Chp2s6 - 2.6 2.6 传输线阻抗匹配...

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Unformatted text preview: 2.6 2.6 传输线阻抗匹配 一、阻抗匹配概念 阻抗匹配是传输线理论中的重要概念。在由信号源、 阻抗匹配是传输线理论中的重要概念 阻抗匹配是传输线理论中的重要概念。在由信号源、 传输线及负载组成的微波系统中, 传输线及负载组成的微波系统中 , 如果传输线与负载 不匹配,传输线上将形成驻波。驻波一方面使传输线 不匹配 , 传输线上将形成驻波 。 驻波一方面使传输线 功率容量降低,另一方面会增加传输线的衰减。 功率容量降低,另一方面会增加传输线的衰减。 为提高传输效率,希望信号源给出最大功率, 为提高传输效率,希望信号源给出最大功率,同时负 载吸收全部入射功率。 载吸收全部入射功率。前者要求信号源内阻与传输线 共轭匹配,后者要求负载与传输线实现无反射匹配。 共轭匹配,后者要求负载与传输线实现无反射匹配。 1. 阻抗不匹配的危害 阻抗不匹配的危害 • 使传输线功率容量下降 r r0 1 U br Pbr = 2 Z0ρ • 传输大功率易导致击穿 • 产生的反射波会对信号 源产生频率牵引作用, 源产生频率牵引作用, 是信号源工作不稳定, 是信号源工作不稳定, 甚至不能正常工作 • 影响发射机的输出功 率,从而影响雷达最大 探测距离。 探测距离。 2 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 5 10 2.50 1.67 1.25 3.33 2.00 1.43 1.11 1 ρ 信号源不匹配 信号源不匹配 对雷达最大探测距离的影响 2. 共轭匹配 要 使信号源给出最大功率 要使信号源给出最大功率 ,达到共轭匹配 ,必须要求传输 线的输入阻抗和信号源的内阻抗互为共轭值 的内阻抗互为共轭值。 线的输入阻抗和信号源的内阻抗互为共轭值。 信号源的内阻抗: 信号源的内阻抗:Zg=Rg+jXg, 传输线的输入阻抗 入阻抗: 传输线的输入阻抗:Zin=Rin+jXin,。 Z g = Z in Rg = Rin , X g = − X in ∗ 在满足以上共轭匹配条件下, 在满足以上共轭匹配条件下,信号源给出的最大功率为 Pmax 2 2 Eg 1 E g Rg = = 2 2 4 Rg 8Rg 3. 3. 阻抗匹配 阻抗匹配是指传输线的两端阻抗与传输线的特性阻抗相 使线上电压与电流为行波。 等,使线上电压与电流为行波。 要使传输线的始端与信号源阻抗匹配, 要使传输线的始端与信号源阻抗匹配,由于传输线的特性 阻抗为实数,故要求信号源的内阻抗也为实数, 阻抗为实数,故要求信号源的内阻抗也为实数, 即 Rg = Z0,Xg = 0 此时传输线的始端无反射波,这种信号源称为匹配信号源。 此时传输线的始端无反射波,这种信号源称为匹配信号源。 即使终端负载不等于特性阻抗, 当始端接了这种信号源,即使终端负载不等于特性阻抗,负载产 生的反射波也会被匹配信号源吸收,不会再产生新的反射。 生的反射波也会被匹配信号源吸收,不会再产生新的反射。 二、阻抗匹配方法 阻抗匹配的方法是在传输线和终端负载之间加一匹配网络。 阻抗匹配的方法是在传输线和终端负载之间加一匹配网络。 匹配网络由电抗元件构成:损耗尽可能的小, 匹配网络由电抗元件构成 匹配网络由电抗元件构成:损耗尽可能的小,而且 通过调节可以对各种终端负载匹配。 通过调节可以对各种终端负载匹配。 最常用的匹配网络有λ/4变换器、支节匹配器、 最常用的匹配网络有λ/4变换器、支节匹配器、阶 变换器 梯阻抗变换和渐变线变换器。 梯阻抗变换和渐变线变换器。 1. λ/4 阻抗变换器 阻抗变换器 阻抗变换器是由一段长度为λ 的传输线组成。 λ/4阻抗变换器是由一段长度为λ/4的传输线组成。当 长度为λ 特性阻抗为Z01、长度为λ/4的传输线终端接纯电阻RL 则该传输线的输入阻抗为 时,则该传输线的输入阻为 RL + jZ 01tg (2π λ ⋅ λ 4 ) Z Z in = Z 01 = Z 01 + jRL tg (2π λ ⋅ λ 4 ) RL Zin= Z0 实现匹配,即: 实现匹配, 实现匹配 2 01 Z 01 = Z 0 RL 线在电压波腹点接入, 线的特性阻抗: 若λ/4线在电压波腹点接入,则λ/4线的特性阻抗: Z 01 = Z 0 ρZ 0 = Z 0 ρ 线的特性阻抗为: 若λ/4线在电压波节点接入,则λ/4线的特性阻抗为: Z 01 = Z 0 Z0 ρ = Z0 ρ 单节λ/4线的主要缺点是频带窄,原则上只能对一个频率 单节λ 线的主要缺点是频带窄, 匹配。为了加宽频带可采用多级 频带可采用多级λ 匹配。为了加宽频带可采用多级λ/4阻抗变换器或渐变式 阻抗变换器。 阻抗变换器。 2. 支节匹配器 支节匹配器 支节匹配器的原理是利用在传输线上并接或串接终端短 支节匹配器的原理是利用在传输线上并接或串接终端短 路或开路的支节线, 路或开路的支节线 , 产生新的反射波抵消原来的反射 从而达到匹配。 波,从而达到匹配。 支节匹配包括: 支节匹配包括: • 单支节 • 双支节 • 三支节匹配 单支节匹配的原理: 单支节匹配的原理: 当归一化负载导纳 % 当归一化负载导纳 YL ≠1时,在离负载导纳适当的距 离 d 处 , 并接一个长度为 l 、 终端短路 ( 或开路 ) 的短截 构成单支节匹配器,从而使主传输达到匹配。 线,构成单支节匹配器,从而使主传输达到匹配。 使传输匹配, 使传输匹配 使传输匹配,必有 ~ Yin = 1 ~ ~~ Yin = Y1 + Y2 ~ 其中 Y2 是短路(或开路)短截线的归一化输入 它只能提供一个纯电纳 导纳,它只能提供一个纯电纳, % % Y2 = jB % % Y1 = 1 − Y2 = 1 − jB Y L + jY 0 tg β z ′ Y in ( z ′) = Y 0 Y 0 + jY L tg β z ′ 导得 的解析式为 导得 d 和 l 的解析式为 λ ZL arctg d = 2π Z0 Z LZ0 λ ) l= arctg ( 2π Z L − Z0 例 : 已 知 双 导 线 的 特 性 阻 抗 Z0=200Ω, 负 载 阻 抗 ZL=660Ω , 用单支节匹配器进行匹配 , 求接入支节的 用单支节匹配器进行匹配, 位置d和支节长度l。 解: 0.171 (1) 计算归一化负载阻抗和归一化负载导纳: 计算归一化负载阻抗和归一化负载导纳 % = Z L = 660 = 3.3 + j 0 ZL Z 0 200 % (2) 求 Y1 及d 点沿ρ 归一化负载导纳B点沿ρ=3.3等驻波系数圆顺时针方 % 向转到与 G =1的圆相交于E和E′点,该两点即为 % % Y1 位置,读得 Y = 1±j13。 位置, 1 B、E、E’点对应的电长度分别 为0、0.171、0.329 ,即可得到d。 0.171 d1 = 0.171λ d 2 = 0.329λ 0.171 (3) 求支节线长度l 求支节线长度 % 为了抵消 Y1 中±j13电纳,短截线的输入归一化电纳 % 应为 Y2 = -/+ j13。 l1 = (0.354 − 0.25)λ = 0.104λ l2 = (0.146 + 0.25)λ = 0.396λ 习题: 习题 习题:2-15 ...
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This note was uploaded on 04/11/2010 for the course EECS 530 taught by Professor Sarabandi during the Fall '08 term at University of Michigan.

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