微带匹配电路 单枝节匹配电路
第八讲 微带匹配电路_单枝节匹配电路汇总
3.4、微带型匹配电路
利用欧拉公式得到
V d VL cos l jZ 0 sin l I L 1 I d j sin l VL cos l I L Z0
把d出看成端口1，负载处看成端口2，则写成矩阵的形式有：
3.微带拐90度角 若果是等宽度的线，45度切角，斜边为1.5W~1.8W之间；宽度不等90度拐角， 则切角的直边为各自宽度的0.565倍左右效果较好。
3.4.3单枝节匹配电路
先复习一下传输线的特殊情况。
微波技术与天线-第三章匹配理论
复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性
（1）传输线终端开路时，输入阻抗为
两电路等效条件
X L Z 0 sin l BC l Y0tg 2 2
l
1
arcsin
XL Z0
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
T型网络的传输线方程为
1 1 B X V1 2 C L I1 jBC
等价条件
XL j 2 0.5BC X L V2 2 1 I2 1 BC X L 2
Z in jZ 0 cot l jZ 0 cot
当
n n 1 l 2 2 4
2 l
jX in
可用终端开路的传输线代替并联电容元件，在smith圆图上 顺时针转动。
1 l 8
a)
Zin jZ0
等价电容
微波技术与天线-第三章匹配理论
9
复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性
b) 3 l 8 l 1 4
微波实验报告
已知：输入阻抗Zin=75Ω
负载阻抗Zl=（64+j75）Ω
特性阻抗Z0=75Ω
介质基片面性εr=2.55 ,H=1mm
假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=λ/4,两分支线之间的距离为d2=λ/8。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅值从1.8GHz至2.2GHz的变化。
n=4时，z3=R/z2，z=1.77392,，故：
z3=R/z2=2.81862，z4=R/z1=4.10775
3．用TXLINE计算相应微带线长度及宽度，选择单位和项目频率2GHz-6GHz。
f=f0=4GHz，εr=9.6，厚度H=1mm，Z0=10Ω，Z1=12.17Ω，Z2=17.74Ω，
之前网上下的学长学姐的报告有很多不靠谱,但是调谐都要调到中心频率上,否则都不对,还有老师验收的时候如果自己心情很不好,只要她发现一点错误就会坚定的认为不是自己做的,所以一定要确保没有错误,原理一定要弄清楚.愿后来人好运~~~
实验2 微带分支线匹配器
一．实验目的：
1．熟悉支节匹配的匹配原理
2．了解微带线的工作原理和实际应用
定义下列公式为变阻器的中心频率和相对带宽：
f0=（f1-+f2）/2
D=(f2-f1)/fo
其中f1和f2分别为频带边界的上下边界，f0为传输线中心波长，D为相对带宽。
取变阻器每段为传输线波长的四分之一，即1=λg0/4.
一般来将，微带变阻器的设计步骤为：
（1）根据给定的指标，查表确定微带变阻器的节数n;
实验麻烦一点的地方在于调谐，可以调整的参数有四个，即TL2、TL3、TL4、TL5的L。当然不用所有的都调，只要通过观察调整各个微带线长度时驻波比的变化情况选取两三个即可。同时要注意让这四个微带线的长度L呈递增或者递减的趋势。经过调谐让驻波比的波形满足给定条件，不超过1.15。
北京邮电大学微波实验报告
北京邮电大学微波实验报告信息与通信工程学院微波仿真实验报告班级：姓名：学号：序号：日期：2013年6月9日目录实验二分支线匹配器 --------------------------------------------------- 4一、实验目的----------------------------------------------------------------------------------------- 4二、实验原理----------------------------------------------------------------------------------------- 4三、实验内容----------------------------------------------------------------------------------------- 4四、实验步骤----------------------------------------------------------------------------------------- 5●单枝节匹配器 ------------------------------------------------------------------------------------------ 5●双枝节匹配器 ----------------------------------------------------------------------------------------- 12五、实验结果分析--------------------------------------------------------------------------------- 20六、实验中遇到的问题和解决方法 ------------------------------------------------------------ 20实验三四分之一波长阻抗变换器 ----------------------------------- 22一、实验目的--------------------------------------------------------------------------------------- 22二、实验原理--------------------------------------------------------------------------------------- 22三、实验内容--------------------------------------------------------------------------------------- 26四、实验步骤--------------------------------------------------------------------------------------- 27五、实验结果分析--------------------------------------------------------------------------------- 44六、实验中遇到的问题及解决方法 ------------------------------------------------------------ 46实验六功率分配器 ----------------------------------------------------- 48一、实验目的--------------------------------------------------------------------------------------- 48二、实验原理--------------------------------------------------------------------------------------- 48三、实验内容--------------------------------------------------------------------------------------- 51四、实验步骤--------------------------------------------------------------------------------------- 51五、实验结果分析--------------------------------------------------------------------------------- 63六、实验中遇到的问题和解决方法 ------------------------------------------------------------ 63实验心得与体会---------------------------------------------------------- 65实验二分支线匹配器一、实验目的1．掌握支节匹配器的工作原理。
微带匹配电路单枝节匹配电路
3.4.1微带线构成的电感和电容
V z A1ejz A2ejz
I
z 1 Z0
A1ejz A2ejz
A1
VL
Z0IL 2
e j L
A2
VL
Z0IL 2
e j L
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
VLl VLZ0ILejLlVLZ0ILejLl
中间阻抗
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
方法一过程： 1、经过起始阻抗作等G圆； 2、径过目标阻抗作等反射系数圆； 3、找到交点为中间点；
目标阻抗
Z in
lL
ls
Z 0L Z L Z 0s
开路线 或短路线
中间阻抗
起始阻抗
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
4、并接线电纳等于=中间点电纳-起始点电纳 5、并接线电长度=从开路点（或短路点）到并
开路：
Z L ,Z injta Z n 0 l zinjta 1 nl tanl
BS Y0
l02 1 arctan Y B 0 s 2 1arctan Y B 0
短路：
Z L 0 ,Z i n j Z 0 t a n l z i n jt a n l tan1l
BS Y0
ls2 1arctan Y B 0 s 21 arctan Y B 0
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
两电路等效条件
X L Z 0 sin l
BC 2
Y0tg
l 2
l 1 arcsin XL
Z0
微波技术与天线-第三章匹配理论
RF Circuit Design(Topic 6)
在圆图上将归一化的阻抗zL 转换成归一化的导纳yL ，阻 抗圆图也就成为导纳圆图。 画出zL 或yL 所对应的等反射系数圆，找出其与Zin 等电导 圆的交点，通常存在两个交点，可以选择一个进行设计。 由
Γ(l ) = Γ L ⋅ e − j 2 β l ，传输线长度为l 时，电长度为 θ = β l θ λ 若已知电长度，则传输线长度为 l = ⋅ π 2 再根据并联电纳的大小求解开/短路传输线的长度
微带线型匹配电路
根据传输线理论，一定长度的开路和短路传输线可 以等效为特定的电容和电感。 微带传输线具有许多优点，如体积小、重量轻、容 容 易与电路集成设计、与集成电路的兼容性好、易于 易与电路集成设计 大批量制作等，是一种常用的传输线结构。 微带线匹配电路的拓扑结构主要分为并联 串联 并联和串联 并联 串联两 种形式，由此所派生的电路形式有很多。 串连型微带匹配电路的基本结构是1/4波长阻抗变 换器。
并联型微带匹配电路
通常，并联型微带匹配电路分为：
单枝节匹配 双枝节匹配
此外，对于并联型微带匹配电路，工程上经 常采用的结构还有：
分立元件(电容)和分布参数元件混合匹配电路 三枝节和四枝节匹配网络 克服匹配禁区影响
微带单枝节匹配电路
Z0L, lL
串联传输线 会有怎样的 变化？
单枝节匹配有两种拓扑 结构：
其他微带双枝节匹配电路
由于双枝节匹配网络存在匹配禁区，工程中 还经常用的是三枝节 四枝节 三枝节或四枝节 三枝节 四枝节匹配电路。 最典型的是波导多螺钉调配器 波导多螺钉调配器，反复调整各 波导多螺钉调配器 个螺钉的深度，测量输入端驻波比，可以使 系统匹配，并且获得良好的频带特性。 某些实际电路中，使用变容二极管 变容二极管来代替微 变容二极管 带短截线，这样可以实现电调匹配。
第2讲-匹配理论及匹配网络
第3章 匹配理论
3.3 集总参数匹配电路
3.3.1 L型匹配电路
1. 输入阻抗和输出阻抗均为纯电阻 确定工作频率fc、输入阻抗Rs及输出阻抗RL。 将构成匹配电路的两个元件分别与输入阻抗 Rs和输出阻抗RL
结合。
RS
RL
RS
RL
8
第3章 匹配理论
XL
RS VS
串、并联 阻抗变换
XS
RL
RS VS
1 1 1 RLP j X LP RL j X L
XS
X LP
RLP
RLP
X 2 L RL 1 R L
实部相等
虚部相等
X LP
R 2 L X L 1 X L
z
A
L
zS
D
zL
zS zS
zB
zL
zL
zS
zS
zA
zL
B
C
zS zS
zC
zL
zL
zS zS
zD
zL
zL
19
第3章 匹配理论
L网路的局限性：
RS和RL确定 Q值确定
可能会不满足滤波性能的指标
可采用三个电抗元件组成的Π 和T型网络
20
第3章 匹配理论 3.3.2 П型匹配电路
L L1 L2
RS RL
XL, XS
9
第3章 匹配理论
串、并联 阻抗变换
XS
XS
RS VS
XL
RL
RS VS
X LP
RLP
令XS=XLP，电抗抵消（两电抗在工作频率处串联谐振） RLP=RS
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
2. 输入阻抗和输出阻抗不为纯电阻
如果输入阻抗和输出阻抗不是纯电阻,而是复数阻抗,处理 的方法是只考虑电阻部分,按照上述方法计算L型匹配电路中 的电容和电感值,再扣除两端的虚数部分,就可得到实际的匹 配电路参数。
例2： 已知信号源内阻Rs=12，并串有寄生电感Ls=1.2nH。 负载电阻为RL =58，并带有并联的寄生电容CL=1.8pF，
为了使一根外径一定的空气介质的传输线具有最大的功 率传输能力，我们希望选择使 Z 0 等于30 Ω的尺寸。
第3章 匹配理论
现在考虑损耗
由于电介质损耗引起的每单位长度的衰减实际上与导体
尺寸无关。所以只考虑电阻损耗引起的衰减：
R 2Z 0
R是每单位长度的串联电阻，在足够高的频率时，R主 要是由于趋肤效应引起的。为了减小R，要加大内部导体的
当RL=Rs 时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。
第3章 匹配理论 如下图的交流电路中： 当负载阻抗ZL=RL+jXL与信号源阻抗ZS=RS+jXS共轭时，当 RS=RL 且jXS= - jXL时，即ZL=Z*s，负载能够获得最大的功率， 称作共轭匹配或广义阻抗匹配。
Zs
＋
Po N ZL
1 Cp 2f c X s XL Ls 2f c
Cs Lp
Ls
Cp
(a)
(b)
图3-7 Rs＞RL的L型匹配电路 (a) Cp-Ls低通式L型; (b) Lp-Cs高通式L型
第3章 匹配理论 (2) Lp-Cs高通式:
1 Cs 2f c X L Xs Lp 2f c
L G
（3-8）
2 2
第12单元 微带线匹配电路之设计与制作PPT课件
求出
/41.6 7mm foF r 4 RSubstrate
4
Zin
Zo
ZL
150
圖1-4 /4轉阻器示意圖
1-29
單端短路殘段匹配網路
➢ 實例二：試設計頻率於2400 MHz之單端短路殘段 匹配網路，如圖1-5所示，使ZL= 150 之負載阻 抗匹配至Zin = 50 處。
ZL 150
l1 Zin
註：可參考圖1-13
1-24
傳輸線輸入阻抗與長度及負載關係
✓ 當ZL= ∞及 l = (3/8) 時 ( 即
3 4
)
：
Zin jZo
(1-14)
上式所顯示之特性為：一條終端開路的3/8 傳輸 線，其特性如同一個電感性元件 ，所以我們可以 利用一條開路的3/8微帶線替代一個並聯的電感 元件 ，而其電感抗之值是由微帶線之特性阻抗值 來決定。
ZL
V(z) I(z)
z0
Vo+ejz +Voejz (Vo+ejz Voejz) Zo
z0
Zo
Vo+(1+) Vo+(1)
Zo
(1+) (1)
其中： Vo Vo+ ；反射係數
(1-5)
1-15
反射係數之關係式
➢ 由式(1-5)我們即可求得反射係數與負載阻抗及特 性阻抗間之關係式：
L
ZL ZL
+
1-23
傳輸線輸入阻抗與長度及負載關係
✓ 當ZL= ∞及 l = (/8) 時 ( 即 0.25) ：
ZinjZo
(1-13)
上式所顯示之特性為：一條終端開路的/8傳輸線， 其特性如同一個電容性元件，所以我們可以利用 一條開路的/8微帶線替代一個並聯的電容元件， 而其電容抗之值是由微帶線之特性阻抗值來決定。
第九讲 微带匹配电路_双枝节匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
l1对应的等 反射系数 圆
并联ls2沿 匹配圆移 动
在匹配 圆上
并联ls1沿 等G圆移 动
l2对应的等 反射系数 圆
在辅助 圆上
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
l1 l2
1、作辅助圆 2、负载点顺时针转l1到D点 3、过D作等G圆交辅助圆于C点 4、短路线1的电纳=C点电纳-D
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
3.4.4双枝节匹配电路
单枝节匹配电路可以实现任意输入阻抗与实部不为零的负载阻抗的匹配。 主要缺点是对可调型匹配器带来困难，解决方法是再接入一段并联短截 线来实现，这就是双枝节匹配电路。
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
匹配圆
辅助圆Hale Waihona Puke 匹配圆： 经过匹配点的等G圆
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
微波技术与天线-第三章匹配理论
点电纳 5、短路线1的电长度=从短路点
实验五-匹配电路设计
实验五、匹配电路设计一、设计目标任务一：设计L型阻抗匹配网络，ZS=25-j*15 Ohm信号源与ZL= 100-j*25 Ohm的负载匹配，频率为50MHz。
任务二：设计微带单枝短截线匹配电路，把阻抗ZL= 30-j*50 Ohm的负载匹配到阻抗ZS= 55-j*40 Ohm的信号源，中心频率为1.5GHz。
二、设计步骤任务一：1.建立工程：命名为“Lab1_wrk”。
注意此两处的选项的勾选：2.新建原理图并仿真：选择主菜单【File】→【New】→【Schematic】命令，弹出“New Schematic”对话框，在“Schematic Dsign Templates”下拉框中选择S-Params模板，如下右图示。
弹出新原理图，在元器件面板列表中选择“Smith Chart Matching”栏，单击左边类似圆图的图标，在原理图里添加DA_Smith Chart Match控件，并用导线将它与输入/输出端的元件相连，再依次修改各元件中的参数如图所示：导线选项：其中史密斯原图的参数为：有Fp=50MHz、SourceType=Complex Impedance、SourceEnalbe=True、源阻抗Zg=(25-j*15)Ohm、SourceImpType=Source Impedance、LoadType=Complex Impedance、LoadEnalbe=True、负载阻抗ZL=(100-j*25)Ohm。
其他参数采用默认值。
利用圆图匹配工具进行电路设计：在原理图设计窗口中，执行菜单命令【Tools】→【Smith Chart】，弹出“Smarth Component Sync ”对话框，选择“Update SmartComponent from smith Chart Utility”,如下图所示：在弹出窗口中设置参数如图：单击【Define Source/Load Network Terminations】按钮，弹出“Network Terminations”对话框，先选中最上面的两个复选框，再将源和负载阻抗进行更新，如图：选用分立电路完成匹配，可借助于“Auto2-Element Match”工具，可以提供自动的两元器件匹配。
微波实验
信息与通信工程学院微波实验报告班级：姓名：学号：日期：2013年6月目录实验二微带分支线匹配器 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验内容 (1)四、实验步骤 (2)五、实验过程和结果 (3)（1）单支节 (3)（2）双支节 (7)实验三四分之一波长阻抗变阻器 (11)一、实验目的 (11)二、实验原理 (11)三、实验内容 (15)四、实验步骤 (15)五、实验过程和结果 (16)实验六功率分配器 (21)一、实验目的 (21)二、实验原理 (21)三、实验内容 (24)四、实验步骤 (24)五、实验过程和结果 (25)总结 (30)实验二微带分支线匹配器一、实验目的1．掌握直接匹配器的工作原理；2．掌握微带线的基本概念和原件模型；3．掌握微带分支线匹配器的设计与仿真。
二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB形式。
然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
三、实验内容已知：输入阻抗 Zin=75Ω负载阻抗 Z L=(64+j35)Ω特性阻抗 Z0=75Ω介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=1/4λ，两分支线之间的距离为d2=1/8λ。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化。
微波作业之单支节调配器
微波作业---------并联单枝节阻抗匹配用MATLAB编程求解给定终端负载，计算并联单支节插入距终端位置和并联长度。
如图所示：已知归一化负载阻抗求插入距离D和枝节长度L，归一化的长为和。
当未考虑枝节时有输入阻抗为其中得到求解得又由匹配条件即和，Ys为插入阻抗，整理得求解得：由上可得所以编程如下：其中RL,XL为负载阻抗实部和虚部，D是插入距离，L是枝节长度。
function y=match(RL,XL)%UNTITLED4 Summary of this function goes here% Detailed explanation goes herePI=3.1415926;if RL==1;A1=-XL/2;A2=A1;elseA1=(XL+(RL*((1-RL)^2+XL^2))^0.5)*(RL-1)^(-1);A2=(XL-(RL*((1-RL)^2+XL^2))^0.5)*(RL-1)^(-1);endYs1=-(XL*A1^2+(RL^2+XL^2-1)*A1-XL)*(RL^2+(XL+A1)^2)^(-1); Ys2=-(XL*A2^2+(RL^2+XL^2-1)*A2-XL)*(RL^2+(XL+A2)^2)^(-1); if(A1>=0)D1=atan(A1)/(2*PI);elseD1=atan(A1)/(2*PI)+0.5;endif(A2>=0)D2=atan(A2)/(2*PI);elseD2=atan(A2)/(2*PI)+0.5;endif(Ys1<=0)L1=atan(-1/Ys1)/(2*PI);elseL1=atan(-1/Ys1)/(2*PI)+0.5;endif(Ys2<=0)L2=atan(-1/Ys2)/(2*PI);elseL2=atan(-1/Ys2)/(2*PI)+0.5;endy=[D1,L1;D2,L2];end这是书上的例题，书上结果为0.387,0.090和0.030,0.410。
实验一匹配电路设计实验
三 实验过程及结果要求 3微带双枝短截线匹配电路设计与仿真
（一）建立工程，保存工程，设计原理图。 （5） 在Simth Chart Utility窗口左上的Palette中选传输线 ，设置其Value 为 135Deg，即3/8λ，再选短路线 ，依从进行选取添加，注意传输线的Value为 45Deg，135Deg，225Deg，不能取其他值。短路线值可以调整，可以在文本框内修 改，也可以在原图里面移动调整。 （6）完成匹配后，单击Buildin ADS Circuit（原图下方）。返回原理图，可以点 进行子图查看，也可以进行仿真。 （二）用微带线置换传输线 （1）在匹配网络子图电路中，面板列表中选择Tlines-Microstrip，及结果要求 2微带单枝短截线匹配电路设计与仿真
（7）对原理图进行仿真，会出现S11-S22四个图，分别打上MARK，查看所设频率 点的指标。要求S11和S22在所设频率处值很小，阻抗趋近Z0，S12和S21在所设频率 处值趋近于零，注意，MARK框里的频率值可以修改的。 （8）本实验基本要求为按照要求的频率和阻抗设计出匹配电路，得出仿真结果， 要求S21满足大于-0.05dB。 还可以通过在Smith圆图工具里面添加微带线的方法进行匹配，得出的微带线为理 想微带线，需要换算成物理微带线长度，此种方法学生可以选做。
三 实验过程及结果要求 3微带双枝短截线匹配电路设计与仿真
（二）用微带线置换传输线 （7）把得到的每个微带线宽度和长度，在电路子图中的微带线元件中进行参数修改。
三 实验过程及结果要求 3微带双枝短截线匹配电路设计与仿真
（二）用微带线置换传输线 （8）（7）中进行参数设置时，注意不要漏项，另外注意单位要一致，若不同，则把 单位调整为一致。 （9）把子图中的两个port连接到调整好参数的微带线电路上，删去原来的传输线 （若不能确保微带线参数正确，可以先不删除）。 （10）返回原理图进行仿真，得到如示例的仿真结果。 （11）本实验基本要求为按照要求的频率和阻抗设计出匹配电路，得出仿真结果，要 求S21满足大于-0.01dB。
第三章匹配理论2
混合式匹配电路
微波电路设计
混合型匹配电路示意图
例4
微波电路设计
采用混合型匹配电路，设计一个匹配电路将 ZL=30+j25Ω 的 负 载 阻 抗 变 换 成 Zin=60+j100Ω 的 输 入 阻 抗 。 已 知 传 输 线 的 特性阻抗为50Ω，工作频率为1.5GHz。
并传输线的长度
单枝节匹配
微波电路设计
负载阻抗 ZLR LjXL1/Y L
从负载移动距离d的输入阻抗
Zin
Z0
RL jXL
Z0 jRL
jZ0
tan
2 g
d
jXL
tan
2 g
d
导纳
Yin
GjB 1 Z0
Z0
jRL
jXLtan2g
d
RL
jXL
jZ0
tan2g
d
B1 Z0
RL 2tan2g d Z0XLtan2g d XLZ0tan2g d RL 2XLZ0tan2g d2
if
RL Z0
d
g
2π
g
2π
π
arctantt 0 arctantt
0
tRLZ0 2 XR LZ L 20 XL 2 2X Z0 L,RLZ0
单枝节匹配
微波电路设计
并联的枝节线，就是将初始输入导纳的虚部 抵消。
并联短路线
1
j Y0 jB
jZ0tan2πg l
tan2πg l
并联短路枝节线的长度
交点
完成匹配
y20 .5 2 2 7 4j1 .2 3 0 8 7
G
北邮微波实验报告
信息与通信工程学院电磁场与微波技术实验报告实验二微带分支线匹配器实验目的1．熟悉支节匹配器的匹配原理2．了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络实验原理1.支节匹配器支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离d和分支线的长度l。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是0+B形式，即=0+B，其中0=1/0 。
并联开路或短路分支线的作用是抵消Y的电纳部分，使总电纳为0 ，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为−B，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度l，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
2.微带线微带线是有介质(>1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为，介于1和之间，依赖于基片厚度H和导体宽度W。
而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为、基片厚度H和导体宽度W有关。
实验内容已知：输入阻抗 Zin=75Ω负载阻抗 Zl=（64+j35）Ω特性阻抗 Z0=75Ω介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=1/4λ，两分支线之间的距离为d2=1/8λ。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化。
实验步骤1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。
3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。
设计项目LNA
设计项目：低噪声放大器姓名：刘宁学号：20060135参加制作一、 设计指标：f1 = 2400 MHz, ∆f =200MHz, G>12 dB, NF<0.5dB; 输入端口驻波比VSWRI<2.5 和 输出端口驻波比VSWRO<1.2。
二、 电路中用到的无源元件：偏置电路中的元件R1和R2的值在给定管子的参数后可根据设计步骤（1）直接计算出来；由于输入匹配网络使用了微带线单枝节匹配，故不需要额外的无源元件；输出匹配网络，使用了π型匹配网络，其元件值分别为：电容：0.9pF;电感： L2=3.6nH,L3=8.2nH;反馈电感：L1=1nH 。
三、 设计步骤：（1）场效应管的直流偏置电路设计:根据所给管子的参数：VDS=2V, ID=15mA 。
先设直流偏压为5V,管子在直流偏值下的等效电路为：由上图可以求出：R3=200欧姆，在给定FET 管子的门限电压：Vt 和元件参数K 后就能确定 R1和R2 的值。
（2）场效应管FET 的S 参数扫描，并测出其在 2.4GHz 处的输入阻抗：95.99844.584in Z =∠-，即：(68.37*67.396)in Z j Ohm =- 。
（3）设计输入匹配：本设计输入匹配采用微带线单枝节匹配（如图）。
并设置单枝节的参数，即：(68.37*67.396)load Z j Ohm =-，50in Z Ohm =，F=2.4GHz 。
此微带线的内部结构为：具体的输入匹配电路如下：仿真后得到S11参数图形如下：freq, GHzd B (S (1,1))freq (100.0MHz to 5.100GHz)S (1,1)从上图我们可以看出，输入匹配比较好。
（4）输出匹配的设计：在这里我们采用集总元件组成的π型匹配网络。
把π型匹配网络接入电路后，运用ADS 的调谐功能，使π型匹配网络满足所设计项目的要求，最终的电路图如下：输入和输出匹配电路设计完后，仿真数据如下：freq, GHzd B (S (1,1))freq, GHzd B (S (2,2))n f (2)d B (S (2,1))freq, GHzV S W R 1freq, GHz四、 对各参数指标的说明：在2.3GHz —2.5GHz 的200MHz 的带宽内，放大器增益为：13.568――12.519dB （满足所要求的12dB ），其中在2.4GHz 为：13.044dB 。
第八讲_微带匹配电路_单枝节匹配电路
3.4、微带型匹配电路
[例]单枝节并联匹配电路——圆图解法 负载阻抗 ZL＝60－j80Ω，设计并联短路短截线，使负 载与50 Ω传输线匹配。假定负载在2GHz时匹配，负载 由电阻和电容串联而成，比较反射系数幅值从1GHz到 3GHz的变化。 归一化负载阻抗
zL 1.2 j1.6
（1）确定短截线离负载距离d； （2）确定短截线长度l。
微带线的等效电路图2
1 1 B X jX C L L V2 V1 2 I1 j 1 B 2 0.5B X 1 1 B X I 2 C C L C L 2 2
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
匹配点
y
0.25
B 0.345
30
zL
j1.47
y A j1.47 yB j1.47
l A 0.345 0.25 0.095
lB 0.155 0.25 0.405
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
• 单枝节并联匹配电路——圆图解法小结
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
VL Z 0 I L j L l VL Z 0 I L j L l V L l e e 2 2 VL Z 0 I L j L l VL Z 0 I L j L l I L l e e 2 2 VL Z 0 I L j d VL Z 0 I L j d V d e e 2 2 VL Z 0 I L j d VL Z 0 I L j d I d e e 2 2
——输入导纳沿等电导圆旋转后，达到圆心！
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3.4.1微带线构成的电感和电容
V z A1ejz A2ejz
I
z
1 Z0
A1ejz A2ejz
A1
VL
Z0IL 2
e j L
A2
VL
Z0IL 2
e j L
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
V Ll VLZ0ILejLl VLZ0ILejLl
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
两电路等效条件
X L Z 0 sin l
BC 2
Y0tg
l 2
l 1 arcsin XL
Z0
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
T型网络的传输线方程为
VI11112jBBCCXL
j X2L1212B0C .5XBLCXLVI22
归一化负载阻抗 zL1.2j1.6
（1）确定短截线离负载距离d； （2）确定短截线长度l。
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微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
[例]单枝节并联调谐——圆图解法
d
Y0
Y0
开路或短 路短截线
Y0 l
Y1 z
基本思路： YL （1）选择长度d，使得距离
负载d处，输入导纳为Y0＋jB 的形式，实现实部匹配
采用3-4-5（a）的开路线结构，先并后串。
e. 找出串联传输线的长度。从交点往电源方向移 转动，到达输入阻抗点，走过的电长度。
26
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
27
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
[例]单枝节并联匹配电路——圆图解法 负载阻抗 ZL＝60－j80Ω，设计并联短路短截线，使负 载与50 Ω传输线匹配。假定负载在2GHz时匹配，负载 由电阻和电容串联而成，比较反射系数幅值从1GHz到 3GHz的变化。
等价条件
BC Y0 sin l
XL 2
Z 0tg
l 2
l 1 arcsin BC
Y0
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
1、对于高阻抗线（Z0 80 ），如果传输线电长度短于0.125，则传输线可等效为 串联电感。
2、对于短低阻抗线，则可等效为并联电容。
3.4.2微带的非连续性
3.4、微带型匹配电路
• 单枝节匹配电路——串联短截线
d
Z0
Z0
Z0 l Z 1
Y
开路或短 路短截线
基本思想： 选择长度d，使得距离 ZL 负载d处，输入阻抗为 Z0＋jX的形式；然后选 择短截线的长度l，使 其输入电抗为－jX，即 达到匹配的条件。
注：不论对于并/串联形式，在负载阻抗、距离d相 同的条件下，开路或短路短截线的长度相差λ/4！
16
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
并联传输线：沿等G圆转动 连接传输线：沿等驻波比圆转动
目标阻抗 Z
in
lL
ls
Z 0L Z L Z 0s
开路线 或短路线
lL
ls
Z in
Z 0L
ZL
Z 0s
开路线 或短路线
起始阻抗
匹配思路：通过串联和并联传输线，从起始阻抗移动 到目标阻抗
微波技术与天线-第三章匹配理论
ZL
Z 0s
开路线 或短路线
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
4、串接线电长度=起始阻抗点到中间点的电长度 5、并接线电纳等于=目标点电纳-中间点电纳 6、并接线电长度=从开路点（或短路点）到并
接线电纳点的电长度
lL
ls
Z in
Z 0L
ZL
Z 0s
开路线 或短路线
微波技术与天线-第三章匹配理论
接线电纳点的电长度 6、串接线电长度=从中间点到目标点的电长度
目标阻抗
Z in
lL
ls
Z 0L Z L
Z 0s
开路线 或短路线
起始阻抗 微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
方法二、先串后并串： 先串接传输线沿等反射系数圆移动使电导等于目标电导，
再并接传输线沿等电导圆移动获得所需阻抗。
30
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
• 单枝节并联匹配电路——圆图解法小结
（1）归一化负载阻抗，在圆图上找到归一化负载阻抗和导纳yL；
（2）从yL出发，在等反射系数圆上（SWR圆）上，沿顺时针方向 （向电源）旋转，达到SWR圆与导纳圆图上1＋jx圆的两个交点；
（3）根据第（2）步中移动的电长度，得到并联短截线距离负载 的距离d；
基本思想：
d
选择长度d，使得距离
Y0
Y0
YL 负载d处，输入导纳为 Y0＋jB的形式，实现实
部匹配；然后选择短截
开路或短 路短截线
Y0 l
Y1 z
线的长度l，使其输入 电纳为－jB，实现虚部 匹配，即达到匹配的条
件。
问题——求解短截线距离负载的距离d和短截线长度l。
15
微波技术与天线-第三章匹配理论
2
24
10
可代替并联电感，在圆图上面逆时针转动。
微波技术与天线-第三章匹配理论
复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性
a) l 1 8
b) l 3 8
c) l 1 4
Zin jZ0 Zin jZ0
Zin
等价电感 等价电容 等价开路
11
微波技术与天线-第三章匹配理论
复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性
1.微带开路
由于边缘效应，出现电容，可用一段理想开路等效。 实际的开路线比理想开路线短：
l2 g arccot4A A22W Wcot2gA
其中A 2h ln2
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
2.微带间隙
3.微带拐90度角 若果是等宽度的线，45度切角，斜边为1.5W~1.8W之间；宽度不等90度拐角， 则切角的直边为各自宽度的0.565倍左右效果较好。
中间阻抗
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
方法一过程： 1、经过起始阻抗作等G圆； 2、径过目标阻抗作等反射系数圆； 3、找到交点为中间点；
目标阻抗
Z in
lL
ls
Z 0L Z L
Z 0s
开路线 或短路线
中间阻抗
起始阻抗
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
4、并接线电纳等于=中间点电纳-起始点电纳 5、并接线电长度=从开路点（或短路点）到并
（4）确定并联短截线的归一化导纳值： SWR圆与导纳圆图上1 ＋jx圆的两个交点对应的归一化导纳的电纳值，即为并联短截线 的归一化导纳值的负值；
（5）由圆图上开/短路点出发，沿大圆顺时针旋转（电纳不变） 合适距离，达到对应的导纳点，根据旋转的电长度得到短截线长 度l的值。
31
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
[例]单枝节匹配电路——解析解法
t tand
负载阻抗 ZL1YLR LjXL
移动距离d后输入阻抗
该点导纳 Y G jB
ZZ0
1
(RLjXL)jZ0t Z0j(RLjXL)t
Z
G B
RL(1 t2) RL2 ( X L Z0t)2
RL2t (Z0 X Lt)( X L Z0t) Z0[RL2 ( X L Z0t)2]
coslIL
把d出看成端口1，负载处看成端口2，则写成矩阵的形式有：
cosl
VI11j
1 Z0
sinl
jZ0sinlV2 cosl I2
微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
传输线的等效结构
微带线的等效电路图1 利用基尔霍夫定律可得：
微带线的等效电路图2
VI11j12B1C212B0C.X 5BLCXL 112jXBLCXLVI22
ls 2 1arctanY B0s21 arctanY B 0
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微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4、微带型匹配电路
[例]单短截线串联调谐——圆图解法 负载阻抗 ZL＝100＋j80Ω，设计串联开路短截线，使负 载与50 Ω传输线匹配。
归一化负载阻抗 zL 2j1.6
（1）确定短截线离负载距离d到圆心！
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微波技术与天线-第三章匹配理论
3.4微带匹配电路
[例]单短截线串联调谐——圆图解法
l1
d
Z0
Z0
ZL
d2
短路点
z2
a) l 1 8
9
Zin jZ0
等价电容
微波技术与天线-第三章匹配理论
复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性
b) l 3 8
c) l 1 4
Zin jZ0 Z in 0
等价电感 等价短路
（2）传输线终端短路时，输入阻抗为
Z injZ 0tanljZ 0tan2ljX in
当 nl n1
3.4.3单枝节匹配电路
先复习一下传输线的特殊情况。
微波技术与天线-第三章匹配理论
复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性
（1）传输线终端开路时，输入阻抗为
Z in jZ 0c o t l jZ 0c o t2l jX in
当 nl n1
2
24
可用终端开路的传输线代替并联电容元件，在smith圆图上 顺时针转动。
lL
ls
Z in
Z 0L