阻抗匹配

第3章 匹配理论
Qs ＝Xs / Rs Rs
＋
Xs Rs
Po
Us
－
XL
RL
RL
QL＝RL / XL
(a )
Rs
＋
XL Rs
Po
Us
－
Xs
RL
RL
(b )
图 3-5 L型匹配电路的两种形式 (a)L型匹配电路(Rs＜RL); (b)L型匹配电路（Rs＞RL）
第3章 匹配理论
步骤三: 判别Rs＜RL或Rs＞RL。 (1) Rs＜RL ,如图3-5（a）： X S RS QS
第3章 匹配理论
Ls
Cs
Cp
Lp
(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. 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是复数阻抗 , 处理的方法是只考虑电阻部分 , 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,得到实际的匹配电路参数。 3. 关于L型匹配电路的其他说明
RL XL QL
(2) Rs＞RL ,如图3-5（b）：

Rs Xs Qs
X LFra Baidu bibliotek RLQL
第3章 匹配理论
步骤四：若Rs＜RL , 选择 Ls-Cp低通式或 Cs-Lp高通式电路。 Xs (1) Ls-Cp低通式: Ls 2f c (2) Cs-Lp高通式:
Q为工作频率与带宽的比值
第3章 匹配理论
步骤二：依据图 3-8(a) 所示的 T 型匹配 电路, 计算出Xs1、Xp1、 Xp2及Xs2。
R Rsmall (Q 2 1) X s1 Q Rs （3-17） R X p1 Q
R Q2 1 RL R X p2 （3-18） Q2 X s 2 Q2 RL
60 j 45 75 75 j 90 75
=0.8-j0.6 =1.0+j1.2
第3章 匹配理论
1 10 1 20 1 30 1 40 1 50 1 60 1 70 1 80 －1 70 －1 60 －1 50 －1 40 －1 30 －1 20 0 .6 0 －1 10 －5 0 －6 0 －1 00 －9 0 －8 0 －7 0 1 00 90 80 70 60 50 40 1 .2 0
Xp
R
Xp 2
RL
RL
(a )
C s1 L s2 L s1 C s2
Lp 1
Cp 2
Cp 1
Lp 2
(b )
L s1 L s2 C s1
( c)
C s2
Cp 1
Cp 2
Lp 1
Lp 2
(d )
( e)
图3-8 T型匹配电路及其具体形式
第3章 匹配理论
3.3.3 П型匹配电路 以纯电阻性信号源和负载且Rs<RL为例,其他 情况的П型匹配电路设计类似。 步 骤一: 确定工作频率fc、负载Q值、 输入阻 抗 Rs 及 输 出 阻 抗 RL, 并 求 出 RH=max (Rs, RL)。
步骤五： 若 Rs ＞ RL, 选择 Cp-Ls 低通 式或Lp-Cs高通式电路。 1 (1) Cp-Ls低通式: C
2f c X s XL Ls 2f c
p
(2) Lp-Cs高通式:
1 Cs 2f c X L Xs Lp 2f c
第3章 匹配理论
在无损耗的情况下，开路短截线的输入 导纳由下式给出：
Yinoc jY0 tan l
短路短截线的输入导纳表达式则为：
Yinsc jY0 cot l
设计中短截线长度和位置的不同组合可 实现同一匹配。
第3章 匹配理论

设计单枝节匹配网络,将负载阻抗
ZL=(60-j45)Ω 变换为输入阻抗Zin=(75+j90)Ω 。 假设图 3-11 （ a ）中的短截线和传输线的特性 阻抗均为Z0=75Ω 。 步骤一: 求归一化阻抗。 负载阻抗zL= 输入阻抗zin=
1 Cp 2f c X L
1 Cs 2f c X s XL Lp 2f c
第3章 匹配理论
Ls
Cs
Cp
Lp
(a )
(b )
图 3-6 Rs<RL的L型匹配电路 (a)Ls-Cp低通式L型； (b) Cs-Lp高通式L型
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
步骤三: 根据电路选用元件的不同,可有 四种形式,如图 3-8(b)、 (c)、 (d)、 (e) 所示。电感及电容值的求法如下：
1 C 2f c X X L 2f c
（3-19）
第3章 匹配理论
Rs
＋
Xs1
Xs2
Po
Us
－
Rs
Z in ＝Z0 l3
ZA
ZB l2
ZC
ZD l1
ls2
ls1
ZL
开路 或短路
图3-14（图8.26） 双枝节匹配网络
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
（2） Smith圆图法求元件值。
第3章 匹配理论

具体地：匹配电路通过串联电容、并联 电容、串联电感、并联电感等四种方法 的混合使用而实现。
第3章 匹配理论
对上图的简单解释： （a）在史密斯（Smith）圆图上，串联一个电感， 将沿等电阻圆顺时针移动负载； （b）在史密斯（Smith）圆图上，串联一个电容， 将沿等电阻圆逆时针移动负载； （c）在史密斯（Smith）圆图上，并联一个电感， 将沿等电导圆逆时针移动负载； （d）在史密斯（Smith）圆图上，并联一个电容， 将沿等电导圆顺时针移动负载。
步骤二：根据图 3-10(a) 中所示，计算 Xp2、 Xs2、 Xp1及Xs1：
第3章 匹配理论
RH R Q 2 1 RL X p2 Q X s 2 QR Rs Q1 1 R Rs X p1 Q1 X s1 Q1 R
第3章 匹配理论
元件的标称值 , 元件方便得到；电感、 电容组合会有频率特性,即带通或高通特性， 要考虑匹配电路所处系统的工作频率和其 他指标,如有源电路中的谐波或交调等；与 周边电路的结构有关 , 如直流偏置的方便、 电路尺寸布局的许可等。
第3章 匹配理论
3.3.2 T型匹配电路 分析设计方法与 L 型匹配电路类似。以纯 电阻性信号源和负载 ( 且 Rs ＜ RL) 为例 , 其他情 况的T型匹配电路设计过程类似。 设计步骤： 一: 确定工作频率fc、负载Q值、输入阻抗 Rs及输出阻抗RL,并求出Rsmall=min (Rs,RL)。
步骤六： 由工作频率计算出电感电容的实际 值。
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
匹配禁区：
ZS＝50 Ω
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
2) 电路拓扑 L型匹配电路的两个元件的连接方式共有八 种可能。拓扑结构的选择有其规律性。对 于任意一对要实现匹配的信号源和负载 ,至 少有两个以上的拓扑可选。如何选定最合 适的一个,要考虑的因素是：
（3-20）
（3-21）
第3章 匹配理论
步骤三: 依据电路选用元件的不同,可有 四种形式,如图3-10(b)、 (c)、(d)、 (e) 所示。电感及电容值的求法：
X L 2f c 1 C 2fX c
（3-22）
第3章 匹配理论
Rs
＋
Xs1
Xs2
第3章 匹配理论
Zin 20 电
路与 Z 0 50 同轴电缆进行
匹配的情形
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第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论

实现最佳功率传输的常规设计程序：
步骤一： 计算源阻抗和负载阻抗的归一化值。 步骤二： 在圆图上找出源阻抗点,画出过该点的 等电阻圆和等电导圆。
3.3.1 L型匹配电路
1. 输入阻抗和输出阻抗均为纯电阻： 步骤一 : 确定工作频率 fc 、输入阻抗 Rs 及输出阻抗RL（由设计任务给出）。 步骤二 : 在L型匹配电路中 ,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。当电路匹配时,由共轭匹配条 件可以推得 RL （3-10） Qs QL 1 Rs
3.4.1 并联型微带匹配电路 1. 微带单枝节匹配电路 两种拓扑结构：第一种为负载与短截线 并联后再与一段传输线串联,第二种为负载 与传输线串联后再与短截线并联。 两种匹配网络中都有四个可调整参数： 短截线的长度 ls 和特性阻抗 Z0s, 传输线的长 度lL和特性阻抗Z0L。
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
匹配理论
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 基本阻抗匹配理论 射频/微波匹配原理 集总参数匹配电路 微带线型匹配电路 波导和同轴线型匹配电路 微波网络参数
第3章 匹配理论
匹配方法
λ/4阻抗变换器 枝节匹配网络 阶梯阻抗变换和渐变线阻抗变换
第3章 匹配理论
步骤三： 在圆图上找出负载阻抗的共轭点,画出 过该点的等电阻圆和等电导圆。
第3章 匹配理论
步骤四：找出步骤二、 三所画圆的交点 , 交 点的个数就是可能的匹配电路拓扑个数。 步骤五： 分别把源阻抗、 负载阻抗共轭值 沿相应的等电阻圆（或等电导圆、等反射系 数圆）移到步骤四的同一交点。两次移动的 电抗（纳）或电纳（抗）变化就是所求电感 或电容的电抗或电纳。
第3章 匹配理论
1) 设计方法 （ 1 ） 解析法求元件值。按照电路级联 的方法求出负载和匹配元件组合得到的等效 负载阻抗的表达式,与信号源阻抗共轭相等, 即实部和虚部分别相等 ,这样通过两个方程 的求解得到两个元件值。
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
第3章 匹配理论
Po
Us
－
Rs
Xp 1
R
Xp 2
RL
RL
(a )
L s1 L s2 C s1 C s2
Cp 1
Cp 2
Lp 1
Lp 2
(b )
L s1 C s2 C s1
( c)
L s2
Cp 1
Lp 2
Lp 1
Cp 2
(d )
( e)
图3-10 П 型匹配电路及其具体形式
第3章 匹配理论
3.4 微带线型匹配电路
B
Z in
30 20 10
0 .8 0 1 .0 0
0 .8 0
0 －1 0
ZL A
－2 0 －3 0 －4 0
图 3-12 利用圆图设计单枝节匹配网络
第3章 匹配理论
2. 微带双枝节匹配电路 单枝节匹配具有良好的通用性,可在任意输入 阻抗和实部不为零的负载阻抗之间形成阻抗匹 配或阻抗变换。这种电路的主要缺点之一是需 要在短截线与输入端口或短截线与负载之间插 入一段长度可变的传输线，这对于可调型匹配 器比较困难，可以通过这种网络中再增加一个 并联短截线来解决问题,即双枝节匹配网络。
第3章 匹配理论
间距一定的双枝节匹配电路存在可能 的匹配禁区。解决这个问题的方法是双短 截线可调匹配器的输入、输出传输线符合 l1=l3±λ/4的关系，如果可调匹配器不能对 某一特定负载实现匹配 , 只需要对调可调 匹配器的输入、输出端口,则yd必将移出匹 配禁区。
第3章 匹配理论
实例：图3-11(a)显示匹配网络的设计过程。
将短截线特性阻抗和传输线特性阻抗均取为Ｚ 0,通过调整它们的长度实现预定的输入阻抗。
Z 0 L，lL Z 0 L，lL
Z0 s Z in ls ZL Z in
Z0 s ls
ZL
开路 或短路
开路 或短路
(a )
(b )
图 3-11 单枝节匹配电路的基本结构
3.3 集总参数匹配电路
通常不使用电阻取得匹配
所谓“与50 匹配”，是指“从外部看电路A的 输入时，为了使阻抗变换为50 ，增加某些电路 并进行调整，使其取得匹配”的意思。
比如“串联接入电感L，然后并联接入电容C，使 其具有史密斯（Smith）圆图上的50 点” 。
第3章 匹配理论