阻抗匹配原理及負(fù)載阻抗匹配

信號(hào)或廣泛電能在傳輸過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)反射傳輸或最大功率傳輸，要求電路連接實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。阻抗匹配關(guān)系著系統(tǒng)的整體性能，實(shí)現(xiàn)匹配可使系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)。阻抗匹配的概念應(yīng)用范圍廣泛，阻抗匹配常見(jiàn)于各級(jí)放大電路之間，放大電路與負(fù)載之間，信號(hào)與傳輸電路之間，微波電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，無(wú)論是有源還是無(wú)源，都必須考慮匹配問(wèn)題，根本原因是在低頻電路中是電壓與電流，而高頻中是導(dǎo)行電磁波不匹配就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的反射，損壞儀器和設(shè)備。本文介紹阻抗匹配電路的原理及其應(yīng)用。

1 阻抗匹配的基本原理

阻抗匹配是使微波電路或是系統(tǒng)的反射，載行波盡量接近行波狀態(tài)的技術(shù)措施。阻抗匹配分為兩大類：
(1)負(fù)載與傳輸線之間的阻抗匹配，使負(fù)載無(wú)反射。方法是接入匹配裝置使輸入阻抗和特性阻抗相等。
(2)信號(hào)源與傳輸線之間匹配，分為兩種情況：1)使信號(hào)源無(wú)反射，方法是接入信號(hào)源與傳輸線之間接人匹配裝置。2)信號(hào)源共軛匹配，方法是信號(hào)源與被匹配電路之間接入匹配裝置，這種情況下多屬于有源電路設(shè)計(jì)。

2 負(fù)載阻抗匹配方法

2．1 集總參數(shù)匹配電路
通常情況下，使用電容電感實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，在比較低的頻段使用變壓器實(shí)現(xiàn)匹配，也可以采用L形、π形、T形實(shí)現(xiàn)匹配電路，這類電路體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛。

變壓器：主要實(shí)現(xiàn)低頻段，隨著工作頻段的升高，這類電路的應(yīng)用越來(lái)越少。傳輸線變壓器可以實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗變換，實(shí)現(xiàn)4：1和1：4工作模式如圖1和圖2所示?？梢詫?shí)現(xiàn)平衡和非平衡的變換，尤其在電視機(jī)外接天線到同軸線輸入端口的連接中得到應(yīng)用。

L形匹配電路：這類電路具有線路簡(jiǎn)潔和成本較低的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是窄帶電路。由于要考慮匹配和功率的損耗，盡量使用電感和電容性的元件，因此共有8種基本的電路可供選擇。要設(shè)計(jì)合理的匹配電路就要選擇合適的電容電抗元件參數(shù)，計(jì)算元件參數(shù)有兩類方法：通過(guò)阻抗直接計(jì)算和通過(guò)史密斯圓圖。前者的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算精確且適合計(jì)算機(jī)計(jì)算，后者是一種直觀有效的設(shè)計(jì)，可以充分合理地選擇最優(yōu)性能?，F(xiàn)在可以通過(guò)使用計(jì)算機(jī)和功能強(qiáng)大的軟件直接設(shè)計(jì)。

T形和丌形電路：這類電路可以實(shí)現(xiàn)電路的品質(zhì)因數(shù)的調(diào)節(jié)，靈活性更高。多元件的匹配電路設(shè)計(jì)能降低電路的品質(zhì)因數(shù)，卻可以提高頻帶寬度。

2．2 分布式參數(shù)元件電路匹配
(1)混合型匹配電路(中低頻)這類電路設(shè)計(jì)中盡量的少用電感元件，因?yàn)樗休^高的電阻損耗且寄生參數(shù)也很嚴(yán)重。設(shè)計(jì)中多使用電容元件的并聯(lián)和傳輸線可以完成設(shè)計(jì)要求。

(2)單分支匹配電路并聯(lián)單分支電路由一段串聯(lián)的傳輸線和一段并聯(lián)的終端開(kāi)路或短路傳輸線構(gòu)成，設(shè)計(jì)時(shí)通常取恒定的傳輸線的特性阻抗，通過(guò)調(diào)節(jié)傳輸線的長(zhǎng)度，進(jìn)行阻抗匹配設(shè)計(jì)。

(3)雙分支匹配電路這類匹配電路更易于實(shí)現(xiàn)匹配阻抗的調(diào)節(jié)，只是設(shè)計(jì)有點(diǎn)復(fù)雜。

2．3 噪聲匹配電路
熱噪聲：在電阻中電子的無(wú)規(guī)律波動(dòng)將隨溫度的上升而增加

可以看出第一級(jí)噪聲的影響最大。當(dāng)Rs=Rs0時(shí)，F(xiàn)=Fmin噪聲電路匹配。

3 各匹配電路分析

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論是精心設(shè)計(jì)的集總參數(shù)電路還是微波電路，需認(rèn)清特征，如果阻抗值要提高，用串聯(lián)方式。如果阻抗值要降低，則使用并聯(lián)方式，兩個(gè)電抗要有相反的類型，且要產(chǎn)生諧振。14頻率低端，多采用集總參數(shù)匹配電路，L形匹配電路是最簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)，也是低端的首選。

如果電路設(shè)計(jì)中要求品質(zhì)因數(shù)，可以使用T形或者丌形匹配電路，因?yàn)檫@類電路的品質(zhì)因數(shù)可調(diào)，不過(guò)也要考慮多級(jí)匹配電路，達(dá)到電路的頻率響應(yīng)。使用多級(jí)匹配電路設(shè)計(jì)更靈活，可以滿足電路的寬帶需要。分布參數(shù)匹配電路，使用在中高頻段，若介于集總和分布之間的話，最好采用混合匹配電路。若使用雙分支電路不能滿足要求，可以考慮多級(jí)匹配電路。電路的匹配設(shè)計(jì)不是單一的，要綜合考慮偏置電路、反饋電路和頻率調(diào)節(jié)電路的相互連接，要反復(fù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改，最終達(dá)到滿意效果。

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