微波技术基础-阻抗匹配与调谐(1)-1
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微波技术传输线阻抗匹配课件
02
卫星通信：微波技术传输线阻抗匹配在卫星通信中的应用将更加深入
03
雷达技术：微波技术传输线阻抗匹配在雷达技术中的应用将更加广泛
04
医疗设备：微波技术传输线阻抗匹配在医疗设备中的应用将更加广泛
微波技术传输线阻抗匹配的挑战和机遇
挑战：微波技术的不断发展， 对传输线阻抗匹配的要求越 来越高
机遇：随着新材料、新技术 的不断涌现，传输线阻抗匹 配的技术水平不断提高
微波技术传输线阻抗匹 配课件
演讲人
目录
01. 微波技术传输线阻抗匹配原 理
02. 微波技术传输线阻抗匹配实 例
03. 微波技术传输线阻抗匹配实 验
04. 微波技术传输线阻抗匹配发 展趋势
微波技术传输线 阻抗匹配原理
传输线阻抗匹配的重要性
01
保证信号传输的稳定 性：阻抗匹配可以降 低信号传输过程中的 损耗和反射，提高信
阻抗匹配的目的是使信号在传输过 程中损失最小，提高传输效率。
阻抗匹配的方法包括串联、并联、 变压器等。
阻抗匹配的应用包括天线、电缆、 电路板等。
阻抗匹配的方法
串联匹配：通过串联电感或电容， 使传输线阻抗与负载阻抗匹配
变压器匹配：通过变压器，使传输 线阻抗与负载阻抗匹配
并联匹配：通过并联电感或电容， 使传输线阻抗与负载阻抗匹配
挑战：微波技术的广泛应用， 对传输线阻抗匹配的稳定性 和可靠性提出了更高的要求
机遇：随着微波技术的普及， 传输线阻抗匹配的市场需求 不断扩大，为相关企业提供 了更多的发展机会。
谢谢
06
设定实验参数：设 定信号源的频率、 功率等参数
07
分析实验结果：分 析信号波形的变化， 得出阻抗匹配的效 果和影响因素
第五章_阻抗匹配和调谐
找到归一化负载阻抗点； 找到负载阻抗的导纳点； 电纳相加后应在导纳圆图的1+jx上； 找到转换成阻抗圆图上的1-jx阻抗点； 串接+jx电抗，归一化阻抗 z＝1，匹配。
Microwave Technique
0.5 0.2
Microwave Technique
1.2
例题5.1 L节阻抗匹配（重点掌握）
l2 0.353
Microwave Technique
0.147
Microwave Technique
0.353
Analytic Solutions
求d & l
负载阻抗
Z L
1 Y
R jX
L
L
L
离负载d 位置处之阻抗
(R jX ) jZ t
ZZ L
L
0
0 Z j(R jX )t
0
L
Z
1.
z L 0.3 j0.2 LZ
10
1
2.
y Lz
2.3 j1.534
0.3 j0.2
L
作图:绘一同心圆 读数:1800 0.284
3. 同心圆交 1+jx 圆于两点
y ,y 12
读数分別为 0.328 及 0.171
d 0.328 0.284 0.044 1
d (0.5 0.284) 0.171 0.387 2
图(a)
Z R jX
L
L
L
1
Z jX
0
jB 1 (R jX )
L
L
B(XR X Z ) R Z
L
L0
L
0
X(1 BX ) BZ R X
L
0L
Microwave Technique
0.5 0.2
Microwave Technique
1.2
例题5.1 L节阻抗匹配（重点掌握）
l2 0.353
Microwave Technique
0.147
Microwave Technique
0.353
Analytic Solutions
求d & l
负载阻抗
Z L
1 Y
R jX
L
L
L
离负载d 位置处之阻抗
(R jX ) jZ t
ZZ L
L
0
0 Z j(R jX )t
0
L
Z
1.
z L 0.3 j0.2 LZ
10
1
2.
y Lz
2.3 j1.534
0.3 j0.2
L
作图:绘一同心圆 读数:1800 0.284
3. 同心圆交 1+jx 圆于两点
y ,y 12
读数分別为 0.328 及 0.171
d 0.328 0.284 0.044 1
d (0.5 0.284) 0.171 0.387 2
图(a)
Z R jX
L
L
L
1
Z jX
0
jB 1 (R jX )
L
L
B(XR X Z ) R Z
L
L0
L
0
X(1 BX ) BZ R X
L
0L
微波技术基础-阻抗匹配与调谐(1)-1
——电阻圆
——电抗圆
——阻抗-导纳反演关系
哪个参数(电阻/电抗/反射系数幅度) 不变，即沿着哪个圆旋转
有并联情况时利用导纳较方便
北京邮电大学——《微波技术基础》
21
用集总元件匹配——圆图解法
[例] f＝500MHz，用一个L节匹配网络，使ZL＝200－j100Ω的 RC串联负载匹配与100 Ω传输线匹配。
归一化的B：b=0.3
+ j1.2 − j0.7
zL
D
D → 沿电阻圆旋转——jX为 纯电抗，附加一个电抗 时，电阻部分保持不变 归一化的X：x=1.2
——旋转距离较短，数值较小的一组解
北京邮电大学——《微波技术基础》
25
用集总元件匹配——圆图解法
¾ Smith圆图解法 jB的导纳
电容 2π fC = b = 0.3
北京邮电大学——《微波技术基础》
7
Smith圆图概述
匹配点
北京邮电大学——《微波技术基础》
8
本章概述
¾阻抗匹配（调谐）的意义
当负载与传输线匹配时（假定信号源已经匹配），可将最 大功率传给负载，并且在馈线上损耗最小。
一些接收机部件（如天线、低噪声放大器等）对阻抗匹配 比较敏感，可以改善这些部件性能，提高系统信噪比。
微波技术基础
北京邮电大学无线电与电磁兼容实验室 刘凯明 副教授
（明光楼718室，62281300） kmliu@ 2011
第5章 阻抗匹配与调谐
§ 5.1 用集总元件匹配（L网络） § 5.2 单短截线调谐 § 5.3 双短截线调谐 § 5.4 四分之一波长变换器 § 5.5 小反射理论 § 5.6 二项式多节匹配变换器 § 5.7 切比雪夫多节匹配变换器 § 5.8 渐变传输线
阻抗匹配和调谐26页PPT
哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
微波技术基础-阻抗匹配与调谐(1)-2
b1 yL b1′
d
d
Y0
jB2
Y0
jB1
YL
l2
l1
逆时针旋 转后的 1+jx圆
第1步：归一化、定位 z L 第2步：反演关系找 yL 匹配点 第3步：为确定负载与第 一根短截线并联后导纳， 将1+jx圆逆时针旋转 d l zL 第4步：过 yL 的电阻圆与 旋转后的1+jx圆两个交 点，确定了第一根并联短 1+jx圆 截线归一化输入电纳值。 b1 (b′)1 :第一根短截线输入电纳 6 北京邮电大学——《微波技术基础》
逆时针旋 转λ/8
yL b1′ ′ y1
⎧l1 = 0.482λ ⎧b1 = 1.314 ⎨ ⎨ ⎩b1′ = −0.114 ⎩l1′ = 0.146λ
导纳！
导纳！
b2
y2
⎧ y2 =1- j3.38 ⎧b2 = 3.38 ⎨ ⎨ ′ ′ ⎩ y2 =1+ j1.38 ⎩b2 = −1.38
⎧l2 = 0.350λ ⎨ ′ ⎩l2 = 0.204λ
双短截线调谐
[例]设计并联双短截线调谐器
北京邮电大学——《微波技术基础》
14
双短截线调谐
[例]设计并联双短截线调谐器 ——求解d
逆时针旋转3λ/8的1+jx圆
北京邮电大学——《微波技术基础》
15
双短截线调谐
[例]设计并联双短截线调谐器
(电阻圆)
另一组解
北京邮电大学——《微波技术基础》
16
双短截线调谐
1+jb圆
b2
zL
y2
′ b2 (b2 ):第二根短截线输入电纳
第7步：根据电纳值确定短截线长度 7 北京邮电大学——《微波技术基础》
d
d
Y0
jB2
Y0
jB1
YL
l2
l1
逆时针旋 转后的 1+jx圆
第1步：归一化、定位 z L 第2步：反演关系找 yL 匹配点 第3步：为确定负载与第 一根短截线并联后导纳， 将1+jx圆逆时针旋转 d l zL 第4步：过 yL 的电阻圆与 旋转后的1+jx圆两个交 点，确定了第一根并联短 1+jx圆 截线归一化输入电纳值。 b1 (b′)1 :第一根短截线输入电纳 6 北京邮电大学——《微波技术基础》
逆时针旋 转λ/8
yL b1′ ′ y1
⎧l1 = 0.482λ ⎧b1 = 1.314 ⎨ ⎨ ⎩b1′ = −0.114 ⎩l1′ = 0.146λ
导纳！
导纳！
b2
y2
⎧ y2 =1- j3.38 ⎧b2 = 3.38 ⎨ ⎨ ′ ′ ⎩ y2 =1+ j1.38 ⎩b2 = −1.38
⎧l2 = 0.350λ ⎨ ′ ⎩l2 = 0.204λ
双短截线调谐
[例]设计并联双短截线调谐器
北京邮电大学——《微波技术基础》
14
双短截线调谐
[例]设计并联双短截线调谐器 ——求解d
逆时针旋转3λ/8的1+jx圆
北京邮电大学——《微波技术基础》
15
双短截线调谐
[例]设计并联双短截线调谐器
(电阻圆)
另一组解
北京邮电大学——《微波技术基础》
16
双短截线调谐
1+jb圆
b2
zL
y2
′ b2 (b2 ):第二根短截线输入电纳
第7步：根据电纳值确定短截线长度 7 北京邮电大学——《微波技术基础》
阻抗匹配与调谐
常用的匹配网络有L 形，T形和 形网络。
设计方法有解析法、Smith园图法等。由于解析法不直观， Smith直观，容易。因此本章主要介绍利用Smith园图进行 阻抗匹配。实际上Smith园图也以解析式为基础，利用计 算机辅助设计，可以方便、精确的做到阻抗匹配。
Smith园图做阻抗匹配的基本思想是用特定的线段代表加 入的匹配原件，当源阻抗点通过特定的线段与目标阻抗点 连接时，就完成了阻抗匹配。
2、网络匹配时，网络中任何点的向两端看的阻抗，导 纳，反射系数均呈共轭状态。
Zleft
Z* right
Yleft
Y* right
left
* right
串并联网络的等效：
令 ZS RS jX S YP GP jBP
则
YS
RS
1 jX S
RS jX S
RS2
X
2 S
GS
RS
RS2
X
2 S
BS
电抗元件的符号问题： 电抗元件的符号不同，则实现的元件不同。值得注意的
是电感量和电容量只能取正值。
如果X1取负值，则
X1 61.2 X X1 X A 61.210 71.2
B XT X1 50 61.2
RT2
X
2 T
RA2
X
2 1
1002 502
502 (61.2)2
0.004 0.0098 0.0058S
5、根据给定的工作频率确定电感和电容的实际值。
注意：
1、在上述步骤中，并不是一定要必需从源阻抗点向负载的共 轭复数点移动。事实上，也可以将负载阻抗点变换到源阻抗的 共轭复数点。
2、由于插入网络总是串并联相间，因此过一个点画等电阻 （电导）园，过另一个点就画等电导（电阻）园。一般说来电 阻较大的点画等电导园，电阻较小的画等电阻园。
设计方法有解析法、Smith园图法等。由于解析法不直观， Smith直观，容易。因此本章主要介绍利用Smith园图进行 阻抗匹配。实际上Smith园图也以解析式为基础，利用计 算机辅助设计，可以方便、精确的做到阻抗匹配。
Smith园图做阻抗匹配的基本思想是用特定的线段代表加 入的匹配原件，当源阻抗点通过特定的线段与目标阻抗点 连接时，就完成了阻抗匹配。
2、网络匹配时，网络中任何点的向两端看的阻抗，导 纳，反射系数均呈共轭状态。
Zleft
Z* right
Yleft
Y* right
left
* right
串并联网络的等效：
令 ZS RS jX S YP GP jBP
则
YS
RS
1 jX S
RS jX S
RS2
X
2 S
GS
RS
RS2
X
2 S
BS
电抗元件的符号问题： 电抗元件的符号不同，则实现的元件不同。值得注意的
是电感量和电容量只能取正值。
如果X1取负值，则
X1 61.2 X X1 X A 61.210 71.2
B XT X1 50 61.2
RT2
X
2 T
RA2
X
2 1
1002 502
502 (61.2)2
0.004 0.0098 0.0058S
5、根据给定的工作频率确定电感和电容的实际值。
注意：
1、在上述步骤中，并不是一定要必需从源阻抗点向负载的共 轭复数点移动。事实上，也可以将负载阻抗点变换到源阻抗的 共轭复数点。
2、由于插入网络总是串并联相间，因此过一个点画等电阻 （电导）园，过另一个点就画等电导（电阻）园。一般说来电 阻较大的点画等电导园，电阻较小的画等电阻园。
微波工程-第5章阻抗匹配和调谐
微波工程基础 第五章 北 航 电 子 信 息 工阻抗匹配和调谐 程 学 院 研 究 生 专 业 课
微波工程基础 第五章 阻抗匹配和调谐
阻抗匹配的基本思想
——传输线理论的典型应用
微波工程基础
匹配网络
负载
第五章
阻抗匹配和调谐
* 理想的匹配网络是无耗的。 * 最常见的匹配网络是将负载变换成传输线的特征阻抗——行波匹配 * 除了行波匹配外，常用的还有共轭匹配，最佳噪声匹配…… * 只要负载阻抗的实部不为零，就能找到各种各样匹配网络。
t tan l
1 t G Y
2
L 0
2 2 GL t
t
B2
Y0
1 t G Y
2
L 0
2 2 GL t G LY0
GLt
间距为λ/4
双支节匹配器的禁用区（盲区）
开路线 的长度 短路线 的长度
lo1
B 1 arctan 1 2 Y0
L节匹配网络的圆图解——精确?
RL Z 0
X 0 B0 X 0
或
1 1 jx
B0
Z1 Y1
y1 yL z1
1 jx
或
Y1 Z1
B 0
1 1 jx
X 0
z1 zL
y1
1 jx
B 0
X 0
zL y1 z1
导纳圆
阻抗圆
阻抗圆
z1
例题5.5——四分之一波长变换器的带宽
微波工程基础 第五章 阻抗匹配和调谐
微波工程基础 第五章 阻抗匹配和调谐
5.5 小反射理论
单节变换器
微波工程基础 第五章 阻抗匹配和调谐
阻抗匹配的基本思想
——传输线理论的典型应用
微波工程基础
匹配网络
负载
第五章
阻抗匹配和调谐
* 理想的匹配网络是无耗的。 * 最常见的匹配网络是将负载变换成传输线的特征阻抗——行波匹配 * 除了行波匹配外，常用的还有共轭匹配，最佳噪声匹配…… * 只要负载阻抗的实部不为零，就能找到各种各样匹配网络。
t tan l
1 t G Y
2
L 0
2 2 GL t
t
B2
Y0
1 t G Y
2
L 0
2 2 GL t G LY0
GLt
间距为λ/4
双支节匹配器的禁用区（盲区）
开路线 的长度 短路线 的长度
lo1
B 1 arctan 1 2 Y0
L节匹配网络的圆图解——精确?
RL Z 0
X 0 B0 X 0
或
1 1 jx
B0
Z1 Y1
y1 yL z1
1 jx
或
Y1 Z1
B 0
1 1 jx
X 0
z1 zL
y1
1 jx
B 0
X 0
zL y1 z1
导纳圆
阻抗圆
阻抗圆
z1
例题5.5——四分之一波长变换器的带宽
微波工程基础 第五章 阻抗匹配和调谐
微波工程基础 第五章 阻抗匹配和调谐
5.5 小反射理论
单节变换器
微波技术-第2章6阻抗匹配
在上面两个解中一般选 取较短的一对。
双支节匹配网络
单支节调配器中因要求 d 可调，对于同轴线、波导等结构 中较难调。故常采用双支节调配器。一般为并联支节。 能两支节之间的距离d =λ /8, λ /4, 3λ /8 (注意不 能选取λ /2)，不可调；两支节长度为l1和l2，可调节。
B
A
(4)
渐变线 在用λ /4变换匹配器时，若阻抗变换比很大或
再由/4阻抗变 换器公式求其 Z01 = Z0 Rin 特性阻抗Z01
(3) 支节调配器
支节调配器是在距离负载某固定位臵上并联 或串联终端短路或开路的传输线段构成。 支节数可以是一条、两条、三条或更多。
常用并联调配支节。
B
A
a.单支节调配器 支节调配器是在距离负载 d 处并联或串联长度为 l 的终端 短路或开路的短截线构成。 调节变量：d,l 并联支节：由负载阻抗经 d 距离变换后， 在B点的导纳Y=Y0+jB，如支节 的电纳为-jB，——达到匹配； 串联支节：由负载阻抗经d 距离变换后，在B 点的阻抗Z=Z0+jX，如支节的电 抗为-jX，——达到匹配。 B A
解得
X R [( Z R ) 2 X 2 ] / Z L 0 L L 0 L , RL Z 0 RL Z 0 t XL , RL Z 0 2Z0
则
1 2 arctgt, d 1 ( arctgt), 2
t0 t0
lmax 向电源方向最近的为 Vmax 点，% = 0.25 ；
in Z0
/4 Zin Z01
d Z0
Z RL L
则阻抗转换器的接入位臵：
d = (% - %) = (0.25 - 0.203)l = 0.042l lmax l L
微波射频学习笔记7.阻抗匹配
阻抗匹配
1.阻抗匹配的目的
阻抗匹配主要用于传输线上，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
Ps：波的反射会造成驻波，从这点看来：插损一部分是介质和导体本身带来的系统损耗，还有一部分就是阻抗失配带来的VSWR，反射功率是要会抵消部分发射功率。
所以我应该大概可以认为VSWR不好，使设计问题，这时候的插损是可以通过优化设计改善，但如果驻波已经很好了，说明阻抗匹配，插损也就差不多了。
2.阻抗匹配的几种方法
（1）L网络（集总元件匹配）
使用场景：频率f≤1GHz
构造：串联电感L同时并联电容C/串联电容C同时并联电感L；
①输入电阻R0＜负载电阻R1，两个元件适合先串联后并联；
②输入电阻R0＞负载电阻R1，两个元件适合先并联后串联。
特点：成本低（只有两个元件）、Q值低（BW宽，选频性能差，挤滤波能力差），还有π型/T型网络都可以分解成两个L型网络分析，咱也看不懂，咱就不学了，都是利用了LC谐振。
计算方法：网上找小工具...
（2）短截线调谐
阻抗匹配的过程被称为调谐（大概），波导中常用，以下省略500字。
（3）四分之一波长变换器
当Z
in =Z
，波长为λ/4的奇数倍时，反射系数Γ=0，完全匹配，此时馈线上
没有驻波，不过λ/4匹配段内会有驻波存在，所以λ/4波长可用作阻抗变换；
注意：只能在一个频点获得完全匹配，附近频点越远，失配越严重。
①单节四分之一波长变换，匹配段的特征阻抗：Z
1= √（Z
Z
L
），相对带宽：
（f
2-f
1
）/f
0 。
微波技术传输线的阻抗匹配详解
2 Z0
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 )。
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 )。
微波炉阻抗匹配调整探讨
微波炉阻抗匹配调整探讨
微波炉阻抗匹配是在微波系统中一个永恒的话题，它决定着系统中发射机、调制多导
管及接收机之间的能量传输效率、信号品质及可靠性。
本文综述了微波系统中微波炉阻抗
匹配原理及方法，探讨了发射机与调制多导管以及调制多导管与接收机间的阻抗匹配调整
方法。
微波系统中，发射机、调制多导管及接收机的阻抗必须相匹配，才能将电磁波以高效
的方式传输。
发射机通过输出电磁频率，传入调制多导管，再被调制多导管转换为可接收
的信号，传入接收机。
电磁波在发射机与调制多导管以及调制多导管与接收机间传输，若
发射机、调制多导管及接收机阻抗不匹配，发射机输出功率将大部分导回至发射机，少量
电磁波（低于20%）折向调制多导管，来到接收机，无法正常的传输信号，信号品质将大
大降低，有电磁波丢失的风险出现，甚至发射机无法正常的运行。
为了使得发射机、调制多导管及接收机之间能够做到准确的阻抗匹配，应该首先找出
发射机阻抗，并建立发射机和调制多导管之间的阻抗匹配。
调制多导管可以采用共模补偿
方法，通过拓扑结构，将发射机和调制多导管之间阻抗匹配，且可以快速、精确的调整完成，性价比较高。
若发射机和调制多导管的阻抗匹配调整完成以后，调整调制多导管和接
收机之间的电阻值，以完成发射机和接收机之间的阻抗匹配，也可以使用拓扑结构来实现。
微波炉阻抗匹配是微波系统体系中难以避免而又重要的调整内容。
若能够熟悉微波系
统中阻抗匹配的原理及方法，对分析、调试、排除故障及提高效果都有重大的作用，具有
重要的实践意义。
阻抗匹配和调谐
14
§5.1 分立元件匹配网络
例题 已知带宽放大器需要一个 π形网络，要求该网络将 Z L = (10 − j10)Ω 的负载阻抗变换成 Z in = (20 + j40)Ω 的输入阻抗，匹配网络具有最 小的节点品质因数，且匹配频率点为 f 0 = 2.4 GHz ，计算匹配 网络的各个元件值。 解：由于负载阻抗和输入阻抗 都是固定的，因此待求匹配网 络的品质因数不可能低于Z L 和 Z in 点所对应的最小 Qn 值。又因 为Qn 的最小值可根据输入阻抗点 Q 确定： n = X in / Rin = 40 / 20 = 2 。 右图给出了在Qn = 2 条件下采用 Smith圆图设计 π 形匹配网络的 情况。
具有最小 Qn 值的 π 形匹配网络设计
15
§5.1 分立元件匹配网络
在设计过程中，我们采用了与上一个例题相似的方法。 首先，在Smith圆图中画出等电导圆 g = giw 并找到该圆与等值 线Qn = 2的交点，将该点记为B点。然后找到等电导圆 g = g L与 过B点的等电阻圆的交点，并记为A点。将Smith圆图中的相 应点变换成实际的电容和电感就可以解出所求网络元件。电路 结构如下图所示：
由传输线和电容构成的匹配网络
18
分布参数匹配网络设计
§5.2 微带线匹配网络
5.2.2 单节短截线匹配网络 完全取消所有分立元件来实现电路网络匹配的情况，有两 种拓扑结构：一种是负载与短截线并联后再与一段传输线相连 如下图(a)所示；另一种是负载与串联传输线相连后再与一段短 截线并联，如下图(b)所示。
2 T 2 T
(
)
（5）
1 RA (1 − BC X T ) XL = − − XA BC BC X T
2017微波技术-第5章-阻抗匹配和调谐
1 1 j1.2 0.4 j0.5
→(0,0)
jx j1.2
将 (b)(impedance) → admittance
1 1 j1.2 →(0,0) jx j1.2
0.4 j0.5
5. 先并联一个jB ，然后串联一个 jX
(a) B C 0.33
C Z0 2 500 106 Z0 0.92 pF
Microwave Technique
l
例题
Z 15 j10 L
Z0 50
并联开路短截线实现
1.
zL
ZL Z0
0.3
j0.2
1
2. yL zL
1 2.3 j1.534 0.3 j0.2
作图:绘一同心圆
0.284
Microwave Technique
0.284
同心圆交 1+jb 圆于两点
Microwave Technique
图 5.2 L-节匹配网络
(a) 用于zL 在1 + jx 圆内的网络 (b) 用于zL 在1 + jx 圆外的网络
最简单的匹 配网络类型
5.1.1 解析解法（ analytic solution ）
Z R jX
L
L
L
R Z
L
0
1
Z jX
0
jB 1 (R jX )
Yin=?
ZC=1/50 Ω YL=1/ZL= 100+j50 S
B= -25 yL = 2+j b = -0.5
yin=yL+jb=2+j0.5
yin=2+j0.5 yL = 2+j
Yin
Microwave Technique
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归一化的B：b=0.3
+ j1.2 − j0.7
zL
D
D → 沿电阻圆旋转——jX为 纯电抗，附加一个电抗 时，电阻部分保持不变 归一化的X：x=1.2
——旋转距离较短，数值较小的一组解
北京邮电大学——《微波技术基础》
25
用集总元件匹配——圆图解法
¾ Smith圆图解法 jB的导纳
电容 2π fC = b = 0.3
纯电抗元件！
jX
jX
Z0
jB Zl Z0 jB
Zl
归一化负载阻抗在
归一化负载阻抗在
Smith圆图1 + jx 内
Smith圆图1 + jx 外
RL > Z0
RL < Z0
北京邮电大学——《微波技术基础》
12
用集总元件匹配——解析解法
¾ 解析解法 A
jX
Z0
B jB
Zl
匹配
Z0
=
jX
+
1 jB + 1 (RL +
在功率分配网络中,阻抗匹配可以降低振幅和相位误差。
¾阻抗匹配设计中需要考虑的因素
复杂性
带宽特性
应用场合（实现问题）
可调性
北京邮电大学——《微波技术基础》
9
用集总元件匹配
北京邮电大学——《微波技术基础》
10
第5章 阻抗匹配与调谐
¾ 5.1 用集总元件匹配（L网络）
两种L节匹配网络 解析解法 Smith圆图解法
1+jx圆
Z0
jB ZL
zL
yL
与旋转后的1+jx 圆没有交点
从圆图解释该匹配网络只适
用于 RL > Z0 ，即归一化负载
阻抗在 1 + jx 圆内情况。
圆内若外。归从，一则y化导L 出负纳载发y阻，L必无抗在论z1L沿+在j电x1圆+阻jx
圆怎样旋转，均与旋转后的 1+jx圆无交点。而为了实现匹 配，D点归一化阻抗必在1+jx 圆上。因此无法实现匹配。
2 L
⎪ ⎪⎩
X
=
1 B+源自X LZ0 RL−
Z0 BRL
⎧ X > 0,电感
⎨ ⎩X
<
0, 电容
⎧B > 0,电容
⎨ ⎩B
<
0,
电感
北京邮电大学——《微波技术基础》
14
用集总元件匹配——解析解法
¾ 解析解法
jX
1 = jB +
1
Z0
RL + j( X + X L )
Z0 jB
Zl
⎧⎨⎩(BXZ0+(
ZL = Z0
等效负载阻抗等于传输线的特征阻抗！
北京邮电大学——《微波技术基础》
6
用集总元件匹配
阻抗匹配工作的本质是什么？
Zl = RL + jX L 归一化 zl = rL + jxL
匹配
zl = 1
匹配目标
⎧ ⎨ ⎩
rL xL
=1 =0
从圆图上看，就是从负载阻抗出发，沿特定轨迹运 动后达到圆心！
归一化负载阻抗 zL = 2 − j1 (RL > Z0 ) 在圆图1 + jx 内
采用下图所示L节匹配网络
基本目标：归一化 zL = 1
jX
基本思路：
Z0
jB
Z 通过jB使归一化负载阻 L 抗实部变为1；通过jX使
归一化负载阻抗虚部变为
0。
北京邮电大学——《微波技术基础》
22
用集总元件匹配——圆图解法
起点——已知阻抗定位点
终点——圆心（匹配点）
游戏规则：
从起点（已知阻抗点）出发， 沿一定运动轨迹到达终点（匹 配点），完成匹配，通过运动 轨迹获得匹配设计参数。
北京邮电大学——《微波技术基础》
20
用集总元件匹配——圆图解法
利用Smith圆图进行阻抗匹配——“走迷宫”
运动轨迹约束：
——等反射系数圆
Zin
jX L )
注意问题: 假设元件的感性/容性，与阻抗值的对应关系！
假设A为电感元件 阻抗值为jX
jX
=
⎧ j2π fL, ⎩⎨1 j2π fC,
X X
≥0 <0
ZL = j2π fL
假设B为电容元件 阻抗值为1/jB
1
jB
=
⎧1 j2π fC
⎨ ⎩
j2π
fL,
,
B≥0 B<0
ZC
=
1
j2π fC
北京邮电大学——《微波技术基础》
(3)导纳yL沿着等电阻圆旋转？
—因为并联电抗元件后导纳实部不变！
(4)为什么要旋转到旋转后的1+jx圆？
—我们的目标是让D点归一化的输入阻抗在 1+jx圆上，那么D点归一化的输入导纳就应 该在旋转后的1+jx圆上！
北京邮电大学——《微波技术基础》
27
（Smith圆图解法——注解）
jX D
旋转后的1+jx圆
通过在负载与传输线之间增加合适的微波网络， 使总的输入阻抗（包括微波网络与负载）等于传输线 的特征阻抗。
Z0
Zl
调谐 —— 负载与匹配网络之间存在多次反射，但匹 配网络与目标传输线之间不存在反射。（调整负载与 匹配网络之间的多次反射，使目标传输线上不存在反 射）
北京邮电大学——《微波技术基础》
4
回忆——传输线上的功率
—— 沿较短路径旋转到圆心 (匹配点)，到归一化的X：x=1.2
同理可得另外一组解。
北京邮电大学——《微波技术基础》
24
用集总元件匹配——圆图解法
¾ Smith圆图解法——完电整阻圆过程
jX D
Z0
jB ZL
旋转后的 1 + jx圆
C
+ j0.3
yL
− j1.2
匹配点
yL → 沿电阻圆旋转——jB为 纯电抗，附加一个电抗 时，电阻部分保持不变
北京邮电大学——《微波技术基础》
2
第5章 阻抗匹配与调谐
¾本章学习要点 阻抗匹配的基本原理
z集总元件匹配 z单、双短截线匹配 z四分之一波长变换器 z多节匹配变换器（二项式、切比雪夫）
阻抗匹配的Smith圆图解法 阻抗匹配的解析解法 小反射理论
北京邮电大学——《微波技术基础》
3
本章概述
¾什么是阻抗匹配？
|U0+ |2 2Z0
反射波功率
Pavr
=
1 2
Re[ΓLU0+e jβ z
⋅
(
Γ
L
I
+ 0
e
jβ
z
)∗
]
=
|
ΓL
|2
|
U
+ 0
2Z0
|2
P = P − P 北京a邮v电大学—a—vi《微波技a术v基r 础》
5
用集总元件匹配
阻抗匹配工作的本质是什么？
ΓL = 0
ΓL
=
ZL ZL
− +
Z0 Z0
匹配
第一组解 1 Z0
电感 2π fL = x = 1.2
Z0
C = b = 0.92 pF
2π fZ0
L = xZ0 = 38.8 nH
2π f
电感 Z0 = −b = 0.7
2π fL
第二组解
电容
2π
1 fCZ0
= −x
= 1.2
L = −Z0 = 46.1 nH
2π fb
C = −1 = 2.61 pF
0 Y
r
=
1+ 1−
Γe− Γe−
e j2βl ∓ e j2βl ∓
j 2 βλ j 2 βλ
/4 /4
=
1 1
+ −
Γe− Γe−
e j2βl ∓ e j2βl ∓
jπ jπ
=
1 1
− +
Γe− Γe−
j2βl j2βl
=
1 zl
北京邮电大学——《微波技术基础》
19
用集总元件匹配——圆图解法
利用Smith圆图进行阻抗匹配——“走迷宫”
北京邮电大学——《微波技术基础》
23
用集总元件匹配——圆图解法
¾ Smith圆图解法 电阻圆
jX D
Z0
jB ZL
旋转后的 1 + jx圆
C
+ j0.3
yL
− j1.2
匹配点
+ j1.2 − j0.7
zL
D
第4步：做C点关于圆心对称 的点，到1+jx圆上的D点，得 到D点的归一化输入阻抗。
第5步：从D出发沿电阻圆旋 转——jX为纯电抗，附加一个 电抗时，电阻部分保持不变
匹配方法：串联电抗jX + 并联电抗jB 关键问题：（1）并联电抗jB 的作用是什么？
（2）串联电抗jX 的作用是什么？
北京邮电大学——《微波技术基础》
11
用集总元件匹配
系统工作频率足够低、或集总元件尺寸足够小
时，相位的差异可以忽略，可以采用集总元件进行匹
配。（在高频下存在局限性）
两类L节匹配网络 (Zl = RL + jX L )
13
用集总元件匹配——解析解法
¾ 解析解法
jX
Z0
=
jX
+
jB + 1
1 ( RL
+
jX L )
+ j1.2 − j0.7
zL
D
D → 沿电阻圆旋转——jX为 纯电抗，附加一个电抗 时，电阻部分保持不变 归一化的X：x=1.2
——旋转距离较短，数值较小的一组解
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25
用集总元件匹配——圆图解法
¾ Smith圆图解法 jB的导纳
电容 2π fC = b = 0.3
纯电抗元件！
jX
jX
Z0
jB Zl Z0 jB
Zl
归一化负载阻抗在
归一化负载阻抗在
Smith圆图1 + jx 内
Smith圆图1 + jx 外
RL > Z0
RL < Z0
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12
用集总元件匹配——解析解法
¾ 解析解法 A
jX
Z0
B jB
Zl
匹配
Z0
=
jX
+
1 jB + 1 (RL +
在功率分配网络中,阻抗匹配可以降低振幅和相位误差。
¾阻抗匹配设计中需要考虑的因素
复杂性
带宽特性
应用场合（实现问题）
可调性
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9
用集总元件匹配
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10
第5章 阻抗匹配与调谐
¾ 5.1 用集总元件匹配（L网络）
两种L节匹配网络 解析解法 Smith圆图解法
1+jx圆
Z0
jB ZL
zL
yL
与旋转后的1+jx 圆没有交点
从圆图解释该匹配网络只适
用于 RL > Z0 ，即归一化负载
阻抗在 1 + jx 圆内情况。
圆内若外。归从，一则y化导L 出负纳载发y阻，L必无抗在论z1L沿+在j电x1圆+阻jx
圆怎样旋转，均与旋转后的 1+jx圆无交点。而为了实现匹 配，D点归一化阻抗必在1+jx 圆上。因此无法实现匹配。
2 L
⎪ ⎪⎩
X
=
1 B+源自X LZ0 RL−
Z0 BRL
⎧ X > 0,电感
⎨ ⎩X
<
0, 电容
⎧B > 0,电容
⎨ ⎩B
<
0,
电感
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14
用集总元件匹配——解析解法
¾ 解析解法
jX
1 = jB +
1
Z0
RL + j( X + X L )
Z0 jB
Zl
⎧⎨⎩(BXZ0+(
ZL = Z0
等效负载阻抗等于传输线的特征阻抗！
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6
用集总元件匹配
阻抗匹配工作的本质是什么？
Zl = RL + jX L 归一化 zl = rL + jxL
匹配
zl = 1
匹配目标
⎧ ⎨ ⎩
rL xL
=1 =0
从圆图上看，就是从负载阻抗出发，沿特定轨迹运 动后达到圆心！
归一化负载阻抗 zL = 2 − j1 (RL > Z0 ) 在圆图1 + jx 内
采用下图所示L节匹配网络
基本目标：归一化 zL = 1
jX
基本思路：
Z0
jB
Z 通过jB使归一化负载阻 L 抗实部变为1；通过jX使
归一化负载阻抗虚部变为
0。
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22
用集总元件匹配——圆图解法
起点——已知阻抗定位点
终点——圆心（匹配点）
游戏规则：
从起点（已知阻抗点）出发， 沿一定运动轨迹到达终点（匹 配点），完成匹配，通过运动 轨迹获得匹配设计参数。
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20
用集总元件匹配——圆图解法
利用Smith圆图进行阻抗匹配——“走迷宫”
运动轨迹约束：
——等反射系数圆
Zin
jX L )
注意问题: 假设元件的感性/容性，与阻抗值的对应关系！
假设A为电感元件 阻抗值为jX
jX
=
⎧ j2π fL, ⎩⎨1 j2π fC,
X X
≥0 <0
ZL = j2π fL
假设B为电容元件 阻抗值为1/jB
1
jB
=
⎧1 j2π fC
⎨ ⎩
j2π
fL,
,
B≥0 B<0
ZC
=
1
j2π fC
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(3)导纳yL沿着等电阻圆旋转？
—因为并联电抗元件后导纳实部不变！
(4)为什么要旋转到旋转后的1+jx圆？
—我们的目标是让D点归一化的输入阻抗在 1+jx圆上，那么D点归一化的输入导纳就应 该在旋转后的1+jx圆上！
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27
（Smith圆图解法——注解）
jX D
旋转后的1+jx圆
通过在负载与传输线之间增加合适的微波网络， 使总的输入阻抗（包括微波网络与负载）等于传输线 的特征阻抗。
Z0
Zl
调谐 —— 负载与匹配网络之间存在多次反射，但匹 配网络与目标传输线之间不存在反射。（调整负载与 匹配网络之间的多次反射，使目标传输线上不存在反 射）
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4
回忆——传输线上的功率
—— 沿较短路径旋转到圆心 (匹配点)，到归一化的X：x=1.2
同理可得另外一组解。
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24
用集总元件匹配——圆图解法
¾ Smith圆图解法——完电整阻圆过程
jX D
Z0
jB ZL
旋转后的 1 + jx圆
C
+ j0.3
yL
− j1.2
匹配点
yL → 沿电阻圆旋转——jB为 纯电抗，附加一个电抗 时，电阻部分保持不变
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2
第5章 阻抗匹配与调谐
¾本章学习要点 阻抗匹配的基本原理
z集总元件匹配 z单、双短截线匹配 z四分之一波长变换器 z多节匹配变换器（二项式、切比雪夫）
阻抗匹配的Smith圆图解法 阻抗匹配的解析解法 小反射理论
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3
本章概述
¾什么是阻抗匹配？
|U0+ |2 2Z0
反射波功率
Pavr
=
1 2
Re[ΓLU0+e jβ z
⋅
(
Γ
L
I
+ 0
e
jβ
z
)∗
]
=
|
ΓL
|2
|
U
+ 0
2Z0
|2
P = P − P 北京a邮v电大学—a—vi《微波技a术v基r 础》
5
用集总元件匹配
阻抗匹配工作的本质是什么？
ΓL = 0
ΓL
=
ZL ZL
− +
Z0 Z0
匹配
第一组解 1 Z0
电感 2π fL = x = 1.2
Z0
C = b = 0.92 pF
2π fZ0
L = xZ0 = 38.8 nH
2π f
电感 Z0 = −b = 0.7
2π fL
第二组解
电容
2π
1 fCZ0
= −x
= 1.2
L = −Z0 = 46.1 nH
2π fb
C = −1 = 2.61 pF
0 Y
r
=
1+ 1−
Γe− Γe−
e j2βl ∓ e j2βl ∓
j 2 βλ j 2 βλ
/4 /4
=
1 1
+ −
Γe− Γe−
e j2βl ∓ e j2βl ∓
jπ jπ
=
1 1
− +
Γe− Γe−
j2βl j2βl
=
1 zl
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用集总元件匹配——圆图解法
利用Smith圆图进行阻抗匹配——“走迷宫”
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23
用集总元件匹配——圆图解法
¾ Smith圆图解法 电阻圆
jX D
Z0
jB ZL
旋转后的 1 + jx圆
C
+ j0.3
yL
− j1.2
匹配点
+ j1.2 − j0.7
zL
D
第4步：做C点关于圆心对称 的点，到1+jx圆上的D点，得 到D点的归一化输入阻抗。
第5步：从D出发沿电阻圆旋 转——jX为纯电抗，附加一个 电抗时，电阻部分保持不变
匹配方法：串联电抗jX + 并联电抗jB 关键问题：（1）并联电抗jB 的作用是什么？
（2）串联电抗jX 的作用是什么？
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11
用集总元件匹配
系统工作频率足够低、或集总元件尺寸足够小
时，相位的差异可以忽略，可以采用集总元件进行匹
配。（在高频下存在局限性）
两类L节匹配网络 (Zl = RL + jX L )
13
用集总元件匹配——解析解法
¾ 解析解法
jX
Z0
=
jX
+
jB + 1
1 ( RL
+
jX L )