宽带阻抗匹配变换器的设计.pdf

第1期
ol. 10 No. 1
2015年2月
Journal of CAEI'T
Feb.2015
8程与应用
doi:10.3969/j.issn.1673-5692.2015.01.013
宽带阻抗匹配变换器的设计
韩俊,何明浩,郭利荣
空军预警学院,武汉430019
摘要:为解决宽带阻抗匹配变换器设计的复杂问题,克服率展宽对阻抗变换器的影响,设计
种两节A/4宽带阻抗变换器,并分析了宽带阻抗变换器的频率特性。利用微波网絡级联理论分
析了两节寬带阻抗变换器的设计过程,推导了顿率特性的数学模型,最后对模型进行仿真实验。结
果表明可以找到最佳转换比(负载与特性駐抗之比)使得频率特性得到改善程度,造用于宽带阻抗
匹配变换器的快速设计。
关键词:宽带阻抗变换器;频率特性;转换比
中图分类号:TIN92文献标识码:A文章编号:1673-5692(2015)01-078-04
Design of the Broadband Impedance Matching Transformer
HAN Jun, HE Ming-hao, GUO Li-ron
Air Force Early Warning Academy, Wuhan 430019, China
Abstract: In arder to solve the complex problem of designing the broadband impedance matching trans
former and overcome the influence of frequency broadening for impedance transformer, a two-section M4
roadband impedance transformer is designed, and its frequency characteristic is studied. The design
process of broadband impedance transformer is analyzed with microwave network cascade theory. What is
more, the mathematical model of frequency characteristie is derived and the simulation experiment for the
model is made. The simulation results show that the broadband impedance transformer gets the optimum
transforming ratio(the ratio of the load and characteristic impedance) and the frequency characteristic
is improved, which can be applied to the fast design for the broadband impedance matching transformer
Key words broadband impedance transformer; frequency characteristic; conversion ratio
对阻抗变换器的设计分析已经进行了很多研
究2-”?。在文献[8]中单节阻抗变换器是窄带的
只能对一个频点实现严格的匹配。文献[4,5]提出
阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为微波射频了阻抗变换器的新方法,但是设计过程复杂且都未
电路以及最大功率传输系统中的基本部件。4宽对频率特性进行分析。在文献[6]中通过对两节理
带阻抗变换器在微波技术中具有广泛的应用,对于想传输线构成的阻抗变换器的方程的计算,得到能
实际的装备一般工作在一个频段内,而单节λ4宽在两个任意频率点上实现阻抗匹配的双频阻抗变换
带阻抗变换器只能对点频实现良好的匹配。实际装器的所有参数,但是在一定约束条件下。文献[7
备应用中易造成资源浪费,而多节A/4宽带阻抗变提出了一种新的双频阻抗变换器设计方法,并分析
换器借助切比雪夫匹配的方法可以实现满意的了不同变频比时阻抗变换器的频率特性,但是未给
频率响应特性,但是设计复杂,工程实现难度大。
出最佳变频比。目前研究成果均取得一定的成效,
收稿日期:20140901修订日期:201409-21
万方数据
2015年第1期
韩俊等:宽带阻抗匹配变换器的设计
但是仍不能满足现有装备的需求,工程适用价值不
R
高
R, +1)2 +4 R, tan
针对当前所存在的问题,本研究借助微波网络
级联理论设计了两节A/4宽带阻抗变换器,并分析1.2两节M4阻抗变换器坂率特性
了其频率特性。两节入/4宽带阻抗变换器在最佳
转换比下,当信号变频或者频率展宽时,能较好的实
由于单节λ4宽带阻抗变换器只能对点频实
现宽带匹配,且设计的变换器简单,易于工程化实现良好的匹配,三节甚至多节λ4宽带阻抗变换器
现。首先分析了单节和两节λ/4宽带阻抗变换器设计复杂、传输线长、工艺要求严格等问题,依据微
电路模型,并导出阻抗变换器频率特性数学表达式,波络级联原理,设计了·种两节λ4宽带阻抗变
其次对于给定的终端负载阻抗与阻抗变换器主线特换器,并对设计的宽带阻抗变换器的频率特性进行
性阻抗之比,通过直接比较曲线“高低”的方法找到分析。
最佳的转换比,使得两节λ4宽带阻抗变换器频率
两节λ/4宽带阻抗变换器由输人特性阻抗为
特性得到改善,即可以实现一定频率范围内对纯电る、两段特性阻抗为Za和Za、长度为A4的传输
阻实现良好的阻抗变换。
线以及终端负载阻抗构成,两节传输线的几何长度
=Ao/4,两节传输线是均匀无耗的,设计的模型如
1阻抗变换器频率特性
图2所示?。
1.1单节4宽带阻抗变換器频率特性
单节/4宽带阻抗变换器由一段输人特性阻
抗为Zo、长度为A/4的传输线构成,如图1所示。
图2两节/4宽带阻抗变换器模型
4
B
当频率f≠6时,对应的波长为A和入。,由
Zに(z)=
Zr +Zo tan&
Z, tana=
得
Rs jzo2 tant
图1单节M4宽带抗变换器模型
Zo +JR, lan
当频率∫≠6,对应的波长为A和Aa0,单节A/4
Zc zou tanba
阻抗变换器的频率特性为l
7B 3 20L Zm+izctan i
R, jzo lan Bt
Z
式(3)和(4)中=?る,an=(RLZt,a=
t JR, tan
R/,为转换比°,R为终端负载阻抗。
901 Zo jr, tan, 6/ * zo\
综合以上的分析,可知两节λ4宽带阻抗变换
Zo(Ru+jalan AD-ZO Za +JR,tan B1)
器的频率特性数学表达式为
Zo(R, jzo tan BU)+ Zo (Zo +JR, tan BL)
IZN-Z
Zo
Zoxr, jzm 2
式(1)中,R2为终端负载,=A/4为阻抗变换
R, Zol lan 6l -Zou Zo Zox-jzozo R,tan/Bl