匹配理论及匹配网络.pptx

:基本电路如图3-1(a)所示,Us为信号源电压,Rs为信号源内阻,RL为负载电阻。任何形式的电路都可以等效为这个简单形式。我们的目标是使信号源的功率尽可能多的送入负载RL,也就是说,使信号源的输出功率尽可能的大。图3-1(a)基本电路2这个简单电路中的关系为:可见,信号源的输出功率取决于Us、Rs和RL。在信号源给定的情况下,输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比k。输出功率表达式可以直观地用图3-1(b)表示。由图可知,当RL=Rs时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。无论负载电阻大于还是小于信号源内阻,都不可能使负载获得最大功率,且两个电阻值偏差越大,输出功率越小。对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频和高频电路。图3-1(b)输出功率与阻抗比例k的关系3当交流电路中含有容性或感性阻抗时,需对阻抗匹配概念进行推广。负载阻抗与信号源阻抗共轭时,实现功率的最大传输,称作共轭匹配或广义阻抗匹配。任何一种交流电路都可以等效为图3-2所示电路结构。如果负载阻抗不满足共轭匹配条件,就要在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络,将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭,实现阻抗匹配。图3-2广义阻抗匹配4在低频电路中,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,反射可以不考虑。在高频电路中,必须考虑反射的问题,当信号的频率很高时,则信号的波长很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不匹配时,在负载端就会产生反射。,分析问题的方法有其特殊性射频/微波电路中通常使用反射系数描述阻抗,用波的概念来描述信号大小。为了获得最大功率传递,必须同时满足ZL=Z*G(3-2)ZG=Z0(3-3)图3-3射频/微波电路的匹配问题式(3-2)是熟知的共轭阻抗匹配条件,式(3-3)表示信号发生器将全部功率提供给传输线的条件。6朝着信号发生器方向反射波总和为b1=bGΓ1[1+Γ1ΓG+(Γ1ΓG)2+…](3-4)寻求等效负载与信号源的匹配条件:图3-4信号发生器端口的反射波因为Γ1=b1/a1,上式变为 a1=bG+b1ΓG(3-5)提供给负载的功率为PL=|a1|2-|b1|2=|a1|2(1-|Γ1|2)(3-6)将式(3-5)代入式(3-6),则提供给负载的功率可写成为了得到最大功率传输,必须满足Γ1=Γ*、输入阻抗Rs及输出阻抗RL。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。8串、并联阻抗变换令XS=XLP,电抗抵消(两电抗在工作频率处并联谐振)RLP=RSL网络串联支路电抗与并联支路电抗必须异性质实部相等虚部相等9串、并联阻抗变换令XS=XLP,电抗抵消(两电抗在工作频率处串联谐振)RLP=RS综上可知:10