一种双频阻抗匹配网络

摘要

本发明公开了由并联传输线和短截线组成的微波双频阻抗匹配网络，该匹配网络能够针对特定的频率相关复阻抗，在两个频点附近实现到实数阻抗的匹配。本发明提供的双频阻抗匹配网络，设置在射频源和负载之间，由并联传输线结构和短截线级联构成，所述并联传输线结构包括两条相互并联的传输线，本网络在射频源和负载之间实现双频阻抗匹配。本发明中的三条传输线由于可以并排设置，所以电路紧凑，充分节约线路排布空间，电路总长度较小。本发明设计合理，具有较大的设计自由度和适应性，适用的两个频点之间的频率比值大，能够适应各种不同的负载情况，应用范围广泛。

主权项

一种双频阻抗匹配网络，设置在射频源和负载之间，其特征在于：由并联传输线结构和短截线级联构成，所述并联传输线结构包括两条相互并联的传输线，本网络在射频源和负载之间实现双频阻抗匹配，为了实现阻抗匹配，必须根据需要匹配的两种频点f1、f2和负载的参数，运算出本网络中各电路参数，所述具体电路参数提取过程如下：根据各传输线和短截线的特性阻抗和电长度，能够推导出接入该匹配网络后的两点处的输入导纳Y_in1和Y_in表达式，并联传输网络中每条传输线的二端口网络Y矩阵为：$\begin{array}{cc}\left[Y_i\right]=\left[\begin{array}{cc}-{\mathrm{jY}}_{0i}{\mathrm{cot\theta }}_i& {\mathrm{jY}}_{0i}{\mathrm{csc\theta }}_i\\ {\mathrm{jY}}_{0i}{\mathrm{csc\theta }}_i& -{\mathrm{jY}}_{0i}{\mathrm{cot\theta }}_i\end{array}\right]& i=1,2\end{array}---\left(1\right)$其中Y₀₁，Y₀₂，θ₁，θ₂，分别是两条传输线的特性导纳和电长度；两条传输线的输入端和输出端都作了电气连接之后，总的二端口Y矩阵为：$\left[Y\right]=\left[Y_1\right]+\left[Y_2\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-j(Y_{01}{\mathrm{cot\theta }}_1+Y_{02}{\mathrm{cot\theta }}_2)& j(Y_{01}{\mathrm{csc\theta }}_1+Y_{02}{\mathrm{csc\theta }}_2)\\ j(Y_{01}{\mathrm{csc\theta }}_1+Y_{02}{\mathrm{csc\theta }}_2)& -j(Y_{01}{\mathrm{cot\theta }}_1+Y_{02}{\mathrm{cot\theta }}_2)\end{array}\right]---\left(2\right)$设:Y₁₂＝Y₂₁＝jB_A，Y₁₁＝Y₂₂＝jB_B,得到:$Y_{in1}=Y_{11}-\frac{Y_{21}{Y}_{12}}{Y_{22}+Y_L}={\mathrm{jB}}_B+\frac{B_A^2}{{\mathrm{jB}}_B+G_L+{\mathrm{jB}}_L}---\left(3\right)$Y_in1为输入导纳，Y_in1的实部和虚部分别为:$G_{in1}=\frac{B_A^2{G}_L}{G_L^2+{(B_B+B_L)}^2}---\left(4\right)$和:$B_{in1}=B_B+\frac{-B_A^2(B_B+B_L)}{G_L^2+{(B_B+B_L)}^2}---\left(5\right)$为实现在两个频点处的阻抗匹配，必须在两个频点上都使得Y_in1的实部等于Y₀:G_in1(f_i)＝Y₀ i＝1,2     (6)通过数值方法或优化方法，从这两个方程中提取出并联传输线结构的电路参量，包括Z1,θ₁,Z2和θ₂，然后通过公式(5)计算输入电纳B_in1在两个频点的值；通过短截线提供电纳，使得该电纳在两个频点上将电纳B_in1补偿抵消掉，使得输入导纳等于Y₀，实现匹配；对于开路短截线和短路短截线，其电纳为：$B_s=\left\{\begin{array}{cc}jtan\left({\theta }_s\right)/Z_s& Open\\ -j\cot \left({\theta }_s\right)/Z_s& Short\end{array}\right.---\left(7\right)$其中Z_s和θ_s分别是短截线的特性阻抗和电长度；Z_s和θ_s必须满足以下方程：B_s(f_i)＝‑B_in1(f_i) i＝1,2   (8)对联立方程(8)，通过数值方法求解Z_s和θ_s。