阻抗匹配简介

阻抗匹配简介 　　　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，达到所有高频的微波信号都能传至负载点的目的，不会有信号反射回源点。 　　　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斯圆图上。 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，在史密斯圆图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，首先圆图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。 调整传输线 　　　由负载点至源点加长传输线，在圆图上的圆点会沿着图中心以逆时针方向走动，直到电阻值为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，当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，输出阻抗为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，即电缆长度可以忽略的话，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。 　　　阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；可以这么理解，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。电容抗和电感抗的大小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，它们还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此：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匹配，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，电抗成份互为相反数。这种匹配条件称为共扼匹配。 下面，我们从数学上去理解阻抗匹配： 　　　我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内阻的，我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。负载R上的电压为：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为： P= ×R= = / ( +2×R×r+ )                                   = / [ ]