微波技术传输线的阻抗匹配详解
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Z0
G
Z in
R
Z 01
l
~ ZL
0
l
lmin
4
2 把 Z 01 Z 0 R 代入得 : R Z0 G ( R Z 0 ) 2 j Z 0 R tg l 1 G 2 2 RZ 0 1 sec R Z0
(1)
(2)
2p l 0 l0 p p 在中心频率附近, l ( )( ) l 4 l 2 2 sec
当G= Gm时, 则通带边缘上的值为1m、 2pBiblioteka Baidum， 且由式(2)，有
m arccos
2 G m Z0 R 1 G m (R Z0 )
2
(5)
通常用分数带宽Wq表示频带宽度， Wq与m有如下关系
f 2 f1 2 1 (p m) m 4 Wq 2 m f0 0 p /2 p
1. l/4 阻抗变换器 由一段特性阻抗为Z01的 l/4 传输线构成。如图示，有：
Z in
Z0
l
4
Z 01
Z L RL
2 RL jZ01 tg( l 4) Z 01 Z in Z 01 Z 01 jRL tg( l 4) RL 匹配时， Zin Z 0 , 必须使
~ ~ ~ d lC lA
Z 01 Z 0 Z 0 Z 0
在lmin 处接入，则
Z 01 Z 0 K Z 0
Z0 K
Z0
单节l/4阻抗匹配器的主要缺点是频带窄。 当工作波长为 l0 时，l =l0/4 , 对单一工作频率f0 ，当
Z 01 Z 0 R 可实现匹配，即Zin=Z0 。当工作频率f ’ 偏离
f0 时， l =l0/4 l’/4 ， l p/2， Zin Z0 。G 0，而为：
Z in Z 0 G Z in Z 0
R jZ01 tg l Z 01 Z0 Z 01 jR tg l R jZ01 tg l Z 01 Z0 Z 01 jR tg l
Z 01 Z 0 RL
(2 52)
由于无耗线的特性阻抗为实数，故 l/4 阻抗变换器 只能匹配纯电阻负载。当ZL=RL+jXL为复数时, 根据行 驻波的电压波腹和波节点处的输入阻抗为纯组：
Rmax Z 0 ,
Rmin K Z 0
可将 l/4 阻抗变换器接在靠近终端的电压波腹或波节点 处来实现阻抗匹配。 在 lmax 处接入，则
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。
in
~ 并联单支节匹配器是在距 ~ 负载 d 处并联长度为 l 的短 Y0 路 支节，利用调节 d 和 l 来实 ~ ~ ~ 现 匹配时 , Y in Y 1 Y2 1。 ~ ~ ~ ~ 匹配的。 Y2为纯电纳( B ) Y1 1 B , ~ ~ Y1应在导纳园图的可匹配 园 (G 1)上。
G R Z0 2 Z0 R cos
(3)
当 0 , 相当于l 0 , 此时阻抗变换器不存在, G 最大。 R Z0 G max (4) R Z0
由(3)、(4)可画出 G 随 (或 f )变化的曲线 , 曲线作 周期为 p 的变化。设允许 G Gm，则其工作带宽对 应于 D 限定的频率范围。 由于 偏离 p/2 时 G 曲线 急剧下降, 故工作带宽很窄。
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
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 )。
(6)
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配而言，一般单节 l/4 阻抗变换器提供的带宽能够满足要求。但若要求在宽 带内实现阻抗匹配，就必须采用双节、三节或多节 l/4 阻抗变换器 (可参阅有关资料) 。
2. 支节调配器 支节调配器是在距终端负载的某一处并联或串联短 路或开路支节。有单支节、双支节或多支节匹配器，常 用并联调配支节。 d ~ Y 1). 单支节匹配器 ~
~ Y0
~ ~ Y2 Y1
Y0
~ YL
l
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ C 点 d l l C A Y 1 1 jB Y2 B ~ YL ( A) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ lD lA Y1 1 jB Y2 B d D 点
G
Z in
R
Z 01
l
~ ZL
0
l
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4
2 把 Z 01 Z 0 R 代入得 : R Z0 G ( R Z 0 ) 2 j Z 0 R tg l 1 G 2 2 RZ 0 1 sec R Z0
(1)
(2)
2p l 0 l0 p p 在中心频率附近, l ( )( ) l 4 l 2 2 sec
当G= Gm时, 则通带边缘上的值为1m、 2pBiblioteka Baidum， 且由式(2)，有
m arccos
2 G m Z0 R 1 G m (R Z0 )
2
(5)
通常用分数带宽Wq表示频带宽度， Wq与m有如下关系
f 2 f1 2 1 (p m) m 4 Wq 2 m f0 0 p /2 p
1. l/4 阻抗变换器 由一段特性阻抗为Z01的 l/4 传输线构成。如图示，有：
Z in
Z0
l
4
Z 01
Z L RL
2 RL jZ01 tg( l 4) Z 01 Z in Z 01 Z 01 jRL tg( l 4) RL 匹配时， Zin Z 0 , 必须使
~ ~ ~ d lC lA
Z 01 Z 0 Z 0 Z 0
在lmin 处接入，则
Z 01 Z 0 K Z 0
Z0 K
Z0
单节l/4阻抗匹配器的主要缺点是频带窄。 当工作波长为 l0 时，l =l0/4 , 对单一工作频率f0 ，当
Z 01 Z 0 R 可实现匹配，即Zin=Z0 。当工作频率f ’ 偏离
f0 时， l =l0/4 l’/4 ， l p/2， Zin Z0 。G 0，而为：
Z in Z 0 G Z in Z 0
R jZ01 tg l Z 01 Z0 Z 01 jR tg l R jZ01 tg l Z 01 Z0 Z 01 jR tg l
Z 01 Z 0 RL
(2 52)
由于无耗线的特性阻抗为实数，故 l/4 阻抗变换器 只能匹配纯电阻负载。当ZL=RL+jXL为复数时, 根据行 驻波的电压波腹和波节点处的输入阻抗为纯组：
Rmax Z 0 ,
Rmin K Z 0
可将 l/4 阻抗变换器接在靠近终端的电压波腹或波节点 处来实现阻抗匹配。 在 lmax 处接入，则
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。
in
~ 并联单支节匹配器是在距 ~ 负载 d 处并联长度为 l 的短 Y0 路 支节，利用调节 d 和 l 来实 ~ ~ ~ 现 匹配时 , Y in Y 1 Y2 1。 ~ ~ ~ ~ 匹配的。 Y2为纯电纳( B ) Y1 1 B , ~ ~ Y1应在导纳园图的可匹配 园 (G 1)上。
G R Z0 2 Z0 R cos
(3)
当 0 , 相当于l 0 , 此时阻抗变换器不存在, G 最大。 R Z0 G max (4) R Z0
由(3)、(4)可画出 G 随 (或 f )变化的曲线 , 曲线作 周期为 p 的变化。设允许 G Gm，则其工作带宽对 应于 D 限定的频率范围。 由于 偏离 p/2 时 G 曲线 急剧下降, 故工作带宽很窄。
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
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 )。
(6)
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配而言，一般单节 l/4 阻抗变换器提供的带宽能够满足要求。但若要求在宽 带内实现阻抗匹配，就必须采用双节、三节或多节 l/4 阻抗变换器 (可参阅有关资料) 。
2. 支节调配器 支节调配器是在距终端负载的某一处并联或串联短 路或开路支节。有单支节、双支节或多支节匹配器，常 用并联调配支节。 d ~ Y 1). 单支节匹配器 ~
~ Y0
~ ~ Y2 Y1
Y0
~ YL
l
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ C 点 d l l C A Y 1 1 jB Y2 B ~ YL ( A) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ lD lA Y1 1 jB Y2 B d D 点