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1、1.8 传输线的阻抗匹配一、阻抗匹配概念 1、信号源与传输线的匹配 共轭匹配（即功率匹配）阻抗匹配使微波电路或系统无反射、以行波或尽量接近行波状态的技术措施。 阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路单元。 在微波领域中，阻抗匹配是一个非常重要的概念。 其作用体现在下列几方面： 提高传输效率，保证功率容量 保持传输线工作的稳定性 减少微波测量系统的系统误差 保证元器件设计的质量指标 阻抗匹配一般包含两方面：一个是信号源与传输线间的匹配，另一个是负载与传输线间的匹配 指在传输线的任一截面上，输入阻抗Zin与源阻抗Zg互成共轭值：ZinZg*在满足以上共轭匹配条件后，信号源输出功率最大如果
2、在某个参考面满足共轭匹配条件，则在其他参考面也能满足共轭匹配条件阻抗匹配概念2、负载与传输线的匹配 信号源的阻抗匹配电源内阻抗Zg与传输线的特性阻抗Zc匹配，即Zg=Zc时，电源输出的能量 在电源输出平面就不会产生反射，而全部送入传输线。如果传输线终端负载 也匹配的话，则电源输出的全部能量被负载所吸收。如果负载不匹配，则有 反射波回来，但不在电源输出平面产生新的反射，这样的电源称为匹配电源。 如果电源和负载与传输线特性阻抗均不匹配，线上将会产生多次来回反射。 为了避免这种情况发生，而又保证信号源匹配或接近匹配，通常在信号源后 面加装一个隔离器或吸收似的衰减器。隔离器为单向器件，它吸收反射波，
3、消除或减弱负载不匹配对电源的影响。 当传输线的特性阻抗与负载阻抗相等时，即ZcZg，传输线与负载实现了匹配。 此时线上载行波，参量0，1，1，这时负载吸收全部入射波功率。当 传输线与匹配信号源及匹配负载相连时，有 ZcZgZl ，因此一定有ZinZg*， 负载能从信号源中吸收最大功率。 通常在共轭匹配时，线上有驻波，即存在反射，这说明无反射的功率传输状态 并不一定代表负载吸收最大功率的状态。反之负载吸收最大功率时，也并不一定 是线上无反射的行波状态。 在通常情况下，信号源输出与传输线之间在设计时已考虑了匹配条件，如前已 述及的加装单向器件等实现匹配，因此在实用中主要考虑的是解决负载阻抗的问 题
4、。以下所介绍的就是实现负载阻抗的方法。 传输线的阻抗匹配阻抗匹配器二、阻抗匹配器1、/ 4 阻抗匹配器 解决负载阻抗匹配的问题，主要就是要消除因负载阻抗引起的反射波。通常需 要在传输线与负载之间加入一匹配网络，使其产生一个新的反射波，与负载阻抗 引起反射波幅度相等、相位相反，两者相互抵消。匹配网络全部由电抗元件构成。 通常的匹配器有/ 4阻抗匹配器和支节匹配器，支节匹配器又有单支节，双支 节及三支节三种常用。下面分述其原理。/ 4阻抗匹配器是匹配器中较简单而又实用的一种，它利用了传输线理论中阻 抗的 / 4变换特性。 若负载阻抗为纯电阻负载Rl，与传输线特性阻抗Zc不匹配，这时可在与主线之 间
5、接入一段长度为/ 4特性阻抗为Zc的传输线段,使得输入参考面AA位置的输入 阻抗与主传输线的特性阻抗相等，即ZAA=Zc，这样来实现匹配。 由阻抗的 / 4变换特性知道，只要接入线段的特性阻抗Zc满足下列条件即可： 此时AA输入面阻抗即实现了匹配。 ZcRLZc/ 4AA传输线的阻抗匹配若负载阻抗不是纯电阻负载，也可以用/ 4阻抗匹配器来匹配，因为在传输线 驻波波腹和波节处的输入阻抗是实数，分别为Zc和kZc。在这些位置插入/ 4 阻抗匹配器同样可以实现匹配。 kZc ZcZL ZcLNLMZc ZcZL ZcZc/ 4AA在波腹插入LNZc kZcZL Zc/ 4AA在波节插入ZcLM若在驻
6、波波腹位置（右图中LN参考面）插入 / 4阻抗匹配器，因为波腹处输入阻抗为Zc所 以要求匹配器的特性阻抗Zc为为 若在驻波波节位置（右图中LM参考面）插入 / 4阻抗匹配器，因为波腹处输入阻抗为kZc。 所以要求匹配器的特性阻抗Zc为 此时AA面输入阻抗即实现了匹配。此时AA面输入阻抗ZAA=Zc，也能实现匹配传输线的阻抗匹配阻抗匹配器Single Stub Matching由匹配原理可总结匹配步骤如下： 对给定负载阻抗进行阻抗归一化， 找到其在圆图上相应的阻抗点后，旋转 1800，得到归一化负载导纳值。 以负载导纳为起点，顺时针旋转得到与 G1等G圆的交点S与T，负载导纳点至ST点 的电长度
7、值LS与LT也可从圆图读出。 在距负载LS或与LT处并联提供jB或jB的支节， 支节的长度lS或lT应用求短路线输入导纳的方法可以求得。 2、单支节匹配器 单支节匹配器又叫短截线匹配器。它是在主传输线上并联一个分支线（终端 短路线或开路线），使在匹配器所在处向负载看过去的输入导纳正好等于特性 导纳，从而实现了负载阻抗匹配。 .00.01.02.03.04 .05.06.07.08.09.10.11.12.13.49.48.47 .46 .45.44 .43.42.41.40.39.38.37.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.
8、31.32.33.34.35.36.00.01.02.03 .04 .05 .06 .07.08.09.10.11.12.13.49.48.47.46 .45 .44 .43 .42.41.40.39.38.37.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03.04 .05.06.07.08.09.10.11.12.13.49.48.47 .46 .45.44 .43.42.41.40.39.38.37.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.
9、27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03 .04 .05 .06.07.08.09.10.11.12.13.49.48.47.46 .45 .44 .43 .42.41.40.39.38.37.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36向负载方向向源方向11.52-1-.5-20.52ST单支节匹配器的匹配原理：非匹配负载产生 反射，沿传输线移动的导纳如右图所示。一 般情况下等|圆与G1的等G圆总有交 点S与T，其读数为1jB。若于ST点在 传输线对应的两个位
10、置中的任一处并 联一个分支线，它提供jB电纳，使 匹配器所在处输入导纳正好等于1， 从而实现匹配。 LS负载点LT传输线的阻抗匹配阻抗匹配器单支节匹配示例例：传输线特性阻抗为50，负载阻抗75j100 （），用单支节匹配，求支节位置L和长度l。 Zl75j100 Zc50LS =0.23 LT=0.371lS= 0.087 lT=0.413解：首先，对负载阻抗归一化，得1.5+j2 ，在圆图上找到其对应点A。与A相应的归 一化负载导纳值为B点，读数为 0.24-j0.32 .00.01.02.03.04.05 .06 .07 .08.09.10.11.12.13.49.48.47.46.45
11、.44 .43.42 .41.40.39.38.37.25 .24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03.04 .05 .06 .07 .08 .09 .10.11 .12.13.49.48.47.46 .45 .44 .43 .42 .41 .40.39.38 .37.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03.04.05 .06 .07 .08.09.10.11.
12、12.13.49.48.47.46.45 .44 .43.42 .41.40.39.38.37.25 .24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03.04 .05 .06 .07 .08 .09 .10.11 .12.13.49.48.47.46 .45 .44 .43 .42 .41 .40.39.38 .37.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36向负载方向向源方向11.52-1-.5
13、-20.52STBALSLT 从B点出发，沿等|圆顺时针旋转 到输入电导为1的等电导圆，等|圆与等电 导圆相交于ST两点，它们的具体导纳读数 为1j1.63, 求得支节接入的位置分别为 LS=0.23 , LT=0.371 . 分别在LS及LT并联支节进行匹配。 若在LS并联支节，支节提供的电纳应为 j1.63, 这时可求得短路支节的长度lS为0.087 ; 若在LT并联支节，支节提供的电纳应为 j1.63, 这时可求得短路支节的长度lT为0.413 ;传输线的阻抗匹配阻抗匹配器3、双支节匹配器求短路支节长度lS 及lT示意于右图。 在圆图上找到0j1.63的等电纳线，读 出从短路点顺时针分别
14、转到0-j1.63 ,0 j1.63 所经历的电长度值即可 .087 .413.00.01.02.03.04.05 .06 .07 .08.09.10.11.12.13.49.48.47.46.45 .44 .43.42 .41.40.39.38.37.25 .24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03.04 .05 .06 .07 .08 .09 .10.11 .12.13.49.48.47.46 .45 .44 .43 .42 .41 .40.39.38 .37.25.24.23
15、.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03.04.05 .06 .07 .08.09.10.11.12.13.49.48.47.46.45 .44 .43.42 .41.40.39.38.37.25 .24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.00.01.02.03.04 .05 .06 .07 .08 .09 .10.11 .12.13.49.48.47.46 .45 .44 .43 .42 .41 .
16、40.39.38 .37.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36向负载方向向源方向11.52-1-.5-20.521.631.63实际应用中，单支节匹配器需要调整支节在 传输线上的位置，很不方便，而且在主线上滑 动调节也容易引起接触不良等弊病，因此改用 双支节匹配器进行匹配. 双支节匹配器是由固定在主线上的两个彼此 相隔一定距离而自身长度可以调节的短路支节 构成。距离一般取 /8, /4, 3/8。下面取/4讨 论其匹配原理ZlZcLAA l1l2BB也可用开路支节来实现，此时应从开 路点出发，得到取值分别为0.337 , 0.
