传输线理论阻抗匹配
传输线与阻抗匹配
传输线与阻抗匹配
一．
阻抗匹配
○
阻抗的定义
○
常见阻抗匹配的方式
二．
常见传输线
○
单端传输线
○
差分传输线
○
微带线
○
带状线
01 单击此处添加标题
02 单击此处添加标题
阻抗定义
传输线可分为长线和 短线，长线和短线是 相对于波长而言的。
短线：l / < 0.05， 集中参数电路
长线：l /
0.05，
对周期性的信号有效（如时钟），不适 合于非周期信号（如数据）。
常见的阻抗匹配方式
肖特基二极管终端匹配技术
肖特基二极管终端匹配技术也称之为二极管 终端匹配技术，由两个肖特基二极管组成。 传输线末端的信号反射，导致负载输入端上 的电压升高超过VCC 和二极管D1 的正向偏 值电压，使得该二极管正向导通连接到VCC 上，从而将信号的过冲嵌位在VCC 和二极管 的阈值电压上。同样，连接到地上的二极管 D2 也可以将信号的下冲限制在二极管的正 向偏置电压上。
图3 串联终端匹配
常见的阻抗匹配方式
1、匹配电阻选择原则，Z0=RT+ZS。
2、常见的COMS和TTL驱动器，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变
化。因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只 能折中考
虑。负载必须接到传输线的末端。
3、串联匹配是最常用的终端匹配方法。它的优点是功耗小，不会给驱动 器带来
阻抗定义
图2 阻抗计算
传输线方程是传输 线理论的基本方程， 是描述传输线上电 压、电流变化规律 及其相互关系的微 分方程。
常见的阻抗 匹配方式
阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一 种合适的搭配方式。
电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧
电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧传输线是电子电路中起到信号传输作用的重要组成部分。
在高频电路中，传输线的特性阻抗与信号源、负载之间的匹配关系尤为重要。
本文将介绍电子电路中的传输线以及阻抗匹配的相关技巧。
一、传输线的基本概念和特性传输线是用来传输信号的导线或电缆，由于其特殊的结构和特性，在高频电路中具有重要作用。
在电子电路中常见的传输线类型包括微带线、同轴电缆和双绞线等。
不同类型的传输线具有不同的特性阻抗，这是由其内部结构和材料参数决定的。
特性阻抗是一个重要的参数，影响着信号在传输线上的传输效果。
当信号源的阻抗与传输线的特性阻抗不匹配时，会导致信号的反射和功率损耗，影响系统的性能。
二、阻抗匹配的基本原理阻抗匹配是为了实现信号源、传输线和负载之间的匹配，从而减少信号的反射和功率损耗。
阻抗匹配的基本原理是通过合适的电路设计和参数选择，使得信号源的阻抗与传输线的特性阻抗以及负载的阻抗相匹配。
传输线的特性阻抗与负载阻抗之间的匹配，可以采用两种基本方法：并联匹配和串联匹配。
并联匹配是在传输线和负载之间添加补偿电路，使得总阻抗等于特性阻抗；串联匹配则是在信号源与传输线之间添加匹配电路，使得总阻抗等于特性阻抗。
三、阻抗匹配的常用技巧1. 使用匹配电路：对于特定的传输线和负载阻抗，可以设计并添加串联或并联的匹配电路，实现阻抗匹配。
2. 使用阻抗转换器：阻抗转换器是一种常用的阻抗匹配技巧。
它可以将信号源的阻抗与传输线的特性阻抗进行转换，从而实现阻抗的匹配。
3. 使用特性阻抗匹配：选择合适的传输线特性阻抗，使其与信号源和负载的阻抗相匹配，减少反射和功率损耗。
4. 使用负载匹配网络：在负载端添加匹配网络，将传输线的特性阻抗转换为负载所需的阻抗。
5. 考虑信号源和负载的阻抗变化：在设计电子电路时，需要考虑信号源和负载阻抗的变化范围，以便选择合适的阻抗匹配技巧。
四、阻抗匹配的实例分析以微带线作为传输线，讨论其阻抗匹配的实例。
传输线的阻抗匹配和端接方式
传输线的阻抗匹配和端接方式一、引言传输线是一种用于高频信号传输的电路元件，广泛应用于通信、电子等领域。
在传输线的设计和应用中，阻抗匹配和端接方式是两个重要的考虑因素。
本文将重点介绍传输线的阻抗匹配原理和常见的端接方式。
二、传输线的阻抗匹配原理1. 阻抗匹配的概念阻抗匹配是指将信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗相匹配，以最大限度地实现信号的传输。
当信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗不匹配时，会导致信号的反射和能量损耗，影响信号的传输质量。
2. 传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗是指在单位长度内传输线的阻抗值。
常见的传输线有两种特性阻抗：同轴电缆的特性阻抗通常为50欧姆或75欧姆，微带线的特性阻抗通常为50欧姆或100欧姆。
3. 阻抗匹配的方法为了实现传输线的阻抗匹配，可以采用以下几种方法：(1) 串联匹配：通过在信号源和传输线之间串联阻抗匹配网络，将信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗相匹配。
(2) 并联匹配：通过在传输线的末端并联阻抗匹配网络，将传输线的特性阻抗与负载的输入阻抗相匹配。
(3) 变压器匹配：通过变压器将信号源的输出阻抗转换为传输线的特性阻抗，实现阻抗的匹配。
三、传输线的端接方式1. 开路端接开路端接是指将传输线的末端断开，使信号无法继续传输。
开路端接适用于需要终止信号传输的场景，例如信号的接收端。
2. 短路端接短路端接是指将传输线的末端短接在一起，使信号在传输线内部发生反射。
短路端接适用于需要将信号反射回传输线的场景，例如信号的发射端。
3. 负载端接负载端接是指将传输线的末端连接到特定的负载电路上，使信号能够被负载电路正确接收。
负载端接可以是阻抗匹配网络、天线等。
4. 开路-短路混合端接开路-短路混合端接是指将传输线的末端同时接入开路和短路，使信号在传输线内部发生反射和终止。
这种端接方式可以用于某些特殊的应用场景，例如信号的测试和测量。
四、结论传输线的阻抗匹配和端接方式是确保信号传输质量的关键因素。
第六节传输线的阻抗匹配课件
传输线的参数
01
02
03
特性阻抗
传输线上的电压与电流之 比，是传输线的重要参数 。
电容和电感
传输线上的分布电容和分 布电感会影响信号的传输 。
传播速度
信号在传输线上的传播速 度与介质的介电常数有关 。
传输线的应用场景
通信系统
传输线在通信系统中用于 信号的传输，如电话线、 同轴电缆等。
测量仪器
传输线用于测量设备的信 号传输，如示波器、频谱 分析仪等。
通过改变传输线的长度，实现阻抗匹配。
选择合适的传输线类型
根据信号频率和传输距离的要求，选择合适的传输线类型，如同轴 线、双绞线等。
使用阻抗匹配网络
在传输线两端添加阻抗匹配网络，以实现信号的完整传输。
优化阻抗匹配的实例分析
50欧姆系统
在50欧姆系统中，通常采用特性阻抗为50欧姆的传输线进行 阻抗匹配。
微带线设计
在微带线设计中，通过精确计算线宽和间距，实现阻抗匹配 ，提高信号传输质量。
05
CATALOGUE
阻抗匹配的测试与验证
测试设备与测试方法
信号发生器
用于产生测试所需的信 号，具有稳定的频率和
幅度输出。
功率放大器
用于放大信号源输出的 信号，提高测试信号的
功率。
阻抗匹配测试仪
用于测量传输线的阻抗 ，判断是否与负载阻抗
电子设备
传输线用于电子设备内部 各部分之间的信号传输， 如电脑、手机等。
03
CATALOGUE
阻抗匹配的实现方法
通过变换元件实现阻抗匹配
电阻变换
电感变换
通过串联或并联电阻，改变传输线的 阻抗，实现阻抗匹配。
通过串联或并联电感，改变传输线的 阻抗，实现阻抗匹配。
电路中的传输线与阻抗匹配设计与分析
电路中的传输线与阻抗匹配设计与分析在电子学领域中，传输线是一种用于在电路中传输电信号的重要元件。
而阻抗匹配则是确保信号从源传输到负载时，最大程度地减少反射和信号损耗的关键。
传输线是由电容和电感组成的，其主要功能是将信号从发射点传输到接收点，同时尽量减少信号的衰减和波形畸变。
传输线的设计需要考虑到线路特性阻抗、信号幅度和频率、传输速率以及线路长度等因素。
在电路设计中，阻抗匹配是一种重要的技术，用于确保信号在传输线和连接器之间的传输过程中不会发生反射，从而最大程度地保持信号完整性。
阻抗匹配的设计目标是使信号源、传输线和负载之间的阻抗相匹配。
只有当这三者的阻抗相等时，信号才能被完全传输，减少任何可能引起反射的阻抗不匹配。
在阻抗匹配的设计与分析中，经常会用到传输线的传输线分布参数模型。
这个模型将传输线看作是由许多无限短的电路元件组成的，这些元件包括电阻、电感和电容。
通过该模型，可以计算传输线上的阻抗、电压和电流等参数。
在实际的电路设计中，常用的传输线有两种类型：平衡传输线和不平衡传输线。
平衡传输线通过两个相等且对称的导线传输信号，可以有效地减少干扰和噪声。
不平衡传输线仅通过一个导线传输信号，常用于单端信号的传输。
不论是平衡传输线还是不平衡传输线，在设计阻抗匹配时，需要根据具体应用场景选择合适的传输线类型。
在阻抗匹配设计的过程中，一个重要的参数是传输线上的特性阻抗。
特性阻抗是指在传输线上的任意两点之间，单位长度内的电流与电压之比。
根据特性阻抗的不同取值，可以得到不同的阻抗匹配方式。
常用的阻抗匹配方式有三种：串联匹配、并联匹配和变压器匹配。
串联匹配是通过串联电感、电容或电阻来匹配传输线和负载的阻抗，实现信号的最大功率传输。
并联匹配则是通过并联电感、电容或电阻来匹配传输线和负载的阻抗，同样可以实现最大功率传输。
而变压器匹配则是通过变压器来实现阻抗的匹配。
总之，传输线与阻抗匹配设计与分析在电路设计中扮演着重要的角色。
第1章 传输线理论和阻抗匹配
(1.3b)
1.3.2 传输线方程的解
同时求解（1.3）式两个方程，对其两边再微 分一次，给出V(z)和I(z)的波动方程为：
d 2 V( z ) 2 V( z ) 0 dz2 d 2 I ( z) 2 I ( z) 0 dz2
式中
（1.4a)
（1.4b)
j (R jL)(G jC)
•
传输线属长线，沿线各点的电压和电流 （或电场和磁场）既随时间变化，又随空间位 置变化，是时间和空间的函数，传输线上电压 和电流呈现出了波动性，所以长线用传输线理 论来分析。 • 传输线理论是对长线而言的，用来分析传 输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗 的变化规律。在射频频段，必须使用传输线理 论取代电路理论。传输线理论是电路理论与电 磁场波动理论的结合，传输线理论可以认为是 电路理论的扩展，也可以认为是电磁场波动方 程的解。
传输线的构成
传输线主要从两方面考虑其构成： 一是从电性能方面考虑，有传输模 式、色散、工作频带、功率容量、损耗等 几个指标； 二是从机械性能方面考虑，有尺寸、 制作难易度、集成难易度等几个指标。
1. 传输线的电性能 从传输模式上看，传输线上传输的电 磁波分三种类型：
（1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁 波传播方向相垂直. EZ=HZ=0 （2）TE波（横电波）：电场与电磁波传播方向相 垂直，传播方向上有磁场分量. EZ=0, HZ≠0 （3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向 相垂直，传播方向上有电场分量. HZ=0, EZ≠0
TEM波、TE/TM波传输线特点
•
• •
•
(1)射频电路的传输线上只传输TEM波或准TEM 波。特点： TEM传输线无色散。（色散：电磁波的传输速 率与频率有关）。 TEM传输线的工作频带较宽，0~几GHz。 TEM传输线的功率容量和损耗应能满足射频设 计要求。 但TEM传输线高频能量损耗大。
传输线与阻抗匹配
未贴导电布
整体阻抗为 96欧
常见传输线类型
影响传输线信号上的好坏除了特性阻抗，还有以下: 1、反射系数 2、输入阻抗 3、传播常数 4、传输功率
谢谢!
传输线与阻抗匹配
传输线与阻抗匹配
一、阻抗匹配
阻抗的定义 常见阻抗匹配的方式
二、常见传输线
单端传输线 分传输线 微带线 带状线
阻抗定义
传输线可分为长线和短线，长线和短线是相对于波长而言 的。 短线：l /< 0.05，集中参数电路 长线：l / 0.05，分布参数电路
常见的阻抗匹配方式
戴维南终端匹配技术
戴维南终端匹配技术也叫做双终端匹配技术，它采用两个电阻R1 和R2 来 实现终端匹配。R1 通过从VCC 向负载注入电流来帮助驱动器更容易到达逻辑高 状态；R2 帮助通过向地吸收电流来将驱动器下拉到逻辑低状态。当R1 和R2 的 并联同信号线的特征阻抗Z0 匹配时可以加强驱动器的扇出能力。 应用：SSTL/HSTL，DDR地址，控制命令等信号
图5 戴维南终端匹配
常见的阻抗匹配方式
AC 终端匹配技术
AC 终端匹配技术也称之为RC终端匹配技术，它是由一个电阻R 和一个 电容C 组成的，电阻R 和电容C 连接在传输线的负载一端。 电阻 R 的值必须同传输线的特征阻抗 Z0 的值匹配才能消除信号的反射。 对周期性的信号有效（如时钟），不适合于非周期信号（如数据）。
常见的阻抗匹配方式
肖特基二极管终端匹配技术
肖特基二极管终端匹配技术也称之为二极管终端匹配技术，由两个肖特基二 极管组成。传输线末端的信号反射，导致负载输入端上的电压升高超过VCC 和二 极管D1 的正向偏值电压，使得该二极管正向导通连接到VCC 上，从而将信号的 过冲嵌位在VCC 和二极管的阈值电压上。同样，连接到地上的二极管D2 也可以 将信号的下冲限制在二极管的正向偏置电压上。
微波技术传输线的阻抗匹配详解
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
Eg
2
4 Rg
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接入隔离器以吸收反射波，而在传 输线与负载之间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。
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。
第六节 传输线的阻抗匹配
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； 2 (5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量( Pbr 1 U br K )。
2015年微波工程导论第2章传输线理论与阻抗匹配
第二章传输线理论与阻抗匹配微波传输线理论（或长线理论）是微波技术的基础。
本章首先从“路论”的观点研究普通的TEM波传输线，给出传输线的基本概念、传输特性、计算公式，这一节是微波传输线的基础；然后介绍阻抗匹配理论及其匹配方法。
2.1 传输线基本概念（1）什么是传输线？传输线的作用是什么？广义地讲，凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同组成的导波系统，都可以称为传输线。
传输线是微波技术中最重要的基本元件之一，这是因为它不仅可以把电磁波的能量从一处传输到另一处，而且还可用它作为基本组成部分来构成各种用途的微波元(器)件。
（2）传输线有哪几类？具体传输线的种类是很多的，而且可按不同的标准分类。
若按传输线所导引的电磁波的波型（亦称模、场结构或场分布）来划分，则可分为三种类型，图2.1-1给出了这三种类型传输线中比较典型和常用的传输线的结构简图，但并非是传输线的全部。
图2.1-1 传输线的种类(1)TEM波和准TEM波传输线；(2)TE波和TM波传输线；(3)表面波传输线。
(a)平行双导线；(b)同轴线；(c)带状线；(d)微带线；(e)矩形波导；(f)圆形波导；(g)脊形波导；(h)椭圆波导；(i)介质波导；(j)镜像线；(k)单根表面波传输线①TEM波传输线，如双导线、同轴线、带状线和微带线（严格地讲，是准TEM波）等，它们都属于双导体传输系统，多导体系统也可以传输TEM波；②TE波和TM波传输线，如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等，它们是由空心金属管构成的，属于单导体传输系统（双导体和多导体传输系统在一定条件下，例如，当传输线的横向尺寸与工作波长相比足够大时，也可以传输TE和TM 波，但一般不常用，常用的是主模TEM波）；③表面波传输线，如介质波导(包括光波导)，介质镜像线，以及单根的表面波传输线等，电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播，一般的是混合波型（TE波和TM波的叠加），某种情况下也可传播TE或TM波。
传输线路及阻抗匹配技术
传输线路及阻抗匹配技术传输线路及阻抗匹配技术在电子学和通信领域中扮演着极其重要的角色。
本文将深入探讨传输线路的基本概念、阻抗匹配原理以及相关的应用。
一、传输线路的基本概念传输线路是指沿着其长度方向传输电磁波的导体结构。
它由导体、绝缘体和屏蔽结构组成。
传输线路的重要特性包括本征波阻抗、传播常数以及阻抗变化等。
1. 本征波阻抗传输线路的本征波阻抗是指在传输线路上传输的电磁波的比例。
它取决于线路的物理结构和材料特性。
常见的本征波阻抗有50欧姆和75欧姆。
2. 传播常数传播常数描述了电磁波在传输线路上传播的速度。
传播常数由线路的电感和电容决定，影响信号的传输速度和相位。
3. 阻抗变化传输线路上的阻抗会随着频率的变化而变化。
阻抗变化会导致信号的反射和衰减，影响信号的传输质量。
二、阻抗匹配原理阻抗匹配是指将信号源和负载之间的阻抗调整为相等或接近的数值，以最大程度地传输功率，并减少信号的反射和衰减。
1. 传输线路的阻抗匹配在传输线路中，如果信号源的输出阻抗与传输线路的本征波阻抗不匹配，会导致信号的反射和损耗。
为了实现阻抗匹配，可以使用阻抗变换器或阻抗匹配网络。
2. 电路中的阻抗匹配在电路中，当信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗不匹配时，会导致信号的反射和功率损耗。
为了实现阻抗匹配，可以使用匹配电路，如L型网络和π型网络。
三、传输线路及阻抗匹配技术的应用传输线路及阻抗匹配技术广泛应用于通信系统、射频电路、微波系统等领域。
1. 通信系统在通信系统中，传输线路及阻抗匹配技术用于确保信号的完整传输和减少信号的损耗。
例如，在电话线路中，使用阻抗匹配技术来降低信号的反射和衰减。
2. 射频电路在射频电路中，传输线路及阻抗匹配技术被广泛应用于天线、放大器和滤波器等电路中。
阻抗匹配可以提高天线与电路之间的能量传输效率，减少信号的反射损耗。
3. 微波系统在微波系统中，传输线路及阻抗匹配技术用于确保微波信号的传输质量和减少信号的损耗。
传输线阻抗匹配的方法
传输线阻抗匹配的方法传输线阻抗匹配是一种将信号源的阻抗与传输线的特性阻抗相匹配的技术，以确保信号在传输线上的有效传输。
传输线阻抗匹配可以减少信号的反射和损耗，提高传输线的性能。
在本文中，我将介绍一些常见的传输线阻抗匹配方法。
1.使用双端线：双端线是一种具有平衡传输线结构的线缆，它可以减少信号的干扰和反射。
双端线具有相等的正负导体，因此可以提供较低的传输线阻抗。
通过选择适当的双端线型号和长度，可以实现信号源和传输线之间的阻抗匹配。
2.使用变压器：变压器是一种常见的传输线阻抗匹配方法。
变压器可以通过改变线圈的绕制比例来改变电压和电流的比例。
在传输线阻抗匹配中，变压器可以用来降低信号源的阻抗，使其与传输线的特性阻抗相匹配。
变压器的匝数比可以根据需要进行计算和选择。
3.使用串联电阻：串联电阻也是一种常见的传输线阻抗匹配方法。
串联电阻可以通过改变电流和电压之间的比例来改变信号源的阻抗值。
串联电阻可以在传输线和信号源之间放置，以实现阻抗匹配。
选择合适的串联电阻阻值可以确保信号源的阻抗与传输线的特性阻抗相匹配。
4.使用并联电容或电感：并联电容和电感是常见的传输线阻抗匹配方法。
并联电容可以通过改变电压和电荷之间的比例来改变信号源的阻抗值。
并联电感则可以通过改变电流和磁通之间的比例来改变信号源的阻抗值。
在传输线阻抗匹配中，选择合适的并联电容或电感值可以实现阻抗匹配。
5.使用平面波封装技术：平面波封装(PWB)技术是一种用于匹配传输线阻抗的高级技术。
PWB技术将传输线和信号源直接集成到印刷电路板上，从而减少了传输线和信号源之间的不匹配问题。
通过合理设计和制造印刷电路板，可以实现传输线阻抗和信号源阻抗的匹配。
总结起来，传输线阻抗匹配是一种确保信号源和传输线之间阻抗匹配的技术。
传输线阻抗匹配可以通过双端线、变压器、串联电阻、并联电容或电感以及平面波封装等方法实现。
选择合适的匹配方法取决于具体的应用需求和系统设计。
传输线阻抗匹配可以提高系统性能，减少信号损失和反射，确保信号的有效传输。
阻抗匹配
λ λ φl ± 4π 4此处为第一 波节点微波工程基础
11
第一章 均匀传输线理论之•阻抗匹配
(c)多支节调配 多支节调配(multiple-stub tuning) 多支节调配
单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配， 单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配， 要展宽频带，可采用多支节结构来实现。 要展宽频带，可采用多支节结构来实现。
l1′ =
λ φL 4π
此处为第一 波腹点
10
第一章 均匀传输线理论之•阻抗匹配
(b) 并联单支节调配器 并联单支节调配器
A
Y0 Y0
l '1
Y0
B
lmin1
B′
l min 1 =
l1′ =
A′
此处输入导纳应 等于特性导纳
l2
1 λ arctan 2π ρ 1− ρ λ λ l2 = − arctan 4 2π ρ
所需阻抗： 所需阻抗：最大增益匹配 最小噪声系数匹配 最大输出功率匹配 等等
微波工程基础
2
第一章 均匀传输线理论之•阻抗匹配
1. 三种匹配 三种匹配(impedance matching)
入射波 反射波 Zg Z0 Zl
(1) 负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。 负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。 此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 (2) 源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。 源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。 对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的， 对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的， 负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。 负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。
微波技术基础7-阻抗匹配
传输线的电路理论—阻抗匹配
常用的匹配方法
g 4阻抗变换器
置于特性阻抗不同的均匀传输线之间或传 输系统与负载之间起阻抗匹配作用。
传输线的电路理论—阻抗匹配
对于该图所示的结构，容易推导要使T处 in 0 0 0L
由于无耗传输线的特性阻抗是实数，因此，g / 4阻抗变
传输线的电路理论
➢阻抗匹配
阻抗匹配的重要性： 使微波传输系统能将波源的功率有效地传给负载； 关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性； 关系到微波元器件的性能以及微波测量的系统误差
和测量精度。 阻抗匹配的分类：
无反射匹配 共轭匹配
传输线的电路理论—阻抗匹配
无反射匹配
负载匹配—负载与传输线之间的匹配； 匹配条件：L 0 匹配后传输线状态：负载经匹配后不产生波的反射，
传输线上呈行波状态。 波源匹配—波源与传输线之间的匹配； 匹配条件： g 0 匹配后传输线状态：波源经匹配后对传输线不产生波
的反射。 实际情况：负载不匹配而产生反射波，但波源匹配将
不产生二次反射。
传输线的电路理论—阻抗匹配
共轭匹配
特点：负载吸收最大功率的匹配。 匹配条件：传输线上任一参考面T向负载看去的输入 阻抗与向波源看去的输入阻抗互为共轭，即
b 1 ln RL 1 ln R L 0 L
（R为阻抗变换比）
1
2
eL j 2 z
0
d dz
ln R L
z
ln
0 dz
1 2
e jL
ln
R
sin L L
1 ln R sin L
2
L
1 ln R sin L
传输线的阻抗匹配(精)
Zin Z
* g
1 1 2 Pmax | Eg | 2 4 Rg
2018/9/15
Microwave Technology and Antenna copyright@Duguohong
4
传输线的阻抗匹配
阻抗匹配
阻抗匹配是指传输线的两端阻抗与传输线的特 性阻抗相等,使线上电压与电流为行波 传输线的始端与信号源阻抗匹配（匹配信号源） Rg=Z0 , Xg=0 上述条件很难满足
例 1负载阻抗为ZL＝25， 在工作频率为 3GHz时与50同轴线线匹配。求出匹配时， 同轴变换器的特性阻抗及长度。（同轴线 内部介质为聚四氟乙烯）
解：采用 λ/4阻抗变换器，其特性阻抗为
Z0line 50 25 35.355
同轴线内的相波长为
0 3 108 / 3 109 6.97cm r 2.06
2018/9/15
Microwave Technology and Antenna copyright@Duguohong
10
单支节匹配器
原理
在离负载导纳适当的距离d处,并接一个长度为l、终端短 路(或开路)的短截线,构成单支节匹配器,从而使主传输达 到匹配
1 Y in
Y Y Y in 1 2
12
例2 一微波传输系统的特征阻抗 Zc = 50 ， 工作波长 ( g) 为 10 厘米，已知负载为： ZL = 20 + j 40 。若用单支节匹配，试求单 支节的长度l及接入的位置d。
特征阻抗 阻抗匹配 共轭匹配原理详解
特征阻抗、阻抗匹配、共轭匹配讲解特征阻抗、阻抗匹配、共轭匹配定义及原理详解如下：1.特征阻抗特征阻抗，也称特性阻抗，是传输线理论中的重要概念。
特征阻抗推导过程见附录1，位置x为传输线的任意处，特征阻抗为位置x处入射波的入射电压和入射电流之比，即：-------------------------------------------------------------公式1.1在公式1.1中，特征阻抗只与传输线单位长度的寄生电阻R、寄生电感L、寄生电导G和寄生电容C有关系，而与位置x无关。
特征阻抗推导过程假设前提是传输线单位长度特性是一样的，且是无限长的。
特征阻抗是瞬时阻抗，是传输线位置为x处在没有反射的情况下瞬时电压和瞬时电流的比值。
而直流阻抗也可以理解为瞬时阻抗，只是其任何时候的瞬时电压和瞬时电流比值都是一样的，但是直流阻抗与传输线位置x是有关系的，位置x越靠近原点，阻抗越大。
若频率w很低，则公式1.1表示的特征阻抗可以等效为：-------------------------------------------------------------公式1.2如果有一根导线无限长，且可等效为无穷个单位长度的寄生电阻R和寄生电导串并的分布式，那求解的阻抗是不是同公式1.2呢？显然不是，电阻是有损耗的，长度越大，等效阻抗越大，损耗越大。
推导过程哪里出问题了？待补充。
若频率w很高,则公式1.1表示的特征阻抗可以等效为：-------------------------------------------------------------公式1.3若传输线可以照公式1.3这样等效，则称为无损传输线。
而特征阻抗概念是针对无损传输线而言，或者近似无损传输线，主要针对无损寄生参数(寄生电感和寄生电容)？万用表测量的是直流阻抗，而非交流阻抗，所以若用万用表测量一个特征阻抗为50ohm的导线，将会发现它是短路的。
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2. 串联单支节公式：
BL
t
tg
d
BL
2Y0
GL Y0
Y0
GL
2
BL2
GL Y0
GL Y0 GL Y0
d的两个主要解为：
d
d
1
2
1
2
arctgt t
+arctgt
0
t
0
Z0
Z 1/Y Z0
ZL
Z0
l
短路或 开路
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短路支节：lsc
1
2
arctg
（3.3）
假定信号源阻抗是固定的，考虑以下三种负载阻抗情况：
负载与传输线匹配（ZL= Z0）
传给负载传输的功率
ГL=0
P
1 2
EG
2
Z0
Z0
RG 2 XG 2
（3.4）
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信号源与端接传输线匹配（Zin= ZG） Гin=0
传给负载传输的功率
P 1 2
EG 2 4
RG
RG2
yL
负载匹配，加＋j 0.3
归一化导纳落在
zL
1 j圆b周上
归一化导纳 y 0.4 j0.5
z 1 j1.2
阻抗 z 1 j1.2 要落在归一化阻抗圆周上 1 jx
串联电抗 x j1.2
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由此得到相应的元件值为：
C b 0.92pF;
2 fZ0
C 1 2.61pF;
Zin
Z
* G
假定信号源的内阻抗为固定，可改变输入阻抗Zin使送 到负载的功率最大。
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共轭匹配
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为此，应用式（3.3）对Z in的实部和虚部分别微分，得
P
Rin
0
RG2
Ri2n
X in X G
2 0
P X in
0
X in X in
XG 0
（3.6） （3.7）
求解上式，得
让 G Y0 1/ Z0
XL
t
tg
d
XL
2Z0
RL Z0
Z0
RL
2
X
2 L
RL Z0
RL Z0 RL Z0
d的两个主要解为：
d
1
2
1
2
arctgt t
+arctgt
0
t
0
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支节输入电纳
Bs B
短路支节：lsc
1
2
arctg
Y0 Bs
X
2 G
（3.5）
可以看到，虽然端接传输线对信号源匹配，但送到负载 的功率仍然可能小于负载与传输线匹配时的情况，而后 者并不要求负载线与信号源匹配。这就产生一个问题， 什么是最佳负载阻抗？或等效的，就一个给定的信号源 阻抗，为使负载上获得最大功率转移，什么是最佳输入 阻抗？
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信号源的共轭匹配
最后要说明的是，能使系统获得效率最佳的既不是 无反射的负载匹配状态（ ZL= Z0 ），也不是信号源共轭 匹配状态。即使ZG ＝ZL= Z0 ，即负载和信号源都是匹配 的（无反射），但这是信号源产生的功率只有一半送达 负载（一半损失在ZG ），传输效率只有50％；只有使ZG 尽可能小，才能使系统效率获得改善。
1. 单分支匹配
匹配对象：任意负载 zL rL jxL
其中 rL 0
调节参数：枝节距负载距离d 和枝节长度l。
分析支节匹配的方法均采用倒推法——由结果推向原因。
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由于短路支节并联，我们全部采用导纳更为方便。
结果要求
yin 1.0 j0
并联网络关系有 y y y
in
1
2 m
ZL Z0
如假定为TEM传输线，则有
l
2 f vp f
l0 / 4 vp 4 f0 2 f0
因此，在＝m的频带低端边沿，有
fm
2m
f0
并可得到分数带宽为
f
2 f0
fm
2
4
arccos
m
2
Z0ZL
f0
f0
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1 2m ZL Z0
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不同负载阻抗比情况下，反射系数幅度对归一化频率的关系曲线 如图所示。可以看出，负载不匹配越小（ZL/ Z0 越接近于1），带宽 就越大。
jB1 YL 1/ ZL
l1
t tg d
GL
Y0 (1 2t 2
采用并联单支节匹配，求支节位置和长度
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解： ZL 25 j75
1、 zL 0.5 j1.5
yL 0.2 j0.6
对应的向电源长度 0.412
2、 yL 沿等反射系 数圆顺时针旋转与
0
g1 的1 圆交两点
y1 1 j2.2
y1 1 j2.2 3、支节位置：
0.088
d
第一支节左侧导纳
Y1 GL j(BL B1)
jB2 Y0
经长度d后变换为第二支节右侧 导纳
Y0
Y0
Y2
Y0
GL j(BL B1 Y0t) Y0 (BL B1)t jGLt
l2
短路或开路
达到匹配，要求Y2 的实部必须等于
Y0 ，得 GL2t2 GLY0(1 t2) [Y0 t(BL B1)]2 0
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Zg
I in
Eg
Zin Vin
Z0 ,
ZL
d
l
0
信号源和负载均失配的无耗传输线
如图(a)所示，此时传输线上任意一点处的电压为
V
(d )
EG Z0 ZG Z0
1
e jl GLe2
jl
e jd Le jd
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G
ZG ZG
Z0 Z0
,
L
ZL ZL
Z0 Z0
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例：设计一L节匹配网络，在500MHz使负载ZL=200－j100 与特性阻抗Z0=100的传输线匹配。
解 归一化负载阻抗zL=2-j1,位于1＋jx园内，故匹配网络及基
于圆图的求解过程如图所示。
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归一化负载阻抗 zL
归一化负载导纳
g
1 jb圆 0.4 j0.5
yL 0.4 j0.2
由于传输线的特性阻抗Z0为实数，所以/4变换器只适
应于匹配电阻性负载；若负载阻抗为复阻抗，则可在 负载与变换器之间加一段移相器，或在负载处并联或 串联适当的电抗短截线来变成实阻抗。
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/4阻抗变换器的幅频特性
以下导出不匹配时的反射系数幅度对频率关系的近似表 达式。由匹配段输入端看到的输入阻抗为
1
2
arctg
Y0 B
开路支节：loc
1
2
arctg
Bs Y0
1
2
arctg
B Y0
其中
B RL2t Z0 X Lt X L Z0t
Z0
RL2
X
L
Z0t
2
若由此求得的长 度为负值，则加
上/2取正的结
果。
例1 特性阻抗为50Ω得无耗线终端接阻抗 ZL 25 的j负75载，
求支节位置d可调，这对同轴线、波导结构有困难。 解决的办法是采用双支节调配器。
双支节调配器是在距离负载的两个固定位置并联 （或串联）接入终端短路或开路的支节构成的，如图
所示。两支节之间的距离通常选取d=/8，d=/4或 d=3/8，但不能取d=/2。通过选择两支节的长度达到匹配。
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因此，若负载电阻与传输线特性阻抗的阻抗比过大（或过小）， 或要求宽带工作时，则可采用双节、三节或多节/4变换器结构，其 特性阻抗Z01、 Z02、 Z03，…按一定规律定值，可是匹配性能最佳。
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2.3 支节调配器
分支匹配器的原理是利用在传输线上并接或串接终端短路 或开路的分支线，产生新的反射波来抵消原来的反射波， 从而达到阻抗匹配。 分支匹配器分为单分支、双分支和三分支匹配器
Zin
Z01
ZL Z01
jZ01t jZLt
式中，t tan l tan
在设计频率f0时，l=/2。反射系数为：
Zin Z0 Z01 ZL Z0 jt Z021 Z0ZL Zin Z0 Z01 ZL Z0 jt Z021 Z0ZL
ZL Z0
ZL Z0 j2t Z0ZL
d 0.088 0.192 0.28
d 0.088 0.308 0.396 4、短路支节长度
jB j2.2 (2.6-18)
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0.192
zL y1
d d
y1 yL
l
0.412
0.25
yL
l 匹配圆
0.308
l 0.318 0.25 0.068
l 0.25 0.182 0.432
2 fxZ0
L xZ0 38.8nH
2 f
L Z0 46.1nH
2 fb
2.2 /4变换器 /4变换器是实现实负载阻抗与传输线匹配的简单而实
用的电路。如图所示：
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应用/4线段的阻抗变换特性有：
Zin
Z021 RL
匹配时， Zin= Z0 ，于yin ys
1
jb
jb
利用 yL g和L 系j统bL的|Γ|不变性，沿等|Γ|圆转