电磁场与电磁波ch2-4_阻抗匹配

可移动单可变电纳匹配器
（a）可移动单可变电纳匹配器
yL=gL+jbL为归一化负载导纳点。
（b）工作原理
并联支路传输线离开负载沿主传输线移动，从主传输线与支路传输线连接点
右边向负载看进去的输入导纳y‘in可从yL点沿等|L|圆旋转得到。
连接点与负载之间电长度l/刚好使y‘in落在g=1的等g圆上，即y’in=1+jb‘in，
第二章 传输线基本理论与圆图 2.6
主题：阻抗匹配及其应用
阻抗匹配及阻抗匹配器
负载的阻抗匹配
传输线与负载匹配，传输线处于行波状态，传输的功率大，效率高。
传输线与负载的匹配对于信号的有效传输与利用十分重要。 传输线的阻抗匹配实际包括两个方面：信号源与传输线的匹配，以及
负载与传输线的匹配。 其方法是在负载与传输线之间加入一匹配装置，对匹配装置的基本要 求是引入的附加损耗尽量小、频带宽、能适应各种负载（可调节）。 匹配的基本思路是负载不匹配引起的反射刚好被匹配器引入的反射相 抵消，使得从匹配装置左面看进去的输入阻抗等于传输线特征阻抗， 从而使传输线处于行波状态。
就是图b中的A点或B点。
然后调节并联支路传输线短路面位置使并联支路引入的归一化电纳为 –jb'in 。
这样从连接点左边看进去的归一化输入导纳 yin=1，从而实现负载与传输线的 匹配。
双可变电纳匹配器
（a）双可变电纳匹配器 （b）工作原理 负载导纳 yL=gL+jbL 经过主传输线变换到与第一个并联支路传输线连接 点的输入导纳为y‘in=yA=gA+jbA，即图中的yA点。 调节第一个并联支路传输线短路面位置，由第一个并联支路引入的电纳 jb1 使得 y“in=yA+jb1=gA+j(bA+b1) 刚好与虚线圆相交，交点为图中的 yA1或yA2点。虚线圆与g=1的圆以圆图中心对称。 因为第二个并联支线与第一个并联支线间隔为/4。经过/4主传输线变 换，y“in变换到g=1的等g圆上。即图中的yB1或yB2。 最后通过第二个并联支线引入的电纳使从第二个并联支线连接点左边看 进去的输入导纳yin=1，达到匹配。 对于两并联支线间距为 /4的双可变电纳匹配器，如果y'in在g=1的圆内， 则不可能实现负载与传输线匹配，即存在所谓匹配的“死区”。

题目：请阐述两大类阻抗匹配的原理和方法；试用导纳圆图讨论三株线匹配器的匹配原理。

答：一、两大类阻抗匹配原理及方法：1、利用λ/4阻抗变换器进行匹配：原理：利用λ/4传输线的阻抗变化作用。

方法：（1）、利用λ/4线对纯电阻性负载进行匹配，当一个特性阻抗为Z c的λ/4传输线终端接以纯电阻性负载Rl时，其始端输入阻抗Zin=Zc2/Rl，即其具有变换电阻值的作用。

（2）、利用λ/4线对复数阻抗的负载进行匹配，需要先将复阻抗变为实阻抗，然后再利用方法一对其进行变换。

复阻抗变为实阻抗方法有两种，法一：将λ/4线接于主传输线中的电压波节点或波腹点处；法二：将λ/4线仍接在终端，但在终端再并联长为l的短路线等。

2、利用并联电抗性元件进行匹配：方法：单株线匹配器进行匹配、双株线匹配器进行匹配和三株线匹配器进行匹配。

原理：（1）、单株线匹配器：在主传输线上距负载d处，并联一长度为l的短路（或开路）支节。

具体工作原理是：在距离负载d（d<λ/2）处的线上找到归一化导纳为y1=1+jb1的点，由此可确定d；再在该处并联一个归一化电纳y2=-jb1，由此可确定l，进而实现与主传输线的匹配，y=y1+y2=1。

（2）、双株线匹配器：距负载两个固定的位置处各并联一个短路线（或开路线）支节。

具体工作原理是：在AA'和BB'截面处各并联一个短路支线（A和B），支线A距终端负载的距离d1可选定，两支线距离d2可选取λ/4，λ/8，3λ/8等，为了得到系统匹配，应有y b=1，且需y b'=1+j b'，即应使yb'落在导纳圆图的g=1的电导图上，即实部为1，其虚部可利用调节枝节B的长度，使其产生的导纳抵消虚部的影响，从而在截面BB'处得到y BB'=1,使传输线得到匹配。

（3）、三株线匹配器：距负载三个固定的位置处，各并联一个短路线（或开路线）支节。

具体工作原理是：在传输线截面AA'、BB'和CC'处各并联着短路支线A、B、C，A与B，B与C之间距离均为d2通常取d2=λ/4或λ/8,。

系列阻抗匹配法的分析
Hale Waihona Puke 绪论阻抗匹配网络已经成为射频微波电路中的重要组成部分，主 要是由于匹配使得电路中的反射电压波变小，从而损耗减少， 此外，匹配网络对器件的增益，噪声，输出功率还有着重要 的影响。在微波传输系统，它不仅仅关系到系统的传输效率、 功率容量与工作稳定性，而且关系到微波测量的系统误差和 测量精度，以及微波元器件的质量等一系列问题。

多节 4 阻抗变换器 两节 4 阻抗匹配 要实现匹配必须满足
Z Z in 1 0 1 Z 0 Z in 2 2 Z 02 Z in 2 RL
2
由上式消去
Z 01
Z in 1 和 Z in 2
Z0
后可得到
R L Z 02
三节 4 阻抗匹配 要实现匹配必须满足
高频的阻抗匹配
单节 4 阻抗变换器
in Z0 /4 Zin Z01 RL
阻抗变换器是由一段长度为 4 的传输线组成，如图所示。 当特性阻抗为 Z ，传输线终端接纯电阻Rl时，则该传输线
01
的输入阻抗为
为了使
Z in
Z
2
01
Z in = Z 0 实现匹配，必须使
RL
Z 01
Z 0RL
谢 谢！
基本匹配理论

共轭匹配 始端匹配（即共轭匹配）是指负载阻 抗与激励源内部阻抗互相适配，得到 最大功率输出的一种工作状态。对于 不同特性的电路，匹配条件是不一样 的。在纯电阻电路中，当负载电阻等 于激励源内阻时，则输出功率为最大， 这种工作状态称为匹配，否则称为失 配。当激励源内阻抗和负载阻抗含有 电抗成份时，为使负载得到最大功率， 负载阻抗与内阻必须满足共扼关系， 即电阻成份相等，电抗成份只数值相 等而符号相反。这种匹配条件称为共 扼匹配。

关于阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。

阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。

我们先从直流电压源驱动一个负载入手。

由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。

假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。

负载R上的电压为：Uo=IR=U×[1+(r/R)]，可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。

再来计算一下电阻R消耗的功率为：P=I2×R=(U/(R+r))2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2)=U2×R/((R-r)2+4×R×r)=U2/(((R-r)2/R)+4×r)对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。

注意式中((R-r)2/R)，当R=r时，(R-r)2/R可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4×r)。

即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。

对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路。

当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反数，这叫做共厄匹配。

在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑（可以这么理解：因为线短，即使反射回来，跟原信号还是一样的）。

从以上分析我们可以得出结论：如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R；如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。