微波阻抗匹配第一頁，共三十頁，2022年，8月28日阻抗匹配意義：在由信號源、傳輸線和負載構(gòu)成的微波傳輸系統(tǒng)中，一般有兩個方面問題。第一，如果負載與傳輸線不匹配，反射波，駐波，一方面將降低傳輸線的功率容量，當傳輸功率較大，而負載與傳輸線之間又嚴重不匹配時，會使駐波比很大，從而有可能造成傳輸線中填充介質(zhì)被擊穿而形成短路，致使信號源有可能遭到破壞。另一方面，負載與傳輸線不匹配將增加傳輸線的衰減。第二，如果傳輸線與信號源不匹配，將會影響信號源最大功率輸出，而且還會影響信號源輸出功率、頻率的穩(wěn)定性。可見，盡量使傳輸系統(tǒng)處于或接近于行波狀態(tài)是很必要的。匹配一般有兩種：共軛匹配和阻抗匹配(或行波匹配)。為了使信號源輸出最大功率，則要求信號源的內(nèi)阻抗與傳輸線始端的輸入阻抗互為共扼復數(shù)；這就是所謂的共軛匹配。為了使終端負載吸收全部入射功率，而不產(chǎn)生反射波，則要求終端負載與傳輸線的持性阻抗相等，即所謂的阻抗匹配。第二頁，共三十頁，2022年，8月28日1.阻抗匹配(impedancematching)(1)負載阻抗匹配：負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。此時傳輸線上只有從信源到負載的入射波，而無反射波。(2)源阻抗匹配：電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。對匹配源來說，它給傳輸線的入射功率是不隨負載變化的，負載有反射時，反射回來的反射波被電源吸收。入射波反射波Z0ZlZg第三頁，共三十頁，2022年，8月28日(3)共軛匹配lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*即Zin=Zg*要使信號源輸出最大功率，信號源內(nèi)阻抗和傳輸線始端輸入阻抗應互為共軛復數(shù)，即共軛匹配。

第四頁，共三十頁，2022年，8月28日設信號源內(nèi)阻抗為,傳輸線始端輸入阻抗輸入端電壓為Vin，輸入端電流為Iin，則信號輸出功率為lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*第五頁，共三十頁，2022年，8月28日

為了使信號源輸出最大功率，運用數(shù)學知識有信號源和始端輸入阻抗兩者的電阻相等，電抗的數(shù)值相等而性質(zhì)相反時，信號源輸出功率最大，此時這稱之為共軛匹配。

求解得：和即此時最大輸出功率為第六頁，共三十頁，2022年，8月28日共軛匹配雖能讓信號源輸出最大功率，但并不能保證沒有反射波反射回信號源。因為在傳輸線始端反射系數(shù)為顯然，為了消除反射，這就需進行信號源與負載傳輸線之間的阻抗匹配，即需Zg=Zin。在滿足阻抗匹配條件下，信號源輸出功率為為了讓信號源既能最大輸出功率(共軛匹配)，又無反射波(阻抗匹配或行波匹配)，則必須使和第七頁，共三十頁，2022年，8月28日匹配器1匹配器2負載阻抗匹配Zl=Z0信號源阻抗匹配Zg=Z0

共軛阻抗匹配Zin=Zg*

Zin=Z0因此：第八頁，共三十頁，2022年，8月28日2.阻抗匹配的實現(xiàn)方法

負載匹配的方法：從頻率上劃分有窄帶匹配和寬帶匹配；從實現(xiàn)手段上劃分有/4阻抗變換器法、支節(jié)調(diào)配法。隔離器或衰減器阻抗匹配第九頁，共三十頁，2022年，8月28日(1)/4阻抗變換器匹配方法

此處接/4阻抗變換器1)負載阻抗是實數(shù)第十頁，共三十頁，2022年，8月28日

阻抗變換器長度取決于波長，因此嚴格說它只能在中心頻率點才能匹配。要展寬頻帶，一般用多階梯結(jié)構(gòu)實現(xiàn)電容性負載Z0第一個電壓波節(jié)點所處的位置Z0Z0Z01l1/4Rx=Z0/Zin=Z0若是電感性負載又如何？2)負載阻抗具有實部和虛部的復數(shù)第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日2)負載阻抗具有實部和虛部的復數(shù)負載上并聯(lián)一長度合適(可以計算出來)的短路支線(一般不用開路支線)，用以抵消負載中的電抗成分，從而使等效負載(并聯(lián)短路支線和負載)變?yōu)榧冸娮柝撦d。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日(2)支節(jié)調(diào)配法(stubtuning)支節(jié)調(diào)配器是由距離負載的某固定位置上的并聯(lián)或串聯(lián)終端短路或開路的傳輸線（稱之為支節(jié)）構(gòu)成的。可分為單支節(jié)(single-stub)調(diào)配器、雙支節(jié)(double-stub)調(diào)配器及多支節(jié)(multiple-stub)調(diào)配器。并聯(lián)單支節(jié)匹配器

串聯(lián)單支節(jié)匹配器

第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日(a)串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器

Z0ZlZ0Z0已知負載可求得反射系數(shù)l和駐波比此處為第一波腹點此處輸入阻抗應等于特性阻抗第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日(b)并聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器

第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日（1）由負載阻抗求出歸一化導納并在導納圓圖上找到與它對應的點P，該點對應的反射系數(shù)的模為

(相應的駐波比為)。（2）由P點開始沿等反射系數(shù)圓順時針方向旋轉(zhuǎn)(對應于傳輸線上的點向波源方向移動)，與的圓相交于M和N兩點，它們距終端負載的距離分別為，M和N兩點對應的歸一化輸入導納分別為和。（3）在處并聯(lián)一個短路支線，并調(diào)節(jié)其長度，使其歸一化的輸入電納為，則在處總的等效的歸一化輸入導納為，于是傳輸線得到了匹配。

注：由于單支節(jié)匹配器在傳輸線上的位置d不能預先確定，需根據(jù)負載情況而定，這對于某些傳輸線的結(jié)構(gòu)或傳輸系統(tǒng)來說，會帶來不方便，這可通過雙支節(jié)匹配器來解決。

第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日(b)并聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器

Y0Y0Y0此處輸入導納應等于特性導納此處為第一波節(jié)點第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日(c)多支節(jié)調(diào)配(multiple-stubtuning)單支節(jié)匹配的主要缺點是它僅能實現(xiàn)在點頻上匹配，要展寬頻帶，可采用多支節(jié)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日雙支節(jié)調(diào)配器第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日（1）在導納圓圖，根據(jù)雙支節(jié)匹配器兩支節(jié)之間距離確定輔助圓。設本匹配的雙支節(jié)匹配器兩支節(jié)之間距離為，那么輔助圓就和圓上所對應的點反射系數(shù)相角都分別相差如圖1-6-9所示。第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日需要說明的是，對于某些情況不能得到匹配，即雙支節(jié)匹配器存在不能匹配的區(qū)域稱盲區(qū)。第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日三支節(jié)匹配器第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日[例1-6]設一負載阻抗為Zl=100+j50接入特性阻抗為Z0=50的傳輸線上。要用支節(jié)調(diào)配法實現(xiàn)負載與傳輸線匹配，試用Smith圓圖求支節(jié)的長度及離負載的距離。解：首先在圓圖上找到與歸一化阻抗2+j相對應的點P1其歸一化導納即為0.4-j0.2，在圓圖上體現(xiàn)為由P1點變到中心對稱的P2點，P2點對應的向電源方向的電長度為0.463。0.463將P2點沿等l圓順時針旋轉(zhuǎn)與的電導圓交于A點B點AB第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日A點的導納為1+j1，對應的電長度為0.159，B點的導納為1-j1，對應的電長度為0.338。（1）支節(jié)離負載的距離為

d=0.037+0.159=0.196d=0.037+0.338=0.375

（2）短路支節(jié)的長度：短路支節(jié)對應的歸一化導納為0j1和0+j1，分別與1+j1和1-j1中的虛部相抵消。由于短路支節(jié)負載為短路，對應導納圓圖的右端點。將短路點順時針旋轉(zhuǎn)至純電納圓（單位圓）與b=1和b=1的交點A,B，旋轉(zhuǎn)的長度分別為：

l=0.375

0.25=0.125l=0.125+0.25=0.375

因此，從以上分析可以得到兩組答案，它們分別是