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阻抗匹配的理想模型是什么?

大西洋仪器网  2021-01-25 23:40   点击 56

在我们使用网络分析仪时,往往会遇到阻抗匹配的问题,那么什么是阻抗,阻抗匹配的理想模型是什么,又需要用到什么方法实现呢?

我们知道,电路是对电流有阻碍作用的,要想让电流从一端流到另一端一定要有电压差,电流经过电路也会发生一定的损耗。物理学上把电路中对电流所起的阻碍作用叫做阻抗,单位为欧姆,阻抗可分为电阻和电抗两个部分,用公式表示为:

Z= R+i( ωL–1/(ωC))

当两个阻抗不同的设备连接到一起进行信号传输时,连接处会发生信号反射,这会使信号衰减,无法达到完美传输的效果,此时就需要对设备进行阻抗匹配。阻抗匹配是输入端与输出端阻抗的相互匹配,使信号不会在连接处发生反射的一种传输状态。主要用于传输线上,让信号不会在连接处产生反射,减小传输线缆对高频信号的损耗,提升传输效率。

不同电路的阻抗匹配条件是不一样的。在纯电路中,当负载电阻等于输出源内阻时,此时的输出功率最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。当输出源内阻和负载阻抗含有电抗成分时,为使负载得到最大的功率,负载阻抗与内阻必须满足共轭关系,即电阻成相等,电抗成分只有数值相等而符号相反。这种匹配称为共轭匹配。

日常中用到的线缆阻抗大多数为50欧姆,所以阻抗匹配的最理想的模型是输出和输入端都为50欧姆,这样输出和输入端所构成的电路就不会发生过大的损耗。但是在实际测试中,往往会遇到各种情况,不可能都为50欧姆,这个时候,我们就需要使用电容电感来进行阻抗匹配,达到RF性能最优。

目前,阻抗匹配的方法有很多,主要包括计算机仿真计算、手工计算、经验推测以及最常用的史密斯圆图。计算机仿真操作复杂,需要足够多的测试数据和设备支持,不能马上得出结果;手工计算相比于计算机仿真更为费时,在计算机普及的现在,已经被计算机所取代。有些射频经验比较丰富的工程师可以利用经验进行大致判断,但是不够准确,而且不是人人都能进行正确的判断,那么什么方法既快速准确,又相对简单呢?答案是史密斯(Smith)圆图。

在史密斯圆图发明之前,进行阻抗匹配需要花费很大功夫,当时在美国RCA公司工作的菲利普·史密斯(Phillip Smith)就考虑:能不能以一种简单的图表表现复杂的函数计算式,这样结果可以直接由图表来呈现出来,不用再耗费大量的人力和时间去计算大量的函数计算式。于是,1939年,一种能够以图表形式呈现函数表达式的图被发明了出来,这个图形通俗易懂、查看便捷,而后迅速在相关领域取代了原有的复杂计算方法,这就是后来人们所称的史密斯圆图。


来源:鼎阳科技    编辑:王会卿
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