Sơ đồ phối hợp trở kháng cơ bản đƣợc mô tả ở hình 2.11, trong đó sử dụng một mạch phối hợp đặt giữa tải và đƣờng truyền dẫn sóng. Mạch phối hợp thƣờng là một mạch không tổn hao để tránh làm giảm công suất và đƣợc thiết kế sao cho trở kháng vào nhìn từ đƣờng truyền có giá trị bằng trở kháng sóng Zo của đƣờng truyền.
Hình 2.11 Sơ đồ phối hợp trở kháng cơ bản
Mạch phối hợp trở kháng là phần quan trọng của một mạch siêu cao tần vì những lý do sau:
- Khi nguồn và tải đƣợc phối hợp trở kháng với đƣờng truyền, năng lƣợng tối đa từ nguồn sẽ đƣợc truyền đến tải còn năng lƣợng tổn hao trên đƣờng truyền là nhỏ nhất.
- Phối hợp trở kháng sẽ giúp cải thiện tỷ số tín hiệu/tạp nhiễu của hệ thống khác trong hệ thống sử dụng các phần tử nhạy cảm nhƣ anten, bộ khuếch đại tạp âm thấp v.v.
- Đối với mạng phân phối cơng suất siêu cao tần (ví dụ mạng tiếp điện cho dàn anten gồm nhiều phân tử), phối hợp trở kháng sẽ làm giảm sai số về biên độ và pha khi phân chia công suất.
2.3.1 Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung
Đây là mạch phối hợp đơn giản nhất gồm hai phần tử điện kháng mắc thành hình chữ L đƣợc gọi là mạch hình L, có sơ đồ nhƣ vẽ ở hình 2.12. Giả thiết đƣờng truyền dẫn khơng tổn hao (hay tổn hao thấp), có nghĩa Z0 là đại lƣợng thuần trở.
Hình 2.12 Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung
Nếu trở kháng đặc trƣng của tải zL=ZL/Z0 nằm trong đƣờng tròn 1+jx trên đồ thị Smith, chúng ta sử dụng sơ đồ 2.12a. Ngƣợc lại nếu zL nằm ngồi đƣờng trịn 1+jx, sơ đồ 2.12b thƣờng đƣợc sử dụng.
2.3.2 Phối hợp trở kháng dùng một dây nhánh
Phối hợp trở kháng bằng dây nhánh là phƣơng pháp đƣợc sử dụng khá phổ biến do đơn giản và dễ điều chỉnh. Có thể mắc dây nhánh vào đƣờng truyền theo sơ đồ song song hoặc nối tiếp với đoạn dây hở mạch hoặc ngắn mạch (xem Hình 2.13)
YL Y0 d A A Y0 Z0 ZL A A d Z0 Z0 l Y0 l (a) (b)
Hình 2.13 Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây nhánh
2.3.3 Phối hợp trở kháng dùng hai dây nhánh
Phƣơng pháp phối hợp trở kháng bằng một dây nhánh có ƣu điểm là đơn giản và có thể sử dụng để phối hợp cho mọi trƣờng hợp trở kháng đặc trƣng của tải có phần thực khác 0. Tuy nhiên nhƣợc điểm của nó là sử dụng một đoạn đƣờng truyền có độ dài biến đổi đặt giữa tải và dây nhánh. Trong một số trƣờng hợp chúng ta sử dụng phƣơng pháp phối hợp trở kháng dùng 2 dây nhánh nằm cách nhau một đoạn cố định. Tuy nhiên phƣơng pháp này không thể sử dụng cho mọi trƣờng hợp của trở kháng tải.
Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng 2 dây nhánh đƣợc mô tả ở Hình 2.14a, trong đó tải có thể nằm cách dây nhánh đầu tiên một khoảng bất kì. Tuy nhiên, trong thực tế chúng ta thƣờng sử dụng sơ đồ 2.14b, với tải đặt ngay sát dây nhánh thứ nhất. Sơ đồ 2.14b thƣờng dễ thực hiện hơn mà vẫn không làm mất tính tổng quát của bài toán. Hai dây nhánh sử dụng trong sơ đồ hình 2.14 là 2 dây nhánh song song vì chúng có thể đƣợc thực hiện đơn giản hơn các dây nhánh nối tiếp tuy nhiên về mặt lý thuyết các dây nhánh nối tiếp hồn tồn có thể sử dụng để phối hợp trở kháng bằng phƣơng pháp này. Các dây nhánh có thể hở mạch hoặc ngắn mạch.
Hình 2.14 Sơ đồ phối hợp trở kháng sử dụng 2 dây nhánh song song 2.3.4 Phối hợp trở kháng bằng doạn dây lamda/4
Đoạn dây λ/4 là phƣơng pháp đơn giản để phối hợp một trở kháng tải thực với đƣờng truyền. Một đặc điểm của đoạn dây λ/4 là chúng ta dễ dàng mở rộng phƣơng pháp này để phối hợp cho cả một dải tần số. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp sử dụng đoạn dây λ/4 là chỉ sử dụng đƣợc để phối hợp cho trƣờng hợp trở kháng tải là thực. Với một trở kháng tải phức chúng ta có thể sử dụng một đoạn đƣờng truyền hoặc dùng dây nhánh để đƣa trở kháng này về trở kháng thực, sau đó dùng phƣơng pháp đoạn dây λ/4 để phối hợp.
Hình 2.15 biểu diễn sơ đồ sử dụng đoạn dây λ/4 để phối hợp giữa trở kháng tải ZL thực với đƣờng truyền có trở kháng đặc trƣng Z0.
Hình 2.15 Sơ đồ sử dụng đoạn dây λ/4
2.3.5 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ
Đây là trƣờng hợp tổng quát hơn của phƣơng pháp phối hợp bằng đoạn dây λ/4. Trong phƣơng pháp này chúng ta dùng một dây truyền sóng có độ dài l bất kỳ mắc nối tiếp để phối hợp một trở kháng phức ZL với một đƣờng truyền sóng có trở kháng đặc tính Z0 (Hình 2.16). ZL Za Z0 l A A
Hình 2.16 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ
Ở đây chúng ta cần xác định Za và l dể có thể phối hợp ZL với Z0.
2.3.6 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây mắc nối tiếp
Sơ đồ của mạch phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp đƣợc vẽ ở Hình 2.17.
ZL Za Z0 l1 A A B B l2 Z0
Hình 2.17 Phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp
Trong bài toán này các đoạn dây phối hợp có trở kháng đặc tính Z0 và Za đã biết trƣớc, cần xác định độ dài của chúng để có đƣợc trở kháng nhìn từ A-A về tải đạt đƣợc giá trị bằng Z0, nghĩa là đảm bảo khơng có sóng phản xạ trên đƣờng truyền chính .