XP1
XP2
Rinter
R2
us
us
п型网络变成两个L型网络
负载电阻R2经XP2和XS2向左变换为中间假想电阻Rinter2 ，必满足Rinter2< R2; 信源电阻R1经XP1和XS1向右变换为中间假想电阻Rinter1 ，必满足Rinter1< R1 只要Rinter2= Rinter1 = Rinter，此п型网络就完成R1和 R2之间的阻抗变换， Rinter的选取必须同时小于R1和R2。
0 .1 8 4
L L1 L2 0 .1 8 4 0 .4 7 0 .6 5 4
高频电路 4. T型匹配网络
XS1
XS2 1XP1XP11XP2 XS1
XS2
R1
XP
R2
Rinter
R1
XP1
XP2
R2
us
us
T 型网络变成两个L型网络
负载电阻R2经XS2和XP2向左变换为中间假想电阻Rinter2 ，必满足 Rinter2>R2; 信源电阻R1经XS1和XP1向右变换为中间假想电阻Rinter1 ，必满足 Rinter1>R1 据 只RiLn要t型 erR的网 in选te络 r2取=的 必R变 in须te换 r同1 关 =时R系 大int， e于r，由 R此1X 和TS2R型和 2。网XP络2组 就成 完的 成LR型 1和网 R络 2之的 间Q2的阻抗RiR变nt2er换，1
XSL
XSL1
XSC2
R1
XPL2
R2
R1
XPL2
R2
us
XPC
us
XPC
Rinter
(f)
п型网络变成两个L型网络
串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效
对信源电阻R1和负载电阻R2的大小关系有限制R1 > R2
先 选 定 Q 1 （ R 1R 2 ） - 1 ， 从 信 源 一 端 开 始 计 算
RL2
Us2 2RLr r2
RL
r
(RL
Us2 r)2 4RLr
RL
(RL
Us2 r)2
4r
RL
在 U s ， r 一 定 ， 当 R L r ， P Ro m La x U 4 r s 2最 大
交流 us Usmcost,当 RLr时 ,
负 载 压 降 uRL 1 2UsmcostURLmcost
Q 2 R2 X 2
R1
X1 X2
us
R1
X1
R2
us
X 2
R 2
R 2
R2
(1
Q
2 2
)
X
2
X 11
2
Q
2 2
X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一
个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：
X 1 X 2 1 X 1 2 Q 2 2 ,R 1 R 2 1 R Q 2 2 2 ,Q 2 X R 2 2 X R 1 1 Q 1 Q
RL
50
1 C
X2
RL (RO RL )
50(280 50) 107.238
C
1
F 148.4 pF
2 10 10 6 107.238
L X 1 RO
RL 280 RO RL
50 130.551 280 50
L 130.551 2.08 2 10 106
高频电路 （2） R2>R1 的L型匹配网络
us
us
R2 < R1
R2 >R1
高频电路
R1
X1
us
(1) R2<R1 的L型匹配网络
X2
R1
R2
us
X1 X 2
R 2
Q2 X 2 R2
R 2
(1
Q
2 2
)
R
2
X
2
(1
1
Q
2 2
)
X
2
X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一
个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：
X 1 X 2 ( 1 Q 1 2 2 ) X 2 ,R 1 R 2 ( 1 Q 2 2 ) R 2 ,Q 2 X R 2 2 X R 1 1 Q 1 Q
Q 1>
R1 R2
1，
或
Q 1= 2 Q 1L = 2
f 2 f 0.7
R inter
R2
1
Q
2 2
;X
P2
R2 Q2
;X
S2
Q 2 Rinter
R inter
R1
1
Q
2 1
; X P1
R1 Q1
;
X
S1
Q 1R inter
Q1=
R1 1; R inter
Q2=
R2 1; R inter
X
P1
据L型网络的变换关系，由XP2和XS2组成的L型网络的Q2
R2 1 Rinter
由XP1和XS1组成的L型网络的Q1
R1 1 Rinter
Q1、Q2可根据匹配网络的技术要求，由设计者自定
高频电路
п型匹配网络参数计算
XS
XS = XS1+XS2
XS1
XS2
R1
XP1 XP2
R2
R1
XP1
XP2
Rinter
高频电路
输出匹配网络举例
匹配网络
R p 输出匹配网络模型
希望在负 载天线上 输出最大
功率
RL
使负载阻抗与放大器所需要最佳阻抗匹配，即将 负载阻抗转换为放大器所需要最佳阻抗（临界状态）
抑制工作频率范围以外的不需要的频率，即滤波 作用
高频电路
为了输出得到最高输出功率，功率放大器应工作于临界 状态。
R1是保证T工作在临界状态所需的最佳电阻，Co=2Cob，
R1 ; X Q1
S1
Q 1Rinter ;
X S X S1 X S2
X P2
R2 Q2
;
X
S2
Q 2 R inter ;
X S X S1 X S2
高频电路
п型匹配网络的6种电路形式和特点
XSL
XSL1
XSL2
R1
R2
R1
us
XPC1 XPC2
us
XPC1
R2
Rinter XPC2
(a)
п型网络变成两个L型网络
R2
us
us
п型网络变成两个L型网络
Q2
R2 Rinter
1、Q1
R1 1 Rinter
整个型网络的带宽由Q1、Q2共同决定，但最大的Q值可用来估算网络带宽。
因此在设定Q值时，可以根据带宽要求设定最大的那个Q值。
当R1>R2时，Q1>Q2，应选Q1从R1端开始进行网络参数计算； 当R2>R1时，Q2>Q1，应选Q2从R2端开始进行网络参数计算
2
Pomax
Us2m 8r
=Pomax
URLm 2RL
高频电路
高频功率晶体管的输入阻抗实数部分的数值通常只有几Ω， 而信号源的内阻比晶体管的输入电阻要高。为了使信号源的功率 有效地加到高频功率晶体管的发射结上，可采用输入匹配网络来 实现高频功率晶体管的输入电阻与信号源内阻的匹配。
其中电感L1的品质因数在大功率电路中取QL=2~10，R2是T 的 输入电阻。
121.9 pF
高频电路 (1) R2<R1 的L型匹配网络
例3-1 已知谐振功放的工作频率10 MHz、
R1
us
X2 X1
R2
输出电阻Ro=280 欧，负载天线的阻抗 RL=50 欧，计算L型匹配网络参数值
解 ： （ b ） 设 X 2为 容 抗 ， X 1为 感 抗
Q= RO 1 280 1 2.145