理论依据

「阻抗匹配」是指在传输线的末端使负载阻抗与传输线的特性阻抗相等,从而避免信号反射。理想情况下,传输线的输入阻抗应与信号源阻抗匹配,以确保最大功率传输。

为了实现阻抗匹配,通常会接入微波匹配网络

定理:对于电源内阻为 ,负载为 的系统,为了使负载获得最大功率,应满足

证明:根据 Ohm 定律

负载实功率为

为了让功率最大,要求电抗为零。得到

求导

当且仅当 时,负载获得最大功率。

总结

最大功率输出要求 ,在此基础上,实际工程中往往不满足此定理,因此需要设计一个匹配网络来满足最大功率输出要求。

在匹配网络内部要求 。在教材中,只考虑负载部分的匹配,对于源匹配,我们认为已经匹配了。

  1. 行波匹配,即一段特性阻抗为 的传输线,当满足 时,此时形成行波,达到匹配。
  2. 电阻性匹配,此时负载是电阻,但是不等于传输线,即 。为了匹配,可以加入 枝节来匹配。通过枝节传输线,对应的输入阻抗变为 ,通过调整 ,总能使得 匹配
  3. 一般情况,负载有电阻和电抗。为了实现匹配 ,有单枝节匹配和双枝节匹配两种。
    1. 单枝节匹配中,传输线长度为 ,通过调整 使得归一化负载的实部为一,在传输线源端并联一段长度为 的短路传输线支路,通过调整 使得等效的负载虚部为零,即实现了匹配。即匹配条件的四个要求为
      1. 匹配要求:希望满足匹配后的等效负载满足实部匹配,虚部为零,即
      2. 无耗要求:枝节上为纯电抗。即
      3. 并联要求:,从而得出
      4. 等反射系数要求: 在等 圆上
    2. 双枝节匹配。双枝节匹配在传输线左右两端各并联一个匹配支路。匹配条件的六个要求为
      1. 匹配要求:
      2. 并联要求:
      3. 无耗要求:
      4. 等反射系数要求: 在等 圆上
      5. 不变,意味着在史密斯圆图中 在匹配圆上, 在辅助圆上
      6. 非死区要求: