smith圓圖與阻抗匹配

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1、Smith圓圖與阻抗匹配摘要Smith圓圖軟件主要用于計算微波網(wǎng)絡(luò)的阻抗、導(dǎo)納及網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配設(shè)計，還可用于設(shè)計微波元器件。應(yīng)用VB6.0作為開發(fā)平臺開發(fā)的Smith圓圖軟件應(yīng)用包，使圓圖的應(yīng)用和計算變得方便、快捷。將計算機技術(shù)應(yīng)用于微波測量中,完成微波參數(shù)計算機輔助測量系統(tǒng)Smith圓圖軟件，實現(xiàn)圓圖與傳輸線參數(shù)關(guān)系的演示，圓圖基本查算等功能。通過對圓圖構(gòu)成的基本原理和應(yīng)用問題的分析，利用現(xiàn)代計算機技術(shù)可以解決圓圖計算精度等方面存在的問題，為此設(shè)計的Smith圓圖軟件既保留圓圖計算直觀、便捷的大眾性，又滿足工程設(shè)計中相關(guān)參數(shù)的計算精度。關(guān)鍵詞：Smith

2、圓圖阻抗阻抗匹配導(dǎo)納1.阻抗匹配的概念微波傳輸系統(tǒng)一般由信號源、傳輸線和負載三大部分組成。電源內(nèi)阻抗和負載阻抗一般為復(fù)阻抗，而無耗傳輸線的特性阻抗為純電阻。傳輸線的作用應(yīng)當(dāng)是將電源的功率和信息高效率不失真的傳送到負載，因此需要考慮匹配問題，以保證微波傳輸系統(tǒng)能在教理想的狀態(tài)下工作。阻抗匹配是微波技術(shù)中的一個重要概念，它是用于使微波電路無反射的技術(shù)措施。它包括兩方面內(nèi)容：一是微波源的匹配，解決如何從微波源里取出最大功率，要求信號源內(nèi)阻與傳輸線輸入阻抗實現(xiàn)共軛匹配；二是負載匹配，解決如何使負載全部吸收入射功率，要求負載與傳輸線實現(xiàn)無反射匹配。這是兩個不同性質(zhì)

3、的問題，在實際工作中要仔細分析與應(yīng)用。阻抗匹配的重要特性為：（1）匹配時傳輸給傳輸線和負載的功率最大且饋線中的功率損耗最小。（2）阻抗匹配時傳輸大功率容易導(dǎo)致?lián)舸?。?）阻抗匹配時的反射波對信號源產(chǎn)生頻率牽引，使信號源工作不穩(wěn)定，甚至不能工作。對于一個理想的傳輸系統(tǒng)，不僅要考慮負載與傳輸線的匹配，還要考慮電源端與傳輸線的匹配。所以阻抗匹配有三種情況，分別是負載阻抗匹配、電源的無反射阻抗匹配和電源的共軛阻抗匹配。（1）負載阻抗匹配負載阻抗匹配是指負載阻抗Z等于傳輸線的特性阻抗Zo,即Z=Zo.此時負載端不產(chǎn)生反射波，線上電壓和電流呈行波分布，匹配負載完全吸

4、收了從信號源入射來的微波功率。通常情況下Z不等于Zo，即負載與傳輸線不匹配，不匹配的負載會將一部分功率反射回去，在傳輸線上形成行駐波。當(dāng)反射波較大時，波腹處電場要比行波時電場大得多，容易發(fā)生擊穿，這就限制了傳輸線的功率容量，因此要采取措施進行負載阻抗匹配。負載阻抗匹配一般是在負載前適當(dāng)?shù)奈恢眉由献杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)，其作用是吸收反射波，保護信號源。負載阻抗匹配的優(yōu)點：1）匹配負載可以從信號源輸出功率中吸收最大功率。2）行波狀態(tài)時傳輸線的效率最高，傳輸線功率容量最大。3）行波狀態(tài)時微波源的工作較穩(wěn)定。（2）電源的無反射阻抗匹配電源的無反射阻抗匹配是指電源內(nèi)阻抗Zg

5、等于傳輸線的特性阻抗Zg，即Zg=Zg。這種電源稱為匹配源。此時，可以消除由于負載匹配所引起的電源的反射。但在實際應(yīng)用中，Zg=Zg難以做到，為此，可在電源的輸出端插入一個隔離器或者去耦衰減器，其作用是只讓入射波通過，吸收反射波。（3）電源的共軛阻抗匹配電源的共軛阻抗匹配是指電源端的傳輸線輸入阻抗Zin與電源的內(nèi)阻抗Zg互為共軛復(fù)數(shù)，即，此時電源的輸出功率最大。對于不匹配電源，當(dāng)負載阻抗折合到傳輸線的輸入阻抗為電源內(nèi)阻抗的共軛值時，負載能得到最大的功率。通常將這種匹配方式稱為共軛匹配，負載也因此得到最大功率[6]︱Eg︱（1.3.1）由于上述的三種匹配都

6、涉及到各種阻抗之間的關(guān)系，因此統(tǒng)稱為阻抗匹配。2.阻抗匹配的方法[5]對于一個由信號源、傳輸線和負載阻抗組成的微波傳輸系統(tǒng)，當(dāng)然是希望信號源輸出最大功率的同時，負載能夠全部吸收，以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的信號傳輸。因此，一方面在信號源與傳輸線處應(yīng)用阻抗匹配器使信號源輸出端達到其共軛匹配，使信號源輸出最大功率。另一方面在傳輸線與負載之間應(yīng)用阻抗匹配器使負載與傳輸特性阻抗相匹配，使傳輸線上形成行波傳輸，負載接受信號源輸出最大功率。然而，實際上要達到信號源的完全匹配是不可能的，它會損失其他功能和效率。在實際應(yīng)用中，一般信號源常用隔離器和去耦衰減器來實現(xiàn)匹配或抑制反射波。

7、因此，我們只重點考慮負載阻抗匹配方法。常用的阻抗匹配方法主要有兩種，即/4阻抗調(diào)配法和支節(jié)調(diào)配器法。（1）/4阻抗調(diào)配法/4阻抗調(diào)配法的具體做法是在行駐波工作狀態(tài)的傳輸線中距不匹配負載的某一電壓波節(jié)或波腹處連接一段或幾段長度為/4、特性阻抗不同的傳輸線，其串接線的特性阻抗由主傳輸線的特性阻抗及波節(jié)或波腹處的輸入阻抗決定。如下圖所示，若負載為純電阻，即，在主傳輸線之間加接一段長度為/4，特性阻抗為的傳輸線，就可以使其匹配。1.2.1/4阻抗阻抗變換器（a）為純電阻（b）為任意負載電阻由無耗傳輸線輸入阻抗公式得（1.2.2）可以看出，當(dāng)/4傳輸線的特性阻抗時

8、，輸入端的輸入阻抗，從而實現(xiàn)了負載與傳輸線間的匹配。如果負載不是純電阻，即為復(fù)阻