阻抗匹配定义

阻抗匹配定义

阻抗匹配定义

阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。

在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。

当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。

阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。史密夫图表上。电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。

大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。

要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。

1. 改变阻抗力

把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。

2. 调整传输线

由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配。

阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为50欧姆。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为 100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便。

阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。

阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。

在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。

当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。

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(完整版)阻抗匹配的研究

阻抗匹配的研究 在高速的设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技术可以说是丰富多样,但是在具体的系统中怎样才 能比较合理的应用,需要衡量多个方面的因素。例如我们在系统中设计中,很多采用的都是源段的串连匹配。对于什么情况下需 要匹配,采用什么方式的匹配,为什么采用这种方式。 例如:差分的匹配多数采用终端的匹配;时钟采用源段匹配; 1、串联终端匹配 串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R,使 源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射. 串联终端匹配后的信号传输具有以下特点: A 由于串联匹配电阻的作用,驱动信号传播时以其幅度的50%向负载端传播; B 信号在负载端的反射系数接近+1,因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50%。 C 反射信号与源端传播的信号叠加,使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同; D 负载端反射信号向源端传播,到达源端后被匹配电阻吸收;? E 反射信号到达源端后,源端驱动电流降为0,直到下一次信号传输。 相对并联匹配来说,串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。 选择串联终端匹配电阻值的原则很简单,就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。理想的信 号驱动器的输出阻抗为零,实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗,而且在信号的电平发生变化时,输出阻抗可能不同。比如电 源电压为+4.5V的CMOS驱动器,在低电平时典型的输出阻抗为37?,在高电平时典型的输出阻抗为45?[4];TTL驱动器和CMOS驱动 一样,其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。因此,对TTL或CMOS电路来说,不可能有十分正确的匹配电阻,只能折中考

射频阻抗匹配与史密斯_Smith_圆图:基本原理详解

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原理
在处理 RF 系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下, 需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、 功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、 LNA/VCO 输出与混频器输入 之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。
在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹 以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的 RF 测试、并进行适当调谐。 需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。
有很多种阻抗匹配的方法,包括
?
计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的 格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途 制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。
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手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验: 只有在 RF 领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。
本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹 配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的 影响以及进行稳定性分析。
图 1. 阻抗和史密斯圆图基础
基础知识
在介绍史密斯圆图的使用之前,最好回顾一下 RF 环境下(大于 100MHz) IC 连线的电磁波传播现象。这对 RS-485 传输线、PA 和天线之间 的连接、LNA 和下变频器/混频器之间的连接等应用都是有效的。

阻抗概念

阻抗[编辑] 维基百科,自由的百科全书 相量图能够展示复阻抗。 阻抗(electrical impedance)就是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。阻抗衡量流动于电路的交流电所遇到的阻碍。阻抗将电阻的概念加以延伸至交流电路领域,不仅描述电压与电流的相对振幅,也描述其相对相位。当通过电路的电流就是直流电时,电阻与阻抗相等,电阻可以视为相位为零的阻抗。 阻抗通常以符号标记。阻抗就是复数,可以以相量或来表示;其中,就是阻抗的大小,就是阻抗的相位。这种表式法称为“相量表示法”。 具体而言,阻抗定义为电压与电流的频域比率[1]。阻抗的大小就是电压振幅与电流振幅的绝对值比率,阻抗的相位就是电压与电流的相位差。采用国际单位制,阻抗的单位就是欧姆(Ω),与电阻的单位相同。阻抗的倒数就是导纳,即电流与电压的频域比率。导纳的单位就是西门子(单位)(旧单位就是姆欧)。 英文术语“impedance”就是由物理学者奥利弗·赫维赛德于1886年发表论文《电工》给出[2][3]。于1893年,电机工程师亚瑟·肯乃利(Arthur Kennelly)最先以复数表示阻抗[4]。 复阻抗[编辑] 阻抗就是复数,可以与术语“复阻抗”替换使用。阻抗通常以相量来表示,这种表示法称为“相量表示法”。相量有三种等价形式: 1. 直角形式:、 2. 极形式:、 3. 指数形式: ;

其中,电阻就是阻抗的实部,电抗就是阻抗的虚部,就是阻抗的大小,就是虚数单位,就是阻抗的相位。 从直角形式转换到指数形式可以使用方程 、 。 从指数形式转换到直角形式可以使用方程 、 。 极形式适用于实际工程标示,而直角形式比较适用于几个阻抗相加或相减的案例,指数形式则比较适用于几个阻抗相乘或相除的案例。在作电路分析时,例如在计算两个阻抗并联的总阻抗时,可能会需要作几次形式转换。这种形式转换必需要依照复数转换定则。 欧姆定律[编辑] 连接于电路的交流电源会给出电压于负载的两端,并且驱动电 流于电路。 主条目:欧姆定律 借着欧姆定律,可以了解阻抗的内涵[5]: 。 阻抗大小的作用恰巧就像电阻,设定电流 ,就可计算出阻抗两端的 电压降。相位因子则就是电流滞后于电压的相位差 (在时域,电流信 号会比电压信号慢秒;其中, 就是单位为秒的周期)。

射频连接器的阻抗原理

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原理 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO 输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括 ?计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 ?手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 ?经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 ?史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图1. 阻抗和史密斯圆图基础 基础知识 在介绍史密斯圆图的使用之前,最好回顾一下RF环境下(大于100MHz) IC连线的电磁波传播现象。这对RS-485传输线、PA和天线之间的连接、LNA和下变频器/混频器之间的连接等应用都是有效的。

ADS阻抗匹配原理及负载阻抗匹配

功率放大器设计的关键:输出匹配电路的性能 2008-05-15 17:51:20 作者:未知来源:电子设计技术 关键字:功率放大器匹配电路匹配网络s参数串联电阻输出功率Cout耗散功率网络分析仪高Q值对于任何功率放大器(功率放大器)设计,输出匹配电路的性能都是个关键。但是,在设计过程中,有一个问题常常为人们所忽视,那就是输出匹配电路的功率损耗。这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器,以及其他耗能元件中。功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。 因为输出匹配电路并不是一个50Ω的元件,所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。输出匹配的具体电路不同,损耗也不一样。对于设计者而言,即使他没有选择不同技术的余地,在带宽和耗散损失之间,在设计方面仍然可以做很多折衷。 匹配网络是用来实现阻抗变化的,就像是功率从一个系统或子系统传送另一个系统或者子系统,RF设计者们在这上面下了很大的功夫。对于功率放大器,阻抗控制着传送到输出端的功率大小,它的增益,还有它产生的噪声。因此,功率放大器匹配网络的设计是性能达到最优的关键。 损耗有不同的定义,但是这里我们关心的是在匹配网络中,RF功率以热量的形式耗散掉的损耗。这些损耗掉的功率是没有任何用途。依据匹配电路功能的不同,损耗的可接受范围也不同。对功率放大器来讲,输出匹配损耗一直是人们关注的问题,因为这牵涉到很大的功率。效率低不仅会缩短通话时间,而且还会在散热和可靠性方面带来很大的问题。 例如,一个GSM功率放大器工作在3.5V电压时,效率是55%,能够输出34dBm的功率。在输出功率为最大时,功率放大器的电流为1.3A。匹配的损耗在0.5dB到1dB的数量级,这与输出匹配的具体电路有关。在没有耗散损失时,功率放大器的效率为62%到69%。尽管损耗是无法完全避免的,但是这个例子告诉我们,在功率放大器匹配网络中,损耗是首要问题。 耗散损失 现在我们来看一个网络,研究一个匹配网络(图1a)中的耗散损失。电源通过无源匹配网络向无源负载传输功率。在电源和负载阻抗之间没有任何其他的限制。把匹配网络和负载合在一起考虑,电源输出一个固定量的功率Pdel 到这个网络(图1b)。输出功率的一部分以热量的形式耗散在匹配网络中。而其余的则传输到负载。Pdel是传输到匹配网络和负载(图1c)上的总功率,PL是传输到负载的那部分功率。 了解了这两个量,我们就可以知道,实际上到底有多大的一部分功率是作为有用功率从电源传输到了负载,其比例等于PL/Pdel。 这是对功率放大器输出匹配的耗散损失的正确测量,因为它只考虑了实际传输功率以及耗散功率。反射功率没有计算进去。 由此可知,这个比例就等于匹配网络工作时的功率增益GP。而工作时的功率增益完整表达式为: 这里,是负载反射系数,是匹配网络的s参数, 损失就是增益的倒数。因此,耗散损失可以定义为: Ldiss = 1/GP。 对于功率放大器而言,我们为它设计的负载一般是50Ω。通常,我们用来测量s参数的系统阻抗也是50Ω。如果系统阻抗和负载都是50Ω,那么就为0,于是,上面的表达式就可以简化为: 在计算一个匹配网络的耗散损失时,只需要知道它的传输值和反射散射参数的大小,这些可以很容易地从s参数的计算过程中得到,因为网络分析仪通常都会采用线性的方式来显示s参数的值。在评估输入和级间耗散损失时,负载的阻抗不是50Ω,但是上述的规律依然适用。 因为反射和耗散损失很容易混淆,射频工程师有时就会采用错误的方法来计算耗散损失。而最糟糕的方法就是采用未经处理的s21来进行计算。一个典型的匹配网络在1GHz(图2)时,对功率放大器而言,是数值为4+j0Ω的负载阻抗。匹配网络采用的是无损耗元件来进行模拟的,所以在匹配网络中不存在功率的耗散问题。然而,s21却是-6dB,因为在50Ω的源阻抗和4Ω的负载之间存在着巨大的不匹配问题。作为一个无损耗网络,除了一些数字噪音外,模拟的耗散损失为0dB。 在电路的模拟当中,我们可能可以采用s21来求出正确的耗散损失。这一过程包括采用复杂模拟负载线的共轭

高速通讯中阻抗匹配的研究

高速通讯中阻抗匹配的研究 反弹造成软管自龙头上的挣脱!不仅任务失败横生挫折,而且还大捅纰漏满 脸豆花呢!2.3反之,当握处之挤压不足以致射程太近者,则照样得不到想要的结果。过犹不及皆非所欲,唯有恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。2.4上述简单的 生活细节,正可用以说明方波(SquareWave)讯号(Signal)在多层板传输线(TransmissionLine,系由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成)中所进 行的快速传送。此时可将传输线(常见者有同轴电缆CoaxialCable,与微带线MicrostripLine或带线StripLine等)看成软管,而握管处所施加的压力,就好比板 面上“接受端”(Receiver)元件所并联到Gnd的电阻器一般,可用以调节其终点 的特性阻抗(CharacteristicImpedance),使匹配接受端元件内部的需求。三.传 输线之终端控管技术(Termination)3.1由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行 而到达终点,欲进入接受元件(如CPU或Meomery等大小不同的IC)中工作时,则该讯号线本身所具备的“特性阻抗”,必须要与终端元件内部的电子阻抗相互匹配 才行,如此才不致任务失败白忙一场。用术语说就是正确执行指令,减少杂讯干 扰,避免错误动作”。一旦彼此未能匹配时,则必将会有少许能量回头朝向“发送端” 反弹,进而形成反射杂讯(Noise)的烦恼。3.2当传输线本身的特性阻抗(Z0) 被设计者订定为28ohm时,则终端控管的接地的电阻器(Zt)也必须是28ohm, 如此才能协助传输线对Z0的保持,使整体得以稳定在28ohm的设计数值。也唯 有在此种Z0=Zt的匹配情形下,讯号的传输才会最具效率,其“讯号完整性”(SignalIntegrity,为讯号品质之专用术语)也才最好。四.特性阻抗(CharacteristicImpedance)4.1当某讯号方波,在传输线组合体的讯号线中,以高准位(HighLevel)的正压讯号向前推进时,则距其最近的参考层(如接地层) 中,理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号伴随前行(等于正压讯号反向的

PCB阻抗值因素与计算方法

PCB阻抗设计及计算简介

特性阻抗的定义 ?何谓特性阻抗(Characteristic Impedance ,Z0) ?电子设备传输信号线中,其高频信号在传输线中传播时所遇到的阻力称之为特性阻抗;包括阻抗、容抗、感抗等,已不再只是简单直流电的“欧姆电阻”。 ?阻抗在显示电子电路,元件和元件材料的特色上是最重要的参数.阻抗(Z)一般定义为:一装置或电路在提供某特定频率的交流电(AC)时所遭遇的总阻力. ?简单的说,在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。

设计阻抗的目的 ?随着信号传送速度迅猛的提高和高频电路的广泛应用,对印刷电路板也提出了更高的要求。印刷电路板提供的电路性能必须能够使信号在传输过程中不发生反射现象,信号保持完整,降低传输损耗,起到匹配阻抗的作用,这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。?阻抗匹配在高频设计中是很重要的,阻抗匹配与否关系到信号的质量优劣。而阻抗匹配的目的主要在于传输线上所有高频的微波信号皆能到达负载点,不会有信号反射回源点。

?因此,在有高频信号传输的PCB板中,特性阻抗的控制是尤为重要的。 ?当选定板材类型和完成高频线路或高速数字线路的PCB 设计之后,则特性阻抗值已确定,但是真正要做到预计的特性阻抗或实际控制在预计的特性阻抗值的围,只有通过PCB生产加工过程的管理与控制才能达到。

?从PCB制造的角度来讲,影响阻抗和关键因素主要有: –线宽(w) –线距(s)、 –线厚(t)、 –介质厚度(h) –介质常数(Dk) εr相对电容率(原俗称Dk介质常数),白容生对此有研究和专门诠释。 注:其实阻焊也对阻抗有影响,只是由于阻焊层贴在介质上,导致介电常数增大,将此归于介电常数的影响,阻抗值会相 应减少4%

阻抗匹配与史密斯圆图:基本原理

阻抗匹配与史密斯圆图:基本原理 摘要:本文是关于使用史密斯圆图进行射频阻抗匹配计算的教程。本文还提供了一些示例以描绘如何计算反射系数、阻抗、导纳等参数。本文还提供了一个样例,使用图形方法计算工作在900MHz下的MAX2472的匹配网络。 经过实践证明,史密斯圆图仍然是用于判定传输线路阻抗的基本工具。 当处理射频应用的实际实现时,总会碰到一些噩梦般的任务。其中之一就是需要匹配各个互连模块之间的不同的阻抗。通常,这些包括天线到低噪声放大器(LNA),功率放大器输出(RFOUT)到天线,以及LNA/VCO输出到混频器输入。对于信号与能量从“源”到“负载”的正确传输来说,匹配任务是必需的。 在高频率的射频电路中,寄生元素(例如导线电感、层间电容、导体电阻等等)对匹配网络有着显著,但无法预料的影响。在几十兆赫兹频率以上的电路中,理论上的计算与仿真常常是不足够的。在射频实验室测量现场,伴随着调谐工作,必须仔细考虑才能决定合适的最终取值。必须使用计算值以便于建立结构类型与目标元件的取值。 有很多方法可用于计算阻抗匹配,包括: ●计算机仿真:原理复杂但是使用简单,仿真器一般用于区别设计功能,而不是进行阻抗 匹配。设计者必须熟悉需要键入的多重数据输入,以及这些数据输入的正确格式。他们同样需要专门的知识,以便于在大量的结果数据中找到有用的数据。另外,除非计算机被用于进行电路仿真这样的工作,电路仿真软件就不会预安装在计算机上。 ●手动计算:由于计算方程的长度(“上公里的”),以及要进行计算的数字的复杂性,这 种方式被普遍认为是非常单调乏味的。 ●经验直觉:只有当一个人在射频领域中工作过很多年以后,才能取得这样的能力。简而 言之,这种方法只适用于非常资深的专家。 ●史密斯圆图:本文所专注的内容。 本文的主要目标就是回顾史密斯圆图的构造与背景,并且总结如何使用史密斯圆图的实践方式。本文提出的主题包括了参数的实际说明,例如找到匹配网络元件的取值。当然,我们使用史密斯圆图不仅仅只能进行最大功率传输的匹配。史密斯圆图同样能够帮助设计者计算出最佳的噪声系数,确保质量因素的影响,以及评估稳定性分析等等。

完整版阻抗匹配的研究

阻抗匹配的研究 ?>分事 在高速的设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技术可以说是丰富多样,但是在具 体的系统中怎样才 能比较合理的应用,需要衡量多个方面的因素。例如我们在系统中设计中,很多采用的都是源段的串连匹 配。对于什么情况下需 要匹配,采用什么方式的匹配,为什么采用这种方式。 例如:差分的匹配多数采用终端的匹配;时钟采用源段匹配; 1、串联终端匹配 串联终端匹配的理论岀发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间 串接一个电阻R,使 源端的输岀阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射 串联终端匹配后的信号传输具有以下特点: A由于串联匹配电阻的作用,驱动信号传播时以其幅度的50 %向负载端传播; B信号在负载端的反射系数接近+ 1,因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50 %。 C反射信号与源端传播的信号叠加,使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同; D负载端反射信号向源端传播,到达源端后被匹配电阻吸收;? E反射信号到达源端后,源端驱动电流降为0,直到下一次信号传输。 相对并联匹配来说,串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。 选择串联终端匹配电阻值的原则很简单,就是要求匹配电阻值与驱动器的输岀阻抗之和与传输线的特征阻 抗相等。理想的信 号驱动器的输岀阻抗为零,实际的驱动器总是有比较小的输岀阻抗,而且在信号的电平发生变化时,输岀 阻抗可能不同。比如电 源电压为+ 4.5V的CMOS驱动器,在低电平时典型的输出阻抗为37?,在高电平时典型的输出阻抗为45?[4] ;TTL驱动器和CMOS驱动 一样,其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。因此,对TTL或CMOS电路来说,不可能有十分正确的匹配电阻,只能折中考

总线传输时阻抗匹配的原理

在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不匹配(相等)时,在负载端就会产生反射。为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法,牵涉到二阶偏微分方程的求解,有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论。 传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。例如,常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75欧,而一些射频设备上则常用特征阻抗为50欧的同轴电缆。另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300欧的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线。因为电视机的射频输入端输入阻抗为75欧,所以300欧的馈线将与其不能匹配。实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300欧到75欧的阻抗转换器(一个塑料包装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大的)?它里面其实就是一个传输线变压器,将300欧的阻抗,变换成75欧的,这样就可以匹配起来了。 这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量。为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配。如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等。 当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢? 第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样。 第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用。 第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法。一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。 阻抗匹配基础 标签:终端网络工作图形signal能源 2009-08-11 21:17 38690人阅读评论(11) 收藏举报 目录(?)[+]英文名称:impedance matching 基本概念

阻抗概念

阻抗[编辑] 维基百科,自由的百科全书 相量图能够展示复阻抗。 阻抗(electrical impedance)是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。阻抗衡量流动于电路的交流电所遇到的阻碍。阻抗将电阻的概念加以延伸至交流电路领域,不仅描述电压与电流的相对振幅,也描述其相对相位。当通过电路的电流是直流电时,电阻与阻抗相等,电阻可以视为相位为零的阻抗。 阻抗通常以符号标记。阻抗是复数,可以以相量或来表示;其中,是阻 抗的大小,是阻抗的相位。这种表式法称为“相量表示法”。 具体而言,阻抗定义为电压与电流的频域比率[1]。阻抗的大小是电压振幅与电流振幅的绝对值 比率,阻抗的相位是电压与电流的相位差。采用国际单位制,阻抗的单位是欧姆(Ω),与电阻的单位相同。阻抗的倒数是导纳,即电流与电压的频域比率。导纳的单位是西门子(单位)(旧单位是姆欧)。 英文术语“impedance”是由物理学者奥利弗·赫维赛德于1886年发表论文《电工》给出[2][3]。于1893年,电机工程师亚瑟·肯乃利(Arthur Kennelly)最先以复数表示阻抗[4]。 复阻抗[编辑] 阻抗是复数,可以与术语“复阻抗”替换使用。阻抗通常以相量来表示,这种表示法称为“相量表示法”。相量有三种等价形式: 1. 直角形式:、 2. 极形式:、 3. 指数形式:;

其中,电阻是阻抗的实部,电抗是阻抗的虚部,是阻抗的大小,是虚数单位,是阻抗的相位。 从直角形式转换到指数形式可以使用方程 、 。 从指数形式转换到直角形式可以使用方程 、 。 极形式适用于实际工程标示,而直角形式比较适用于几个阻抗相加或相减的案例,指数形式则比较适用于几个阻抗相乘或相除的案例。在作电路分析时,例如在计算两个阻抗并联的总阻抗时,可能会需要作几次形式转换。这种形式转换必需要依照复数转换定则。 欧姆定律[编辑] 连接于电路的交流电源会给出电压于负载的两端,并且驱动电 流于电路。 主条目:欧姆定律 借着欧姆定律,可以了解阻抗的内涵[5]: 。 阻抗大小的作用恰巧就像电阻,设定电流,就可计算出阻抗两端 的电压降。相位因子则是电流滞后于电压的相位差(在时域,电流 信号会比电压信号慢秒;其中,是单位为秒的周期)。

阻抗匹配概念

阻抗匹配概念 阻抗匹配概念 阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。 在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。 当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。 阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。 大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。 要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。 改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。 调整传输线由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配 阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为50欧姆。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便. 阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超

电阻电抗和阻抗

电阻、电抗和阻抗 电阻、电抗和阻抗的定义 电阻——欧姆定律定义的参数:电压与电流之比,单位欧姆。 电抗——交流电流通过电感或者电容压降时,电压与电流之比,虚数表示,单位欧姆。 阻抗——电阻与电抗的复合参数,用复数表示,实部为电阻,虚部为电抗,单位欧姆。 电阻 在直流电中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻很小的物质称作良导体,如金属等;电阻极大的物质称作绝缘体,如木头和塑料等。还有一种介于两者之间的导体叫做半导体,而超导体则是一种电阻值几近于零的物质。 电抗 在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗(用X表示),意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式。 感抗(XL)

电流变化越大,即电路频率越大,感抗越大;当频率变为0,即成为直流电时,感抗也变为0。感抗会引起电流与电压之间的相位差。感抗可由下面公式计算而来: XL = ωL = 2×π×f× L XL 就是感抗,单位为欧姆Ω ω 是角频率,单位为弧度/每秒rad/s f 是频率,单位为赫兹Hz L是电感,单位为亨利H 1、当交流电通过电感线圈的电路时,电路中产生自感电动势,阻碍电流的改变,形成了感抗,自感系数越大则自感电动势也越大,感抗也就越大。如果交流电频率大则电流的变化率也大,那么自感电动势也必然大,所以感抗也随交流电的频率增大而增大。交流电中的感抗和交流电的频率、电感线圈的自感系数成正比。在实际应用中,电感是起着“阻交、通直”的作用,因而在交流电路中常应用感抗的特性来旁通低频及直流电,阻止高频交流电。 2、在纯电感电路中,电感线圈两端的交流电压(u)和自感电动势(εL)之间的关系是u=-εL,而εL =-Ldi/dt,所以u=Ldi/dt。正弦交流电作周期性变化,线圈内自感电动势也在不断变化,当正弦交流电的电流为零时,电流变化率最大,所以电压最大。当电流为最大值时,电流变化率最小,所以电压为零。由此得出电感两端的电压位相超前电流位相π/2。在纯电感电路中,电流和电压的频率是相同的,电感元件的阻抗就是感抗(XL=ωL=2πfL),它和ω、L都成正比,当ω=0时则XL =0,所以电感起“通直流、阻交流”或者“通低频,阻高频”的作用。 3、在纯电感电路中,感抗不消耗电能,因为在任何一个电流由零增加到最大值的1/4周期的过程中,电路中的电流在线圈附近将产生磁场,电能转换为磁场能储藏在磁场里,但在下一个1/4周期内,电流由大变小,则磁场随着逐渐减

阻抗匹配和阻抗变换是什么-阻抗变换和阻抗匹配的详细概述

阻抗匹配和阻抗变换是什么?阻抗变换和阻抗匹配的详细概述阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间,等等。例如,扩音机的输出电路与扬声器之间必须做到阻抗匹配,不匹配时,扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。如果扬声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗,扩音机就处于过载状态,其末级功率放大管很容易损坏。反之,如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多,会引起输出电压升高,同样不利于扩,音机的工作,声音还会产生失真.因此扩音机电路的输出阻抗与扬声器的阻抗越接近越好。又例如,无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致。如果阻抗值不一致,发信机输出的高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来,产生驻波,严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。为了使信号和能量有效地传输,必须使电路工作在阻抗匹配状态,即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗,电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输入、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件,由它们所组成的电路称为电抗电路,其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路. 下面对纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题分别进行简要的分。1、纯电阻电路在中学物理电学中曾讲述这样一个问题:把一个电阻为R的用电器,接在一个电动势为E、内阻为r的电池组上(见图1),在什么条件下电源输出的功率最大呢?当外电阻等于内电阻时,电源对外电路输出的功率最大,这就是纯电阻电路的功率匹配。假如换成交流电路,同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配。 2、电抗电路电抗电路要比纯电阻电路复杂,电路中除了电阻外还有电容和电感.元件,并工作于低频或高频交流电路。在交流电路中,电阻、电容和电感对交流电的阻碍作用叫阻抗,用字母Z表示.其中,电容和电感对交流电的阻碍作用,分别称为容抗及和感抗而.容

阻抗匹配的原理与方法

一、50ohm特征阻抗 终端电阻的应用场合:时钟,数据,地址线的终端串联,差分数据线终端并联等。 终端电阻示图 B.终端电阻的作用: 1、阻抗匹配,匹配信号源和传输线之间的阻抗,极少反射,避免振荡。 2、减少噪声,降低辐射,防止过冲。在串联应用情况下,串联的终端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成RC滤波器,消弱信号边沿的陡峭程度,防止过冲。 C.终端电阻取决于电缆的特性阻抗。 D.如果使用0805封装、1/10W的贴片电阻,但要防止尖峰脉冲的大电流对电阻的影响,加30PF的电容. E.有高频电路经验的人都知道阻抗匹配的重要性。在数字电路中时钟、信号的数据传送速度快时,更需注意配线、电缆上的阻抗匹配。 高频电路、图像电路一般都用同轴电缆进行信号的传送,使用特性阻抗为Zo=150Ω、75Ω的同轴电缆。 同轴电缆的特性阻抗Zo,由电缆的内部导体和外部屏蔽内径D及绝缘体的导电率er 决定:

另外,处理分布常数电路时,用相当于单位长的电感L和静电容量C的比率也能计算,如忽略损耗电阻,则 图1是用于测定同轴电缆RG58A/U、长度5m的输入阻抗ZIN时的电路构成。这里研究随着终端电阻RT的值,传送线路的阻抗如何变化。 图1 同轴传送线路的终端电阻构成 只有当同轴电缆的特性阻抗Zo和终端阻抗RT的值相等时,即ZIN=Zo=RT称为阻抗匹配。 Zo≠RT时随着频率f,ZIN变化。作为一个极端的例子,当RT=0、RT=∞时可理解其性质(阻抗以,λ/4为周期起伏波动)。 图2是RT=50Ω(稍微波动的曲线)、75Ω、dOΩ时的输人阻抗特性。当Zo≠RT时由于随着频率,特性阻抗会变化,所以传送的电缆的频率特上产生弯曲.

压电换能器电阻抗匹配电路的分析与研究

压电换能器电阻抗匹配电路的 分析与研究 李秋锋张兴森彭应秋 (南昌航空工业学院,南昌330034) 作者简介 李秋锋:男,南昌航空工业学院测试计量技术及仪器专业02级硕士研究牛,主要从事无损检测、超声检测及超声换能器等方面的研究。 导师简介 彭应秋:男,湖南湘乡人,南昌航空工业学院测控系教授,硕导,1969年(本科)毕业于哈尔滨军事工程学院非电量电测专业,1981年(硕士)毕业于北京航空材料研究院无损检测专业。主要从事声场、超声检测、超声换能器等方面的研究。Email:pyqniat¥sina.tom TEL,:0791—82338】7。

(}1)旺配Ij;『帕…坡l!}I(b)蚝配前的频{}}图(C)ⅡE配后的匝l波幽(d)1儿M后的颠i忤H (a)pc配腑的州渡豳图31P20Z探头匹配前后的回波及频谱I堇I (b)匹配靛蚺撷谗瞰(c)Ft犯后的l?-l波;璺(d)UL^C后的顿讲涮 圈4IOPIOZ探头匹配前后的圄波及额谱图 从圈3葶¨图4中可以看出,这两种换能器实际匹配的效果是相当不错的,匹配后.J:作频率基本得到了保证。时域上的波形比匹配前有很大的改善。而在频谱图上的波形也是很好的,没有其他的谐频成分,并去除了频域“双峰”,其它性能指标也较好,基本能够满足匹配的要求。 参考文献 【1】 敏易全近代超声原理与应用南京大学出版社230~249【2】 程存弟超声技术西安:陕西师范大学出版社,1993,87~88【3】林玉书匹配F乜路对压屯脚瓷超声换能器振动性能的影响捧电与声光 1995.8:27~30 [31美国无损检测手册超声卷(上)世界图书出版公司112~116 —244——

天线阻抗匹配原理

阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间,等等。例如,扩音机的输出电路与扬声器之间必须做到阻抗匹配,不匹配时,扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。如果扬声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗,扩音机就处于过载状态,其末级功率放大管很容易损坏。反之,如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多,会引起输出电压升高,同样不利于扩,音机的工作,声音还会产生失真。因此扩音机电路的输出阻抗与扬声器的阻抗越接近越好。又例如,无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致。如果阻抗值不一致,发信机输出的高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来,产生驻波,严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。为了使信号和能量有效地传输,必须使电路工作在阻抗匹配状态,即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗,电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输人、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件,由它们所组成的电路称为电抗电路,其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路。下面对纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题分别进行简要的分析。 1.纯电阻电路 在中学物理电学中曾讲述这样一个问题:把一个电阻为R的用电器,接在一个电动势为E、内阻为r的电池组上(见图1),在什么条件下电源输出的功率最大呢?当外电阻等于内电阻时,电源对外电路输出的功率最大,这就是纯电阻电路的功率匹配。假如换成交流电路,同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配。 2.电抗电路 电抗电路要比纯电阻电路复杂,电路中除了电阻外还有电容和电感。元件,并工作于低频或高频交流电路。在交流电路中,电阻、电容和电感对交流电的阻碍作用叫阻抗,用字母Z表示。其中,电容和电感对交流电的阻碍作用,分别称为容抗及和感抗而。容抗和感抗的值除了与电容和电感本身大小有关之外,还与所工作的交流电的频率有关。值得注意的是,在电抗电路中,电阻R,感抗而与容抗双的值不能用简单的算术相加,而常用阻抗三角形法来计算(见图 2)。因而电抗电路要做到匹配比纯电阻电路要复杂一些,除了输人和输出电路中的电阻成分要求相等外,还要求电抗成分大小相等符号相反(共轭匹配);或者电阻成分和电抗成分均分别相等(无反射匹配)。这里指的电抗X即感抗XL和容抗XC 之差(仅指串联电路来讲,若并联电路

阻抗定义

阻抗定义 在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成,但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧。在直流电中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻。但是在交流电的领域中电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。 输入阻抗定义: 输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电阻的阻值,就是输入阻抗。 它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载就越轻。 因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑阻抗匹配问题。 输出阻抗 输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来,对于一个理想的电压源(包括电源),内阻应该为0,或理想电流源的阻抗应当为无穷大。但现实中的电压源,则不能做到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻r,就是(信号源/放大器输出/电源)的内阻了。当这个电压源给负载供电时,就会有电流I从这个负载上流过,并在这个电阻上产生I×r的电压降。这将导致电源输出电压的下降,从而限制了最大输出功率。同样的,一个理想的电流源,输出阻抗应该是无穷大,但实际的电路是不可能的。

阻抗匹配

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理 本文利用史密斯圆图作为RF 阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导 纳的作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz 的匹配网络。 实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。 在处理RF 系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大 器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO 输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预 知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF 测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括: ? 计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 ? 手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 ? 经验: 只有在RF 领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 ? 史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 w w w . p c b t e c h .n e t

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