混合式π型阻抗匹配网络设计
JEFT 放大器的结构及混合π型等效电路
带有旁路源电阻的共源放大器带有旁路源电阻的共源放大器FET 共源放大器的偏置图示方法1. 找出电路中的V GS(OFF) & I DSS ；用曲线描摹仪测量[V GS(OFF) = V P = 栅源电压当V GS =0时，HICH I D = 0，I DSS = I D ] 2. 假设R S << R L3. 在输出特性图上画出负载线。
保持R S << R L 在图页上截取；也就是避开附近的垂直负载线4. 由负载线截距计算R L ，用最接近的标准值5. 挑出输出最大线性输出范围的Q 点V GS 值6. 计算21:⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=P GSDSS D D VV I I I ；或从特性曲线中估算 7. 计算R S 用V GS 除以I D 。
⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=D GS I V S R 。
用最接近的标准值8. 比较R S 和 R L ；如果R S 和R L 接近，重画负载线9. 重新计算新V GS 下的R S ；如果需要的话，重复步骤7和步骤8！计算JEFT的小信号g m1. 由从曲线描摹仪得到的漏极特性曲线上的∆I D 和∆V GS 计算g m = ∆I D/∆V GS [大信号g m ]2. 或使用MEDIAN 特性表的值[用于快速估计]3. 或⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=P GS PDSS m VV V I g 12 其中V GS 为工作点的值。
V P = V GS(OFF) ; I DSS = I D @ V GS = 0.注意这是小信号 跨导取决于静态工作点，与三极管的情况相似FET 源随器负载线/增益例子和方法1. 求得电路中的V GS(OFF) & I DSS ；用曲线描摹仪的测量。
[V GS(OFF) = V P = 栅源电压，当V GS =0时，I D = 0，I DSS = I D ] 2. 选择Q 点；也就是从漏极特性图上选择V GS3. 计算21:⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=P GSDSS D D VV I I I ；或由特性图估计 4. 计算R S ；使用最接近的标准值5. 计算负载线截距，[因为I D -V DS = 0，截距可能与图页有很大距离，所以可能要使用∆]6. 计算g m ：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=P GS PDSS m VV V I g 12 7. 计算A V ：Sm Sm V R g R g A +=18.S mO R g R //1=9. 例 [V P = V GS(OFF) = -5.8V; I DSS = 9mA]。
实验一 匹配网络的设计与仿真
实验一匹配网络的设计与仿真一．实验目的：1. 掌握阻抗匹配、共轭匹配的原理2. 掌握集总元件L 型阻抗抗匹配网络的匹配机理3. 掌握并(串)联单支节调配器、λ/4阻抗变换器匹配机理4. 了解ADS 软件的主要功能特点5. 掌握Smith 原图的构成及在阻抗匹配中的应用6. 了解微带线的基本结构二．基本阻抗匹配理论L L s s L o R R R U R I P 222)(+==s s i s L R U P kR R 2,==信号源的输出功率取决于U s 、R s 和R L 。
在信号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比k 。
当R L =R s 时可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。
无论负载电阻大于还是小于信号源内阻，都不可能使负载获得最大功率，且两个电阻值偏差越大，输出功率越小。
1. 共轭匹配：当时，源输出功率最大，称作共轭匹配。
2. 阻抗匹配：λ/4阻抗变换器i o P k k P 2)1(+=*g LZ Z=三、ADS仿真步骤1.打开ADS2.新建一个Workspace，并命名为“学号或姓名”3.新建原理图4.原理图设计界面4.在元件面板列表中选择“Simulating-S Param”，单击和放两个Term和一个S-P控件5.接下来接续设置各个器件的参数6.执行菜单命令【Tools】 【Smith Chart】，弹出“SmartComponent Sync”对话框；选择“Update SmartComponent from Smith Chart Utility”，单击“OK”7.单击“DefineSource/Load Network terminations”按钮8.采用LC分立器件匹配过程如下图所示9.改变L、C 的位置，观察L、C值变化时输入阻抗的变化轨迹单击“Build ADS Circuit”按钮，即可生成相应的电路选中DA_SmithChartMatch控件，单击“”，以查看匹配电路单击“”，返回原理图单击“”图标，进行仿真单击“”，在结果窗口单击，就会出现如下对话框，仿真结果图形输出。
阻抗匹配设计原理及方法
阻抗匹配设计原理及⽅法阻抗匹配（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，⼏乎不会有信号反射回来源点，从⽽提升能源效益。
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斯图上。
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，在图表上的点会沿着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。
重复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。
阻抗匹配：简单的说就是「特性阻抗」等于「负载阻抗」。
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着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。
pi型匹配天线原理
pi型匹配天线原理
PI型匹配天线是一种常见的天线匹配网络，用于调节天线的输
入阻抗，使其与传输线或射频电路的输出阻抗匹配。
其原理涉及天
线的输入阻抗匹配和频率选择两个方面。
首先，让我们来看天线的输入阻抗匹配原理。
PI型匹配网络通
常由两个电感元件和一个电容元件组成，形状类似于字母"π"。
这
种结构可以有效地调节天线的输入阻抗，使其与传输线或射频电路
的输出阻抗相匹配。
通过调节电感元件和电容元件的数值，可以实
现对天线输入阻抗的精确调节，从而最大限度地提高能量传输效率。
其次，PI型匹配天线还可以用于频率选择。
通过精心设计电感
元件和电容元件的数值，可以使PI型匹配网络在特定的频率范围内
表现出理想的阻抗匹配特性。
这使得PI型匹配天线在特定频段内具
有较好的性能表现，例如在无线通信系统中，可以实现对特定频率
信号的有效接收和发射。
除了上述原理外，还有一些其他方面需要考虑。
例如，PI型匹
配天线的设计需要考虑天线的物理结构、工作频率范围、功率传输
要求等因素。
此外，天线的周围环境和相邻元件也会对PI型匹配网
络的性能产生影响，因此在实际设计中需要综合考虑多种因素。
总的来说，PI型匹配天线通过精心设计的电感和电容元件，可以实现天线的输入阻抗匹配和频率选择，从而提高天线的性能和效率。
在无线通信系统和射频电路设计中，PI型匹配天线起着非常重要的作用，是一种常见且有效的天线匹配网络。
阻抗匹配网络
传输线的传播特性：终端短路
负载阻抗ZL=0，因而终端电压V=0，故
V (0) = V+ + V− = 0 ⇒ V+ = −V−
1 2V+ I (0) = I + + I − = (V+ − V− ) = = 2I + Z0 Z0
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传输线的传播特性：终端短路
V ( z ) = V+ e jkz + V− e − jkz = V+ (e jkz − e − jkz ) = j 2V+ sin kz I ( z ) = I + e jkz + I − e − jkz = I + (e jkz + e − jkz ) = 2 I + cos kz
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Smith圆图——利用圆图进行阻抗匹配
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Smith圆图——利用圆图进行阻抗匹配
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Smith圆图——利用圆图进行阻抗匹配
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Smith圆图——利用圆图进行阻抗匹配
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阻抗匹配的基本概念
对于信号源、长线及负载所组成的传输系统， 为了提高传输效率，保持信号源工作的稳定 性以及提高传输线的功率容量，希望信号源 给出最大功率，同时负载吸收全部入射功率。 前者要求信号源内阻与传输线共轭匹配， 后者要求负载和传输线实现无反射匹配。
当终端负载和传输线特性阻抗不等时，反射系数Γ不为0，表 示线上的传输功率并没有被负载全部吸收，这种状态称作负 载和传输线不匹配。失配时沿线合成电压是呈周期性变化的 驻波（或行驻波）。除了用反射系数来反映失配程度外，还 用电压驻波比（VSWR）来衡量失配的程度。电压（或电流） 驻波比ρ定义为沿线电压（或电流）最大值与最小值之比。
混合∏型等效电路
混合∏型等效电路混合型等效电路是指由电阻、电感、电容和电压源、电流源组成的电路，其中既有串联的元件，也有并联的元件。
这种电路可以通过等效变换转化为纯电阻电路或纯电感电路或纯电容电路，方便分析和计算。
1. 等效变换混合型电路中，可以通过等效变换将电路转化为纯电阻电路、纯电感电路或纯电容电路。
具体的等效变换如下：（1）串联电阻和并联电阻的等效变换将串联电阻和并联电阻的等效变换公式列出，即：串联电阻：$R_{eq}=R_1+R_2+...+R_n$并联电阻：$\frac{1}{R_{eq}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+...+\frac{1}{R_n}$（2）串联电感和并联电感的等效变换将串联电感和并联电感的等效变换公式列出，即：串联电感：$L_{eq}=L_1+L_2+...+L_n$并联电感：$\frac{1}{L_{eq}}=\frac{1}{L_1}+\frac{1}{L_2}+...+\frac{1}{L_n}$ （3）串联电容和并联电容的等效变换将串联电容和并联电容的等效变换公式列出，即：串联电容：$\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+...+\frac{1}{C_n}$ 并联电容：$C_{eq}=C_1+C_2+...+C_n$（4）电感和电容的等效变换将电感和电容的等效变换公式列出，即：电感：$L=\frac{1}{\omega^2C}$电容：$C=\frac{1}{\omega^2L}$其中，$\omega$为角频率。
2. 混合型等效电路的分析混合型等效电路的分析可以采用基尔霍夫定律、欧姆定律、电压分压定律、电流分流定律等方法进行计算。
具体的分析步骤如下：（1）将电路转化为纯电阻电路、纯电感电路或纯电容电路。
（2）根据基尔霍夫定律列出方程组，求解电路中各元件的电流和电压。
（3）利用欧姆定律计算电路中各元件的电流和电压。
π形阻抗匹配电路的构成
图1是大家所熟知的作为高频阻抗匹配电路的π形匹配电路。
通过改变可变电容C1和C2的容量比，能够从RS＜RL到RS＞RL进行自由匹配。
另外，由于具有低通滤波器的构成，还具有除去高频波的能力。
图1 π形阻抗匹配电路的构成
举一个例子，如果要求fo=5MHz、RS＝50Ω、RL＝1kΩ时的各个常数，则
照片1是L＝7μH、C1＝750pF、C2＝170pF时的输入阻抗-频率特性。
该特性在负载短路时和断开时有很大的不同。
这和先前阐述的π形滤波器相同，断开时表示串联共振现象，阻抗下降到1Ω左右。
照片 1 π形阻抗匹配电路…由负载电阻RL的变化而引起的输人阻抗的变化（fo＝5MHz,RL＝0及∞，f＝1M～lOOMHz）
照片2是扩大测定共振频率附近的波形。
在RL＝1kΩ处变成宽频带的特性。
照片3不是测定输人阻抗ZIN，而是测定R±jX中的阻抗R成分。
在RL＝∞时R成分很大，不能向负载送人电力。
另外，在RL＝0时R成分在1Ω以下（z中几乎都是电抗成分），仍然会产生不匹配。
在RL＝1kΩ处，即被认为凡的频率处，约62Ω（计算值为50Ω），即使频率变化很大也不会产生大幅的变化。
π形匹配电路由于是阻抗匹配电路，所以其特征是可进行从＋jx（电感性）到一jx（电容性）的匹配。
线圈L使用抽头式可变电感器，电容C1、C2，使用空气可变电容。
照片2 π形阻抗匹配电路…由负载电阻RL变化而引起的输人阻抗的变化（fo＝5MHz，Rl＝0及∞，f＝4M～6MHz，线性跨度）
照片3 π形阻抗匹配电路的输人电阻R的变化（fo＝5MHz，RL＝0及∞，f＝4M～6MHz，线性跨度）。
阻抗匹配计算公式
阻抗匹配计算公式阻抗匹配是电路设计中的重要概念，它是指在电路中使用适当的元件和电路拓扑配置，以实现输入和输出之间的最大功率传输。
阻抗匹配旨在消除电路之间的反射和干涉，从而提高电路的效率和传输质量。
阻抗匹配的基本原则是将电路的输入和输出阻抗匹配到同一个数值，从而实现最大功率转移。
在通信系统中，常常需要将信源的输出阻抗与传输线的输入阻抗匹配，以确保信号的准确传输和最小的反射损耗。
在电路中，阻抗可以看作是交流电路中的电阻。
阻抗的计算通常需要考虑电感和电容的影响。
以下是常见的阻抗匹配计算公式：1.并联匹配公式：对于并联匹配，常用公式是通过将输入阻抗与输出阻抗求倒数并求和得到：1/Zin = 1/Zs + 1/Zl其中，Zin是输入阻抗，Zs是信源阻抗，Zl是负载阻抗。
2.串联匹配公式：对于串联匹配，常用公式是通过将输入阻抗与输出阻抗求和得到：Zin = Zs + Zl其中，Zin是输入阻抗，Zs是信源阻抗，Zl是负载阻抗。
3.阻抗变换公式：阻抗变换是一种常见的阻抗匹配技术，通过变换阻抗的数值和形式，实现输入和输出阻抗之间的匹配。
常用的阻抗变换公式包括：a.L型匹配网络：Zin = j*Xl + (Zs*Zl)^0.5其中，Xl是电感值。
b.T型匹配网络：Zin = Zs*Zl / (Zs + Zl)c.π型匹配网络：Zin = (Zs*Zl) / (Zs + Zl)4.变压器匹配公式：变压器匹配是一种常用的阻抗匹配技术，通过变换信号源和负载阻抗的转化比，实现输入和输出之间的阻抗匹配。
常用的变压器匹配公式包括：Np/Ns=(Zl/Zs)^0.5其中，Np是一次侧匝数，Ns是二次侧匝数，Zl是负载阻抗，Zs是信源阻抗。
以上只是阻抗匹配计算中常用的一些公式，实际的阻抗匹配计算可能还需要考虑其他因素，如频率响应、功率传输等。
在实际应用中，可以根据具体的电路要求和条件选择合适的阻抗匹配方案和公式，以实现最佳的匹配效果。