传输线阻抗匹配：反射波大时的电场容易发生击穿

1.传输线的三种匹配状态

阻抗匹配具有三种不同的含义，分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配和共轭阻抗匹配。

（1）负载阻抗匹配 负载阻抗匹配是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时传输线上只有从信号源到负载的入射波，而无反射波。匹配负载完全吸收了由信号源入射来的微波功率，而不匹配负载则将一部分功率反射回去，使传输线上出现驻波。当反射波较大时，波腹电场要比行波时的电场大得多，容易发生击穿，这限制了传输线能传输的最大功率，因此要采取措施进行负载阻抗匹配。一般采用阻抗匹配器进行负载阻抗匹配。

（2）源阻抗匹配 电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称为匹配源。对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的。负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。采用阻抗变换器可以把不匹配源变成匹配源，但常用的方法还是加一个去耦衰减器或隔离器，它们的作用是将反射波吸收掉。

（3）共轭阻抗匹配 设信号源电压为E_g，信号源内阻抗Z_g=R_g+jX_g，传输线的特性阻抗为Z₀，总长为l，终端负载为Z_L，如图2-43a所示，则始端输入阻抗Z_in为

如图2-43b所示，负载获得的功率为

显然，当X_in=-X_g时，且dP/dR_in=0时，负载取到最大功率P的最大值，此时应满足

式中，Z_g*为信号源内阻抗的共轭。

因此，对于不匹配电源，当负载阻抗折合到信号源参考面上的输入阻抗为信号源内阻抗的共轭值时，即当Z_in=Z_g^*时，负载能得到最大功率值，通常将这种匹配称为共轭匹配。

2.阻抗匹配的方法(www.xing528.com)

一个信号源、传输线和负载阻抗组成的传输系统如图2-43a所示。一般总是希望信号源输出最大功率，同时被负载全部吸收，实现高效率稳定的传输。因此，一方面用阻抗匹配器使信号沿输出端达到共轭匹配，另一方面用阻抗匹配器使负载与传输线特性阻抗相匹配，如图2-44所示。

图2-43 无损耗传输线信号源的共轭匹配

a）传输线 b）等效电路

图2-44 传输线阻抗匹配方法示意图

由于信号源端一般用隔离器或去耦衰减器以实现信号源端匹配，因此，下面着重讨论负载匹配的方法。阻抗匹配方法从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配；从实现手法上划分有λ/4阻抗变换器法和支节调配器法。下面来讨论λ/4阻抗变换器匹配方法。

当负载阻抗为纯电阻R_L且与传输线特性阻抗Z₀不相等时，可在两者之间加接一节长度为λ/4且特性阻抗为Z₀₁的传输线来实现负载和传输线间的匹配，如图2-45所示。由无损耗传输线输入阻抗公式得

因此，当传输线的特性阻抗时，在λ/4阻抗变换器的输入端输入阻抗，从而实现了负载和传输线间的阻抗匹配。

图2-45 λ/4阻抗变换器