网络匹配原理与计算

高频电路3.4.2匹配网络原理与计算根据谐振功率放大器在发射机中所处位置的不同，常将谐振功率放大器所采用的匹配网络分为输入、级间耦合、输出三种匹配电路。输入匹配网络用于信号源与谐振功率放大器之间；输出匹配网络用于输出级与负载（天线）之间；级间耦合匹配网络用于高频功率放大器的推动级与输出级之间。1.匹配网络在电路中的功能①滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作频率以外的谐波分量及干扰。②阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去高频电路输入匹配网络举例22maxmax=82LRmsmooLUUPPrR2max4ssLoUUrRrPr在，一定，当，最大一个给定的信号源，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是常说的阻抗匹配之一。rLR222222222()2()()44ssoLLLLLssLLLLLUUPRRRrRRrrUURRrRrRrrR直流交流cos,1coscos2LLssmLRsmRmuUtRruUtUt当时,负载压降高频电路高频功率晶体管的输入阻抗实数部分的数值通常只有几Ω，而信号源的内阻比晶体管的输入电阻要高。为了使信号源的功率有效地加到高频功率晶体管的发射结上，可采用输入匹配网络来实现高频功率晶体管的输入电阻与信号源内阻的匹配。其中电感L1的品质因数在大功率电路中取QL=2~10，R2是T的输入电阻。仅几Ω高频电路级间耦合匹配网络举例对级间耦合匹配网络，其负载是下一级功率放大器的输入阻抗。为保证级间功率放大器在其负载变化时，仍能向下一级提供平稳的输出电压，应选取级间功率放大器工作在过压状态。R1是保证T1工作在过压状态所需的最佳电阻，Co=2Cob（T1的输出电容），R2是T2的输入电阻。高频电路输出匹配网络模型匹配网络LRpR使负载阻抗与放大器所需要最佳阻抗匹配，即将负载阻抗转换为放大器所需要最佳阻抗（临界状态）抑制工作频率范围以外的不需要的频率，即滤波作用希望在负载天线上输出最大功率输出匹配网络举例高频电路为了输出得到最高输出功率，功率放大器应工作于临界状态。R1是保证T工作在临界状态所需的最佳电阻，Co=2Cob，R2是负载电阻。天线负载50Ω高频电路1.匹配网络在电路中的功能①滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作频率以外的谐波分量及干扰。②阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去2.L型匹配网络L型匹配网络是最简单和最常用的匹配网络之一。两种基本形式，如下图示R1R2usX1X2R1R2usX2X1R2R1R2R1高频电路(1)R2R1的L型匹配网络X1、X2是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：R1R2usX1X2R1usX12X2R22222222222(1)1(1)RQRXXQQXR11121221222222221(1),(1),RXXXQQXQRRRRQQX1211122121222()1RRXRQRRRQRXQRRRR高频电路(1)R2R1的L型匹配网络例3-1已知谐振功放的工作频率10MHz、输出电阻Ro=280欧，负载天线的阻抗RL=50欧，计算L型匹配网络参数值R1R2usX1X22616280112.14550()50(28050)107.238107.2381.7121010150280130.551280501121.921010130.551OLLOLLOOLRRLXRRRLRXRCRRCFpF21解：（a）设X为感抗，X为容抗Q=高频电路(1)R2R1的L型匹配网络例3-1已知谐振功放的工作频率10MHz、输出电阻Ro=280欧，负载天线的阻抗RL=50欧，计算L型匹配网络参数值R1R2usX1X22616280112.145501()50(28050)107.2381148.421010107.23850280130.55128050130.5512.0821010OLLOLLOOLRRXRRRCCFpFRLXRRRL21解：（b）设X为容抗，X为感抗Q=高频电路（2）R2R1的L型匹配网络X1、X2是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：R1R2usX1X2R1usX12X2R22222222222(1)11RRQQRXQXX22121222221212211,,11XQQRXXXXQRRRRQQ2122221111121()1RRXRQRRXQRRRQRRR高频电路L型匹配网络特点maxmin120.7121,12RQRQRRQQffQRRQLL①窄带阻抗匹配网络，旨在工作频率处谐振，电抗抵消，实现两电阻间的阻抗变换②L型匹配网络支路的品质因数=在两个阻抗变换的电阻值确定后，值是确定的，不能任意选择③整个L型匹配网络同时接有和，L型匹配网络的总有载品质因数L型匹配网络的通频带宽2④缺点：在和确定后，值不可任意选择，有可能不能满足滤波性能的要求高频电路3.п型匹配网络R1R2usXP1XSXP2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterXS=XS1+XS2п型网络变成两个L型网络负载电阻R2经XP2和XS2向左变换为中间假想电阻Rinter2，必满足Rinter2R2;信源电阻R1经XP1和XS1向右变换为中间假想电阻Rinter1，必满足Rinter1R1只要Rinter2=Rinter1=Rinter，此п型网络就完成R1和R2之间的阻抗变换，Rinter的选取必须同时小于R1和R2。2221111211RXXQRRXXQRQQP2SinterP1Sinter据L型网络的变换关系，由和组成的L型网络的由和组成的L型网络的、可根据匹配网络的技术要求，由设计者自定高频电路п型匹配网络参数计算R1R2usXP1XSXP2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterXS=XS1+XS2п型网络变成两个L型网络21211212121121212211RRQQRRQQQQQRRQQQRRRQQQRinterinter、整个型网络的带宽由、共同决定，但最大的值可用来估算网络带宽。因此在设定值时，可以根据带宽要求设定最大的那个值。当时，，应选从端开始进行网络参数计算；当时，，应选从端开始进行网络参数计算型网络的电路参数计算分两种高频电路п型匹配网络参数计算212222210.72222221111112;;11;;;LRRQRfQQQRfRRRXXQRQQRQRRXXQRQXXXinterP2S2interinterP1S1interSS1S2①当时，先定，应满足，或=2=2=R1R2usXP1XSXP2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterXS=XS1+XS2п型网络变成两个L型网络121111120.71112112222212;;11;;;LRRQRfQQQRfRRRXXQRQQRQRRXXQRQXXXinterP1S1interinterP2S2interSS1S2②当时，先定，应满足，或=2=2=高频电路п型匹配网络的6种电路形式和特点R1R2usXPC1XSLXPC2R1R2usXPC1XSL1XPC2XSL2RinterR1R2usXPL1XSCXPL2R1R2usXPL1XSC1XPL2RinterXSC2(a)(b)串联支路用相同性质的两个电抗串联等效对信源电阻R1和负载电阻R2的大小关系没有限制-1RQRRR1大2小选、电阻值大（），的一端开始п型网络变成两个L型网络п型网络变成两个L型网络高频电路п型匹配网络的6种电路形式和特点R1R2usXPC1XSCXPLR1R2usXPC1XSL1XPLXSC2RinterR1R2usXPL1XSLXPCR1R2usXPL1XSC1XPCRinterXSL2(c)(d)串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效对信源电阻R1和负载电阻R2的大小关系有限制R2R12-1QRR21先选定（），从负载一端开始计算п型网络变成两个L型网络п型网络变成两个L型网络高频电路п型匹配网络的6种电路形式和特点R1R2usXPC2XSCXPLR1R2usXPC2XSL2XPLXSC1RinterR1R2usXPCXSLXPL2R1R2usXSL1XPL2XPCRinterXSC2(e)(f)串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效对信源电阻R1和负载电阻R2的大小关系有限制R1R2112-1QRR先选定（），从信源一端开始计算п型网络变成两个L型网络п型网络变成两个L型网络高频电路П型匹配网络参数计算举例0.72212(2)51.242=8=8QffQQQQRRQQL1L网络的有载品质因数，可得两个L型网络的和的最大值为；因，大的应是22222226226120=1.84611812015.081121222251015.081.84614.76814.7680.4722510LLRRQRXQCpFfXXQRXLf2222interCCinterR1R2usC1LC2R1R2usXC1XL1XC2RinterXL2例3-2已知信源电阻R1=20Ω，负载电阻R2=120Ω，工作频率f=5MHz,通频带1.2MHz.设计如上图的п型匹配网络。C1C2L1L2解：将L分成L1、L2两个电感，则п型匹配网络由信源端的L1C1和负载端的L2C2两个L型网络组成。111111161161220113.1361,846206.3783.136114991225106.3783.1361.8465.7895.7890.184225100.1840.470.654LLRQRRXQCpFfXXQRXLfLLL11interCCinter=高频电路4.T型匹配网络12111PPPXXXR1R2usXPXS1XS2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterT型网络变成两个L型网络负载电阻R2经XS2和XP2向左变换为中间假想电阻Rinter2，必满足Rinter2R2;信源电阻R1经XS1和XP1向右变换为中间假想电阻Rinter1，必满足Rinter1R1只要Rinter2=Rinter1=Rinter，此T型网络就完成R1和R2之间的阻抗变换，Rinter的选取必须同时大于R1和R2。2221111211RXXQRRXXQRQQinterSP2interSP1据L型网络的变换关系，由和组成的L型网络的由和组成的L型网络的、可根据匹配网络的技术要求，由设计者自定高频电路4.T型匹配网络12111PPPXXX21211,1RRQQRRinterinterR1R2usXPXS1XS2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterT型网络变成两个L型网络12122122211211QQQQQRRQQQRRRQQQR整个T型网络的带宽由、共同决定，但最大的值可用来估算网络带宽。因此在设定值时，可以根据带宽要求设定最大的那个值。当时，，应选从端开始进行网络参数计算；当时，，应选从端开始进行网络参数计算T型网络的电路参数计算分两种高频电路T型匹配网络参数计算12111PPPXXX21211,1RRQQRRinterinter122122220.722222111112(1),,1,111LRRQRfQQQRfRRQRXQRXQRQRRXQRXQXXXinterinterS22P2interinterS11P1PP1P2①