匹配网络两种设计方法的对比研究

（ ｏ ｍｕ ｉ ｔ ｎｄｐ ｎ ｅｔ Ｅ ｇｎｅｉｇＵ ｉｅ ｉ Ａ Ｆ， ｉａ １０ ６ Ｃ ｉａ Ｃ ｍ ｎｃ ｉ ｅ ａ ｍ ａ， ｎ ｉ ｒ ｎｖｒｔ ｏ Ｐ Ｘ ’ｎ７ ０ ８ ， ｈｎ ） ａｏ ｅ ｎ ｓ ｙ ｆＣ
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４期 第 ｌ ９卷 第 ２
Ｖ０ ．９ １１ Ｎｏ２ ．４
电子设计 工程
Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｌ ｃ ｒ ｉ ｓ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｏ ｇ
２１ 年 １ ０１ ２月
Ｄｅ ．２ １ ｃ ０１
匹配 网 络 两种 设计 方 法的对 比研 究
李俊理 ，李 萍 ，郭 东洋 ，李鹤 言
０２ ０４ ０６ ０８ ． ． ． ． １ １２ １４ ｉ６ １８ ． ． ． ． ２
效应。 这个 效 应 使 得 振 子 的 等效 长 度 增 加 理 论 和 实 验证 明 ． 。
以 ｋ ｎ 。 人 计算 ， 所 得 出 的结 果 与 实 际 情 况 比 较接 近 。 ＝ｋ 代 则 因 此 将 对 称 振 子 的 、 和 ｋ代 人 （ ） １ 公式 为
Ｃｏ ｐ ｒ ｔｖ ｔ ｄｙ ｏ ｗｏ ｄｅ ｉ ｎ ｅ ｈｏ ｆｍ ａ ｃ ｎｇ ｎｅ ｗｏ ｋ ｍ ａ ａ ｉ ｅ ｓ ｕ ｆｔ ｓｇ ｍ ｔ ｄｓ ｏ ｔ ｈｉ ｔ ｒ
Ｌ ｕ － ，Ｌ ｉｇ Ｉ ｎｌ ＩＰｎ ，ＧＵＯ Ｄｏ ｇｙ ｎ ，Ｌ —ａ Ｊ ｉ ｎ —ａ ｇ ＩＨｅｙ ｎ
天线 匹 配 网 络 ， 天 线 获 得 调 谐 并 与 发 射 机 功 率 级 匹 配 。 使
为 使 发 射 机 和 天 线 实 现 匹 配 而 引 入 的 匹配 网 络 必 须 确 立 这 样 的 匹配 条 件 ， 即匹 配 网 络 加 上 天 线 后 的输 入 阻 抗 Ｚ ＝ Ｒ＋ ｂ 须 满 足 ： ｂ尺 ， ＝ ￣ ｂ 必 Ｒ ＝ ； ０ 。其 中 Ｒ 、 分 别 为 输 入 电阻 Ｘｂ ｂ ｂ 和 输 入 电抗 ，； 发 射 机 输 出 阻 抗 。 Ｒ为
入 电流 相 同 。 以计 算 长 度 为 Ｚ 直 接地 振 子 的输 入 阻抗 。 所 垂 只
收 稿 日期 ：０ １ ０ — １ ２ １－ ９ ２ 稿 件 编 号 ：０ １９ ２ ２ １０ １８
作者简介 ： 李俊 理（９ ９ ， 安徽阜 南人 ， 士研 究生。研 究方向： 波技 术与天线。 １ ８ 一） 男， 硕 微
． ｒ
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（ ４ ）
电长度
而 由辐 射 电 阻表 示 的辐 射 功 率
毕 Ｉ Ｒ ，Ｉ ， ｍ‘
以 ， ）， ｓ （＿） 入 计 算 ， （ ＝ｍ ｉ ｋ Ｚｚ代 ｚ ｎ 则
（） ５
图 ２ 电 阻一 电长 度 关 系 曲线
Ｆ ｇ Ｃ Ⅳｅｏ ｅ ｉｔｎ ｅｅｅ ｔｉａ ｅ ￣ｈ ｉ．２ ｕ ｆｒｓｓａ ｃ ・ｌｃｒｃ ｌｌｎ
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谭１ｒ 】 ｆＲ 【 一
辐 射 单 元 的 阻 抗 则 是 频 率 、 线 型 式 、 线 长 度 ， 及 周 围环 天 天 以 境 的 函 数 。为 了将 射 频 功 率 有 效 地 辐 射 出 去［ 往往 必须 引入 １ 】 。
根 据 传输 线理 论 ，已知 长 度 为 ２ 均 匀 有 耗 开 路 线 的输 的
入 阻 抗 为
差 出现 的 原 因 。 匹配 网络 的 研 究 方 法提 供 了思路 。 为
关键 词 ：电小 天 线 ； 极 子 天 线 ； 单 匹配 网络 ； 件 仿 真 软 中 图分 类号 ： Ｎ ２ Ｔ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）４ ０ ８ — ３ ６ ４ ６ ３ （０ １２ — ０ ７ ０
士ｆ ０ 出１（ １ （ Ⅱ ：０ 一 ３ １ Ｉ ２１ ） ） ２ｎ ｎ
粤
振子上的电流衰减主要是由辐射引起的，将振子的辐射
功 率 等 效为 电阻 损 耗 ， 振子 的单 位 长 度 损 耗 电 阻 为 ． 均 设 ， 并 匀 地 沿 线 分 布 ， 整 个 振 子 的损 耗 功 率 即辐 射 功 率可 表 示 为 则
位长 度 的 分布 电感 、 布 电 容 和 损耗 电 阻 ， 为 线 上 波 长 。 分
１ 理 论 计 算
馈 电端 接 近 导 电 平 面 的 垂 直 开 路 单 导 线 天 线 是 垂 直 接
下 面 分 别 计 算 振 子 的特 性 阻 抗 、 减 常 数 和 相 移 常 数 。 衰
－
８－ ７
《 电子设计 工 程）０ １ 第 ２ ２１ 年 ４期
已知 均 匀 双 线 的 特 性 阻 抗 为
五： ２ ａＤ １ ０ｌ
－ －
通 过 Ｍａａ ｔｂ对 （０ 、 １ ）（２ 、１ ） ｌ １ ） （１ 、１ ） （３ 函数 绘 图 可 得 天 线 嘲
（） ２
的输 入 电阻 一 电长 度 ， 配 电 阻一 率 ， 入 电抗 一 长 度 和 匹 匹 频 输 电 配 电抗 一 率 的关 系 曲线 ， 图 ２ ３ ４ ５所 示 。 频 如 、、、
０
式 中 ， 导 线 的半 径 ， 是 线 间 距 离 。而 对 称 振子 线 元 ｏ是 Ｄ 之 间 的距 离 是 变 化 的 ， Ｄ ２ ， 图 １ 示 ， 此 特 性 阻 抗 是 即 ＝ｚ如 所 因 不均匀的， 通常 用 其 平均 特 性 阻抗 来 表 示 振子 的特 性 阻抗 ， 即
：
一
半 。 为 它 的 输 入 电压 是 等 效 对 称 振 子 的 一 半 儿 两者 的 输 因
图 １ 对称振 予特性 阻抗的计算
Ｆｇ Ｃａｃ ｌｔ ｎ ｏ ｈ ｒｃｅｉｔ ｍｐ ｄ ｎ ｅｏ ｙ ｉ．１ ｌｕ ａｉ ｆｃ ａａ ｔｒｓｉ ｉ ｅ ａ ｃ ｆｓｍｍｅｒｃｏ ｃｌａｏ ｏ ｃ ｔ ｓｉ ｔｒ ｉ ｌ
ｓ （ａ） ｓ （ｋ） ｈ２ １一 ｉ ２ １ ｎ
一 ｓ （ｏ）ｓ （ｋ ） ｈ ２ｄwenku.baidu.com＋ｉ ２ １ ｎ （）
式中 ， 、 ，。 ＝ ／ ｌ 为无耗线 的特性阻抗 ，＝ 五 为线 的 ｃ Ｒ， ２
衰 减 常 数 ，＝ ｗ 为 线 的 相 移 常数 ， ， 。 别 为 线 上 单 ｋ ２ ￣＾ 。 ， 分 Ｃ Ｒ
率 ， 等 效 对 称 振 子 辐 射 功 率 的 一 半 ， 此 垂 直 接 地 振 子 的 是 因
辐 射 阻 抗 是 自由空 间 等 效 对 称 振 子 辐 射 阻 抗 的 一 半 。垂 直 接 地 振 子 的 输 入 阻 抗 也 是 自 由空 间 等 效 对 称 振 子 输 入 阻 抗 的
地 振 子 。它 与其 镜 像 构 成 全 长 为 ２ 的等 效 对 称 振 子 。 上 半 Ｚ 在
空 间 垂 直 接 地 振 子 与 自 由空 间 对 称 振 子 的 方 向 图 函数 完 全 相 同 。 直 接 地 振 子 的辐 射 阻抗 仍 按 辐 射 功 率 和 归 算 电流 计 垂
算即Ｚ ２ ｒ １ ，Ｐ １ ＝ ／ ，其中只是计入导电平面影响后的辐射功
无线 电发射机必须通过辐射元件将 射频功率发射 出去。
一
需 通 过计 算 无 限 大 空 间 里 的长 度 为 ２ 对称 振 子 的输 入 阻 抗 ， ２
再 经 过 简 单 运 算 即 可［ ３ １ 。
般 地 说 ． 射 机 功 率 级 的 输 出 阻 抗 是 相 对 不 变 的 ， 天 线 发 而
（ ７ ）
。 。 。 。 。 。
由于 对 称振 子辐 射 引 起 电 流 的 衰 减 ．使 得 振 子 上 电 流 波 的传 播 相 速 小 于 自由空 间 的光 速 ， 波 长 Ａ 其 小 于 自 由空 间 的 波 长 Ａ， 因此 上 式 中 ｋ不 能用 无耗 线 的 ｋ 代 人 计 算 。此 外 由 。 于 振 子 分 布 参数 不 均 匀 及 导 线 粗 细 的影 响 ，使 得 振 子 末 端 具 有 较 大 的 端 面 电容 ， 端 的 电 流不 为 零 ． 种 现 象 被 称 为 末 端 末 这
（ 警 工程 大 学 通 信 工程 系 ，陕 西 西安 ７ ０ ８ ） 武 １０ ６ 摘 要 ：电 小 天 线 的 阻 抗 特 性 非 常 恶 劣 ， 传 输 线 匹配 相 当 困难 ， 果 是 宽 带 匹 配 更 是 难 上 加 难 ， 时其 效 率 非 常 低 。 与 如 同
因此 ． 到 合 适 的 匹 配 网络 的 设 计 方 法 就 很 重要 了。 了找 到 较 好 的 设 计 匹配 网络 的 方 法 ， 某 电 台 的单 极 子 鞭 状 天 找 为 以 线 匹配 网络 的设 计 为例 ． 过 对 匹 配 网络 的 两 种 常 见 得 出方 法— — 理 论 计 算和 软件 仿 真 进 行 了研 究 ， 比分 析 了误 通 对