第5章 阻抗匹配与调谐

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1、根据第三章的结论，内阻为ZS的电压源连接阻抗为ZL的负载，要使负载上要获得大的实功功率，需满足：SLZZ实际电路中，这种条件往往得不到满足。要得到最大的功率传输需要在电源和负载之间插入一个网络。插入网络不能消耗能量，因此只能是LC网络。5.1分立元件匹配网络常用的匹配网络有L 形，T形和 形网络。 设计方法有解析法、Smith园图法等。由于解析法不直观，Smith直观，容易。因此本章主要介绍利用Smith园图进行阻抗匹配。实际上Smith园图也以解析式为基础，利用计算机辅助设计，可以方便、精确的做到阻抗匹配。Smith园图做阻抗匹配的基本思想是用特定的线段代表加入的匹配原件，当源阻抗点通过特定

2、的线段与目标阻抗点连接时，就完成了阻抗匹配。5.1.1 L形匹配网络双元件匹配网络的双元件匹配网络的8种电路结构种电路结构Smith园图做阻抗匹配的基本概念假设有一个负载，阻抗为ZL ，在Smith圆图上表示为一个点。即归一化阻抗点。由于Smith园图是阻抗图和导纳图何为一体的，因此同一个点可以表示为阻抗形式或导纳形式。00001= : 1LLLLZzrjxYZZYYygjbZY阻抗形式：导纳形式：5.1.1.1 Smith 圆图法圆图法适于串联匹配适于并联匹配*1212ZZYY串联电感相当于源阻抗延等阻线向顺时针移动，串联电容向逆时针方向移动。并联电容相当于源导纳延等电导线向顺时针移动，并联

3、电感向逆时针方向移动。移动距离可以从坐标增量中读出。5、根据给定的工作频率确定电感和电容的实际值。实现最佳功率传输的常规设计程序一般包括以下几个步骤：1、求出归一化源阻抗和目标阻抗（负载共轭）。在Smith圆图中标记两个阻抗点。2、在Smith圆图中分别过这两个点画出等电阻圆或等电导圆。3、找出第1步和第2步所画出圆的交点。交点的个数就是可能存在的L形匹配网络的数目。4、先沿着相应的圆将源阻抗点移动到上述交点，然后再沿相应的圆移动到目标阻抗点，根据这两次移动过程就可以求出电感和电容的归一化值。1、在上述步骤中，并不是一定要必需从源阻抗点向负载的共轭复数点移动。事实上，也可以将负载阻抗点变换到源

4、阻抗的共轭复数点。 注意：2、由于插入网络总是串并联相间，因此过一个点画等电阻（电导）园，过另一个点就画等电导（电阻）园。一般说来电阻较大的点画等电导园，电阻较小的画等电阻园。T(100j50)ZA(50j10)Z例题 已知晶体管在1.5GHz频率点的输出阻抗是 。 请设计一个如图所示的L形匹配网络，使输入阻抗为 的特天线能够得到最大功率。解：首先计算归一化阻抗，假设特征阻抗为50欧姆。（特征阻 抗可以任意设定，计算方便就行）10050 0.02ZYTT0/2j1zZZMA01j0.2AZzzZ 从Smith圆图中可以读出：CTCTjj0.69byyLMTCjj1.02xzz90L9050 1

5、.025.4 105.421.5 10LZ xj LjxLnHZ120 C900.020.691.5 101.521.5 10CY bj CjbCpFYTCTC1j1.220.4j0.49zy 20.40.2TTzjyj10.20.960.19MMzjyj 于是计算元件值另一种匹配网络：TLTjj0.29Lbyy MTLjj1.42Cxzz 12009C0.021.5 101.521.5 101.42CYYjxCpHj Cx90095018.3 1018.321.5 100.29LLZZjbLnHj LbTLTL1j1.220.4j0.49zy 20.40.2TTzjyj10.20.960.1

6、9MMzjyj 于是计算元件值11.22TLzj 从Smith图上可以看到，两圆之间还有一个交点。通过这个交点也可以进行阻抗匹配。比较具体选用哪种网络，可根据其它条件而定。如高低通特性，元件值的合理性等等。18.3nH1.5pF1.5pF5.4nH5.1.1.2 解析法1.5pF5.4nH方法一（直接匹配）：1、选择匹配网络形式和匹配端点2、列出端点匹配公式*1*1 11TTTAMTAAAAATTZRjXZZj LZj CZRjXRjXj Lj CRjX3、解方程，得出匹配元件值（方程两端虚实部相等）方法二（等效变换匹配）概念：1、如果网络匹配，则从网络中任何点从两端看的阻抗 都匹配。 2、网

7、络匹配时，网络中任何点的向两端看的阻抗，导 纳，反射系数均呈共轭状态。* leftrightleftrightleftrightZZYY 串并联网络的等效： SSSPPPZRjXYGjB令2222221 SSSSSSSSSSSSSSSRjXRXYGBRjXRXRXRX则同理2222221 PPPPPPPPPPPPPPPGjBGBZRXGjBGBGBGB实部不变原则：阻抗器件串联一个纯电抗器件，其总阻抗实部不变。导纳器件并联一个纯电纳器件，其总导纳实部不变。例5.1解析法求解：将上图分解为下面的等效图已知10050 5010TAZjZj2222TTTTTTTRXYjRXRX11222211AMA

8、ARXYjRXRX1AXXX令网络匹配条件，两导纳实部相等，虚部反号。1222211AMAARXYj BRXRX 22221ReReTATMTTARRYYRXRX222222211501005050375010061.2 L+ATTATRXRXRRX 取 122221Im-ImTTMTTAXXYYBRXRX 实部虚部 12222222215061.2100505061.2 0.0040.00980.0138TTTAXXBRXRXS 22221ReReTATMTTARRYYRXRX 161.2 1051.2AXXX元件计算电抗元件的符号问题： 电抗元件的符号不同，则实现的元件不同。值得注意的是电

9、感量和电容量只能取正值。 9910H =5.421.551.25.410jXj LXLnH 12910F =1.521.50.01381.510jBj CBpFC如果X1取负值，则1161.2 61.2 1071.2AXXXX 12222222215061.21005050( 61.2) 0.0040.00980.0058TTTAXXBRXRXS 9911118.30.005810 ()18.3()21.5 10jBLj LBHnH 1291.5 10( )1.5()21.5 10111 71.2jXFpCjXFC 从上题中可以看出，串联器件实际上是改变XT或者XA，从而使 。原始值变化范围2