网络匹配原理与计算
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XSC XSL1 R2 R1 XSC2 R2
R1
XPL XPC1
us
us
(c)
XSL
XPC1
Rinter
XPL
п型网络变成两个L型网络
XSC1 XSL2 R2
R1
R2 XPL1 XPC (d)
R1
us
us
XPL1
Rinter
XPC
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R2 > R1
XP2
R2
us
R2 R1 Q2 1、Q1 1 Rinter Rinter
us
Rinter
XP2
R2
п型网络变成两个L型网络
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
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 R1 X1 R2 R1 X1 X2 R2
us R2 < R1
②阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去
高频电路
输入匹配网络举例
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。 2 2 U U s s 直流 P R RL r o L 2 2 2 ( RL r ) RL 2 RL r r 2 2 RL Us Us RL 2 ( RL r ) 2 ( RL r ) 4 RL r 4r RL 2
Q X2 R2 1 R1 R2 R2 Q R1 R2 R1 R1 ( R2 R1 )
X 1 QR1
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 ②L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， 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R2， L型匹配网络的总有载品质因数QL L型匹配网络的通频带宽2f 0.7 f QL 1 Q 2 Rmax 1, Rmin
R2
us
us
(f)
Rinter
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Q1 （R1 R2 ），从信源一端开始计算 -1
П型匹配网络参数计算举例
高频电路
= 5 MHz,通频带1.2 MHz.设计如上图的п型匹配网络。 L1 XL1 L2 XL2 L C1 C2
在U s，r一定，当RL r，P o max
交流
us U sm cos t , 当RL r时, 负载压降uRL
Po max
2 sm
Us 最大 4r
1 U sm cos t U RL m cos t 2
2
U RL m U =Po max 8r 2 RL
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。
高频电路
输出匹配网络举例
希望在负 载天线上 输出最大 功率
匹配网络
RL
Rp
输出匹配网络模型
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， R2是负载电阻。 天线 负载 50Ω
us R2 >R1
高频电路
(1) R2<R1 的L型匹配网络
Q2 X 2 R2
X2
R1
X1
R2
R1
X1
us
us
X2
R2
2 (1 Q2 R2 ) R2
(1 X2
1 )X2 2 Q2
个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：
X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一
L X 2
50(280 50) 107.238
107.238 L 1.71 6 2 10 10 RL 1 50 X 1 RO 280 130.551 C RO RL 280 50 1 C F 121.9 pF 6 2 10 10 130.551
据L型网络的变换关系，由X P2和X S 2组成的L型网络的Q2 由X P1和X S1组成的L型网络的Q1 R1 1 Rinter
R2 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
XS R1 XP1
п型匹配网络参数计算
XS = XS1+XS2 XS1 XP1 XS2 R1
1 X2 C C
1 F 148.4 pF 6 2 10 10 107.238 RL 50 L X 1 RO 280 130.551 RO RL 280 50 L 130.551 2.08 6 2 10 10
高频电路
先选定Q2 （R2 R1 ），从负载一端开始计算 -1
高频电路
п型匹配网络的6种电路形式和特点
XSC XSC1 R1 XSL2 R2 XPL
R1
XPC2 XPL
R2
us
us
(e)
XSL
Rinter
XPC2
п型网络变成两个L型网络
XSL1 R1 XSC2 XPL2 XPC R2
R1
XPL2 XPC
高频电路
R1
(1) R2<R1 的L型匹配网络
X2
X1
R2
us 解：（a）设X 2为感抗，X1为容抗
Q= RO 1 RL 280 1 2.145 50 RL ( RO RL )
例3-1 已知谐振功放的工作频率10 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
④缺点：在R1和R2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
XS R1 XP1
3. п型匹配网络
XS = XS1+XS2 XS1 XP1 XS2 R1
XP2
R2
us
us
Rinter
XP2
R2
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。
XSC1 XSC2 R2
XSC R1 R2 XPL1 XPL2 (b) R1
us
us
XPL1
Rinter XPL2
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R1、R2电阻值大的一端开始
高频电路
п型匹配网络的6种电路形式和特点
R1 Rinter
R1 ; X S1 Q1 Rinter ; Q1
X S X S1 X S2
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 R2 XPC1 XPC2 R1 XSL2
R1
us
us
(a)
XPC1
Rinter
XPC2
R2
п型网络变成两个L型网络
R2 R 1 2 (1 2 ) X 2 , R1 R2 (1 Q2 ) R2 , Q2 X1 X 2 1 Q1 Q X1 Q2 X2
Q R1 1 R2 R2 ( R1 R2 ) R2 R1 R2
X 2 QR2 R1 X1 R1 Q
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。 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。
1
R2 120 15.0 Q2 8
R1 20 6.378 Q1 3.136
X L 2 Q2 Rinter 8 1.846 14.768 L2 X L2 2 f 14.768 0.47 6 2 5 10
X1
（2） R2>R1 的L型匹配网络
X2
Q2 R2 X 2 R2 X2 R2 2 (1 Q2 ) X2 2 1 1 Q2
R1
R2
R1
X1
X2
us
us
R2
个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：
X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一
X1 X2 R2 X2 X1 X 2 , R1 R2 , Q2 Q1 Q 2 2 1 1 Q2 1 Q2 R2 R1
Q1 > R1 f 1，或Q1 =2Q1L =2 R2 2f 0.7
Rinter Q1 = X P1
R2 R2 R1 R1 ; X ; X Q R R ; X ; X S1 Q1 Rinter P2 S2 2 inter inter P1 2 2 1 Q2 Q2 1 Q1 Q1 1; Q2 = X P2 R2 1; Rinter R2 ; X S2 Q2 Rinter ; Q2
Rinter X C2
R2 120 =1.846 1 Q22 1 82
Q1 = X C1
R1 1 Rinter
20 1 3.136 1,846
1 1 1 1 C1 4991 pF 6 C2 2122 pF 2 fX 2 5 10 6.378 C 2 fX C2 2 5 106 15.0
高频电路
R1
(1) R2<R1 的L型匹配网络
X1 X2
us
R2
例3-1 已知谐振功放的工作频率10 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：（b）设X 2为容抗，X1为感抗 Q= RO 1 RL 280 1 2.145 50 RL ( RO RL ) 50(280 50) 107.238
例3-2 已知信源电阻R1 =20Ω，负载电阻R2 =120 Ω，工作频率f
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R1
R2
R1
us
us
C1 XC1
C2
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。
网络的有载品质因数QL f (2f 0.7 ) 5 1.2 4，可得两个L型网络的 Q1和Q2的最大值Q为2QL =8；因R2 R1，大的Q应是Q2 =8
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
XS R1 XP1
п型匹配网络参数计算
XS = XS1+XS2 XS1 XP1 XS2
XP2
R2
R1
us
①当R2 >R1时，先定Q2，应满足 Q2 > R2 f 1，或Q2 =2Q2 L =2 R1 2f 0.7
us
Rinter
XP2
R2
п型网络变成两个L型网络 ②当R1 >R2时，先定Q1，应满足
R1
XPL XPC1
us
us
(c)
XSL
XPC1
Rinter
XPL
п型网络变成两个L型网络
XSC1 XSL2 R2
R1
R2 XPL1 XPC (d)
R1
us
us
XPL1
Rinter
XPC
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R2 > R1
XP2
R2
us
R2 R1 Q2 1、Q1 1 Rinter Rinter
us
Rinter
XP2
R2
п型网络变成两个L型网络
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
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 R1 X1 R2 R1 X1 X2 R2
us R2 < R1
②阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去
高频电路
输入匹配网络举例
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。 2 2 U U s s 直流 P R RL r o L 2 2 2 ( RL r ) RL 2 RL r r 2 2 RL Us Us RL 2 ( RL r ) 2 ( RL r ) 4 RL r 4r RL 2
Q X2 R2 1 R1 R2 R2 Q R1 R2 R1 R1 ( R2 R1 )
X 1 QR1
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 ②L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， 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R2， L型匹配网络的总有载品质因数QL L型匹配网络的通频带宽2f 0.7 f QL 1 Q 2 Rmax 1, Rmin
R2
us
us
(f)
Rinter
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Q1 （R1 R2 ），从信源一端开始计算 -1
П型匹配网络参数计算举例
高频电路
= 5 MHz,通频带1.2 MHz.设计如上图的п型匹配网络。 L1 XL1 L2 XL2 L C1 C2
在U s，r一定，当RL r，P o max
交流
us U sm cos t , 当RL r时, 负载压降uRL
Po max
2 sm
Us 最大 4r
1 U sm cos t U RL m cos t 2
2
U RL m U =Po max 8r 2 RL
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。
高频电路
输出匹配网络举例
希望在负 载天线上 输出最大 功率
匹配网络
RL
Rp
输出匹配网络模型
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， R2是负载电阻。 天线 负载 50Ω
us R2 >R1
高频电路
(1) R2<R1 的L型匹配网络
Q2 X 2 R2
X2
R1
X1
R2
R1
X1
us
us
X2
R2
2 (1 Q2 R2 ) R2
(1 X2
1 )X2 2 Q2
个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：
X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一
L X 2
50(280 50) 107.238
107.238 L 1.71 6 2 10 10 RL 1 50 X 1 RO 280 130.551 C RO RL 280 50 1 C F 121.9 pF 6 2 10 10 130.551
据L型网络的变换关系，由X P2和X S 2组成的L型网络的Q2 由X P1和X S1组成的L型网络的Q1 R1 1 Rinter
R2 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
XS R1 XP1
п型匹配网络参数计算
XS = XS1+XS2 XS1 XP1 XS2 R1
1 X2 C C
1 F 148.4 pF 6 2 10 10 107.238 RL 50 L X 1 RO 280 130.551 RO RL 280 50 L 130.551 2.08 6 2 10 10
高频电路
先选定Q2 （R2 R1 ），从负载一端开始计算 -1
高频电路
п型匹配网络的6种电路形式和特点
XSC XSC1 R1 XSL2 R2 XPL
R1
XPC2 XPL
R2
us
us
(e)
XSL
Rinter
XPC2
п型网络变成两个L型网络
XSL1 R1 XSC2 XPL2 XPC R2
R1
XPL2 XPC
高频电路
R1
(1) R2<R1 的L型匹配网络
X2
X1
R2
us 解：（a）设X 2为感抗，X1为容抗
Q= RO 1 RL 280 1 2.145 50 RL ( RO RL )
例3-1 已知谐振功放的工作频率10 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
④缺点：在R1和R2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
XS R1 XP1
3. п型匹配网络
XS = XS1+XS2 XS1 XP1 XS2 R1
XP2
R2
us
us
Rinter
XP2
R2
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。
XSC1 XSC2 R2
XSC R1 R2 XPL1 XPL2 (b) R1
us
us
XPL1
Rinter XPL2
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R1、R2电阻值大的一端开始
高频电路
п型匹配网络的6种电路形式和特点
R1 Rinter
R1 ; X S1 Q1 Rinter ; Q1
X S X S1 X S2
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 R2 XPC1 XPC2 R1 XSL2
R1
us
us
(a)
XPC1
Rinter
XPC2
R2
п型网络变成两个L型网络
R2 R 1 2 (1 2 ) X 2 , R1 R2 (1 Q2 ) R2 , Q2 X1 X 2 1 Q1 Q X1 Q2 X2
Q R1 1 R2 R2 ( R1 R2 ) R2 R1 R2
X 2 QR2 R1 X1 R1 Q
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。 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。
1
R2 120 15.0 Q2 8
R1 20 6.378 Q1 3.136
X L 2 Q2 Rinter 8 1.846 14.768 L2 X L2 2 f 14.768 0.47 6 2 5 10
X1
（2） R2>R1 的L型匹配网络
X2
Q2 R2 X 2 R2 X2 R2 2 (1 Q2 ) X2 2 1 1 Q2
R1
R2
R1
X1
X2
us
us
R2
个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：
X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一
X1 X2 R2 X2 X1 X 2 , R1 R2 , Q2 Q1 Q 2 2 1 1 Q2 1 Q2 R2 R1
Q1 > R1 f 1，或Q1 =2Q1L =2 R2 2f 0.7
Rinter Q1 = X P1
R2 R2 R1 R1 ; X ; X Q R R ; X ; X S1 Q1 Rinter P2 S2 2 inter inter P1 2 2 1 Q2 Q2 1 Q1 Q1 1; Q2 = X P2 R2 1; Rinter R2 ; X S2 Q2 Rinter ; Q2
Rinter X C2
R2 120 =1.846 1 Q22 1 82
Q1 = X C1
R1 1 Rinter
20 1 3.136 1,846
1 1 1 1 C1 4991 pF 6 C2 2122 pF 2 fX 2 5 10 6.378 C 2 fX C2 2 5 106 15.0
高频电路
R1
(1) R2<R1 的L型匹配网络
X1 X2
us
R2
例3-1 已知谐振功放的工作频率10 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：（b）设X 2为容抗，X1为感抗 Q= RO 1 RL 280 1 2.145 50 RL ( RO RL ) 50(280 50) 107.238
例3-2 已知信源电阻R1 =20Ω，负载电阻R2 =120 Ω，工作频率f
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R1
R2
R1
us
us
C1 XC1
C2
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。
网络的有载品质因数QL f (2f 0.7 ) 5 1.2 4，可得两个L型网络的 Q1和Q2的最大值Q为2QL =8；因R2 R1，大的Q应是Q2 =8
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
XS R1 XP1
п型匹配网络参数计算
XS = XS1+XS2 XS1 XP1 XS2
XP2
R2
R1
us
①当R2 >R1时，先定Q2，应满足 Q2 > R2 f 1，或Q2 =2Q2 L =2 R1 2f 0.7
us
Rinter
XP2
R2
п型网络变成两个L型网络 ②当R1 >R2时，先定Q1，应满足