第六节 传输线的阻抗匹配
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~ ~ ~ d lC lA
~ Yin
d
~ ~ Y2 Y1
~ ~ ~ d lD lA
~
~ Y0 ~ Y0
~ Y0
~ B
~ YL
A
0
~ G 1
C
l D
0.25
单支节匹配器
~ B
导纳园图
~ ~ ~ ~ C点 Y E 点 B l lE 0.25 2 ~ ~ F 点 ~ ~ l lF 0.25 D点 Y2 B
~ 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
2 1
Bபைடு நூலகம்
A
4
3
2
1
2) 调配过程 (1) 作辅助园: ~ ~ G1 1园逆时针转d 2 。 ~ 1 ~ d1 (2) YL ~ ( C点 ), Z L ~ 0 YL 沿等园顺时针转 ~ ~ ~ ~ d1得Y1 G1 jB1 ( D点)。
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
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
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。
有两组解，通 常选d、l 较短的一 组解。 负载改变，则实 现匹配的 d、l 将随 之而变，这对同轴 线、带状线等传输 线十分不便，解决 的办法是采用双支 节匹配器。
~ l
~ lF
~ B F
~ G 1 C
0
0.25
D
~E B ~ lE
~ l
导纳园图
2). 双支节匹配器 在单支节匹配器中改变d 是为了找到归一化电导分量 为1的参考面。由： ~ 1 jZ L tg d 1 ~ ~ Yin ~ Z L j tg d Z in
可知，线上某参考面的输入导纳不仅决定于该面与终 端的距离 d ，还决定于负载的情况。亦即改变负载情 况也可找到归一化电导分量为 1 的参考面。改变负载 的办法是在给定的负载上、或在离负载一定距离 d1 的 参考面上附加纯电纳。 双支节匹配器是在d1 处并联一长度为 l1 的短路支 节, 第二个短路支节的长度为l2 ，两支节的距离d2 固定； 为便于计算，常取 d2 l/8、l/4 或 3l/8，但是d2 l/2。 d1 、 d2 一确定，即可调节 l1 和 l2 而达到匹配。
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。
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 ~
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。
双支节匹配器的工作原理： d d ~ ~ 1). 分析： Ya ~ Yb ~ Y ~ Y0 Y ~ ~ L ~ ~ 假定已匹配好。 Y Y Y ~ ~ (1) B-B’面：Y 1 , ~ Y0 b Y0 ~ ~ B’ A’ Y3 应落在G 1园上。 l1 l2 ~ (2) G 1园逆时针方向 转过d2 l 电长度得辅助园。 双支节匹配器 ~ ~ ~ (3) A-A’： Ya 应落在辅助园上, Y ， a 与Y 1 的电导相等 ~ ~ ~ ~ 设为G1 ， 则 Y1 落在G1 园上。 调节支节1的长度 l1 ， 使 Y1 沿着 ~ ~ G1 园移动直至与辅助园相交 , 交点即为Ya 。 ~ (4) Ya 点沿其所在等园顺时针方向转过 d2 l 电长度 ~ ~ ~ ~ 落在G 1园 上得Y3 点。 Y3 的电纳 B3 可通过调节支节2 的 ~ ~ 长度 l2 所产生的电纳Y4 B3 来抵消。
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单支节匹配器
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导纳园图
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2) 调配过程 (1) 作辅助园: ~ ~ G1 1园逆时针转d 2 。 ~ 1 ~ d1 (2) YL ~ ( C点 ), Z L ~ 0 YL 沿等园顺时针转 ~ ~ ~ ~ d1得Y1 G1 jB1 ( D点)。
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
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
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。
有两组解，通 常选d、l 较短的一 组解。 负载改变，则实 现匹配的 d、l 将随 之而变，这对同轴 线、带状线等传输 线十分不便，解决 的办法是采用双支 节匹配器。
~ l
~ lF
~ B F
~ G 1 C
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~E B ~ lE
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导纳园图
2). 双支节匹配器 在单支节匹配器中改变d 是为了找到归一化电导分量 为1的参考面。由： ~ 1 jZ L tg d 1 ~ ~ Yin ~ Z L j tg d Z in
可知，线上某参考面的输入导纳不仅决定于该面与终 端的距离 d ，还决定于负载的情况。亦即改变负载情 况也可找到归一化电导分量为 1 的参考面。改变负载 的办法是在给定的负载上、或在离负载一定距离 d1 的 参考面上附加纯电纳。 双支节匹配器是在d1 处并联一长度为 l1 的短路支 节, 第二个短路支节的长度为l2 ，两支节的距离d2 固定； 为便于计算，常取 d2 l/8、l/4 或 3l/8，但是d2 l/2。 d1 、 d2 一确定，即可调节 l1 和 l2 而达到匹配。
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。
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 ~
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~ 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。
双支节匹配器的工作原理： d d ~ ~ 1). 分析： Ya ~ Yb ~ Y ~ Y0 Y ~ ~ L ~ ~ 假定已匹配好。 Y Y Y ~ ~ (1) B-B’面：Y 1 , ~ Y0 b Y0 ~ ~ B’ A’ Y3 应落在G 1园上。 l1 l2 ~ (2) G 1园逆时针方向 转过d2 l 电长度得辅助园。 双支节匹配器 ~ ~ ~ (3) A-A’： Ya 应落在辅助园上, Y ， a 与Y 1 的电导相等 ~ ~ ~ ~ 设为G1 ， 则 Y1 落在G1 园上。 调节支节1的长度 l1 ， 使 Y1 沿着 ~ ~ G1 园移动直至与辅助园相交 , 交点即为Ya 。 ~ (4) Ya 点沿其所在等园顺时针方向转过 d2 l 电长度 ~ ~ ~ ~ 落在G 1园 上得Y3 点。 Y3 的电纳 B3 可通过调节支节2 的 ~ ~ 长度 l2 所产生的电纳Y4 B3 来抵消。