北邮微波期中作业_单双支节匹配

信息与通信工程学院微波期中作业实验报告班级：2012211116姓名：黄常凯学号：2012210456序号：05日期：15.06.102目录一、实验目的：.........................................................................................................................二、实验要求.............................................................................................................................三、实验原理.............................................................................................................................1、圆图绘制：.....................................................................................................................2、单支节并联匹配原理：.......................................................................................................3、双支节并联匹配原理：.......................................................................................................四、软件流程图.........................................................................................................................五、使用说明.............................................................................................................................六、演示流程截图.....................................................................................................................七、心得体会.............................................................................................................................八、参考文献...................................................................................................................................九、代码.............................................................................................................................................3摘要本实验通过MATLAB软件绘制Smith圆图，并进行单、双支节匹配演示。关键词：MATLABSmith圆图单支节匹配双支节匹配一、实验目的：1、了解史密斯圆图的原理和作用；2、学会使用史密斯圆图分析问题；3、软件编程实现Smith圆图可视化解决传输线问题。二、实验要求1、通过软件编程实时显示史密斯圆图以及归一化阻抗值；2、实时显示导纳圆图和归一化阻抗值；3、实现驻波系数，反射系数模和幅角的可视化计算；4、实现传输线输入阻抗的可视化计算；5、实现并联单支节匹配长度和支节位置的计算；6、实现并联双支节匹配长度的计算。三、实验原理a:求反射系数的公式。在ConvertZ2AbsL等函数中用到b：求反射系数的模，在[AbsL，Ph]函数中用到。4反射系数与驻波比的关系。c：求输入阻抗，在双支节匹配中，由y1旋转到y1‘用到，用于求第一个直接匹配后的导纳。d：用于计算按钮中，求驻波比和K。e：单支节匹配中用于解析法求distance和length的函数中用到。输入阻抗虚部不为0时用到。5min0min1arccos4π1dldlf：主要用于绘制圆的函数，非常重要。1、圆图绘制：给定输入阻抗值和传输线的特性阻抗，即可求得归一化阻抗jxrXjRZZoL~~~LZ。则可以分别绘出等R圆，等X圆及根据算出来的2绘出等反射圆。等R圆与等X圆的方程如下：2~22~~)1(R1)1RR(vu2~2~2)X1()X1()1(vu2、单支节并联匹配原理：当负载阻抗表示为jxrXjRZZoL~~~LZ时，则距负载距离为d处的传输线输入阻为mjXRjZmjZjXRZZooin)()(01，其中)tan(dm，该点的导纳为6222)()1(mZXRmRGo，])([))((2222mZXRZmZXXmZmRBoooo。为获得匹配负载，选择d使ooZYG1,则m的二次方程0)Z(Z2)Z(Z22oo2ooXRRmXmR，对m求解给出ooooZXmZRZXRZRXm2/])[(22)()(ooZRZR因此，m的两个解为：)]arctan([21)arctan(21mdmd)0()0(mm为求出匹配支节的长度，先要得到的m代入])([))((2222mZXRZmZXXmZmRBoooo中求出B，然后令支节输入端的电纳等于-B。支节为开路线时的长度为)arctan(21ooYBL支节为短路线时的长度为)arctan(21BYLos如果上面两式求出的长度是负值，只需加上2即可。单支节匹配能使任意负载)0(LR与传输线特性阻抗相匹配。但它的缺点是：支节与主传输线相连接的位置会随负载的位置而发生改变，这对同轴线、带线等传输形式就不方便了。解决这个问题的办法是采用双支节调配器。至于选用开路支节匹配还是短路支节匹配，视传输线的形式而定。对微带线或带状线，制作开路线较为容易，因为不需要在基片上打孔；对同轴线和波导，采用段路线更为合适，因为开路线很容易产生辐射，使得开路支节不再是纯电抗。73、双支节并联匹配原理：（在程序中我们固定第一调配支节在负载处，即令1d为0，同时选取两支节之间的距离2d为8）在第一支节左边，输入导纳可表示为：)(2BBjGYb，式中，jBGYL是负载导纳，2jB是第一支节的输入电纳，向电源方向走过2d到第二支节的右边时，输入导纳可表示为)()(223jBjBGjmYmYBBjGYYooo，式中，)tan(2dm，ooZY1。要匹配成功，则在该点的3Y的实部必须等于oY，由此导出方程：0)(1222222mmBBmYmmGYGoo。再由已知的2d和上式一起确定第一支节的输入电纳：mmGGYmYBBoo2222)1(，然后，令3Y的虚部等于第二支节的电纳负值，便可求出第二支节的电纳值为GmGYmGGYmYBooo2224)1(。在求出的2B和4B中，正负号分别对应同一组解。利用2BB或4BB可以分别求出两个匹配支节的长度1L和1L：支节为开路线时的长度为)arctan(21ooYBL支节为短路线时的长度为)arctan(21BYLos如果上面两式求出的长度是负值，只需加上2即可。并联双支节调配器第一个直接到负载的距离1d一般选小于4的任意值，两支节之间的距离02d2，但接近0或2时，会使匹配网络对频率敏感，通常取为8、2或83。8决定辅助圆位置的两支节之间距离2d原则上可以任意选择，但只有当辅助圆与jbgY1~1中的等1g圆有交点时，才能实现阻抗匹配。事实上，当2d和第一支节到负载的距离1d确定后，不是对任意负载都能使对应的等1g圆与辅助圆相交的，这就是双支节匹配的“盲区”。解决“盲区”的有效方法是采用三支节匹配器四、软件流程图Main函数主函数开始初始化，生成基本框架按动按钮绘制圆图单支节匹配双支节匹配plot__circleplot_single_funplot_double_fun始化9single_match函数double_match函数singlefun函数doublefun函数获得Zo,ZL值符合计算ρ,R,X用子函数画圆图提示出错信息返回，并输出计算结果YNcircle子函数获得Zo,ZLZ0,Zl计算匹配点的位置在圆图上画出匹配点返回circlefun子函数传入Zo,ZL计算匹配点的位置在圆图上画出匹配点返回传入已求Z0,R,X将上值带入求单支节匹配位置公式返回各位置值。传入已求Z0,R,X将上值带入求双支节匹配位置公式返回各位置值。10五、使用说明在传输线的计算结果中，Inf表示无穷，NaN表示不存在这个数。点击main.exe，则出现以下界面：自己填入负载的电阻R和电抗X，以及传输线的特性阻抗Zo：该程序可以实现以下的计算及输出：（1）绘制圆图：根据输入的负载和特性阻抗，绘出阻抗圆图；给出终端反射系数2、行波系数、距终端最近的电压波节点minL和电压波腹点maxL；并给出单节4变换器匹配的情况：在阻抗圆图上，蓝色的圆分别表示等R圆、等X圆，黑色实线的圆表示等反射圆，绿色五角星表示负载在圆图上的位置。由蓝色实线可以确定负载的电刻度（如果R、X或Zo的输入不是实数，则会出现错误提示）。（2）单支节并联匹配：根据输入的负载和特性阻抗，绘出导纳圆图；给出终端反射系数2、行波系数、距终端最近的电压波节点minL和电压波腹点maxL；并给出单支节并联匹配的情况（包括短路和开路支节的匹配位置和长度）。在导纳圆图上，蓝色的圆分别表示等G圆、等B圆，黑色实线的圆表示等反射圆，等G圆与等反射圆的交点处的绿色五角星代表负载在圆图上的位置，与这个五角星关于等反射圆对称的另一个绿色五角星代表负载的阻抗在圆图上的位置。青色的圆表示g=1的匹配圆。两条蓝色直线与匹配圆的交点处的红色五角星即是单支节的匹配点。（如果R、X或Zo的输入不是实数，则会出现错误提示）。（3）双支节并联匹配：根据输入的负载和特性阻抗，绘出导纳圆图；给出终端反射系数2、行波系数、距终端最近的电压波节点minL和电压波腹点maxL；并给出双支节并联匹配的情况（包括短路支节的匹配位置和长度）。在导纳圆图上，蓝色的圆分别表示等G圆、等B圆，黑色实线的圆表示等反射圆，等G圆与等反射圆的交点处的绿色五角星代表负载在圆图上的位置，与这个五角星关于等反射圆对称的另一个绿色五角星代表负载的阻抗在圆图上的位置。两个青色的圆分别表示g=1的匹配圆和8匹配圆。等G圆与8匹配圆的两个交点处的蓝色五角星代表第一支节的匹配点，两条蓝色直线分别标出其电刻度。两个蓝色五角星顺时针旋转2，得到的红色五角星即是第二支节的匹配点，而两条红色直线分别标出了其电刻度。当等G元圆与8匹配圆没有交点时，说明进入了双支节匹配的“盲区”，程序会自动给出提示。同时在圆图上只画出导纳的示意图。（如果R、X或Zo的输入不