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如何利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量一個理想的阻抗匹配,
關(guān)于阻抗匹配,你想知道的都在這里!
什么是阻抗
在電學(xué)中,常把對電路中電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗單位為歐姆,常用Z表示,是一個復(fù)數(shù)Z= R+i( ωL–1/(ωC))
具體說來阻抗可分為兩個部分,電阻(實部)和電抗(虛部)。
其中電抗又包括容抗和感抗,由電容引起的電流阻礙稱為容抗,由電感引起的電流阻礙稱為感抗。
阻抗匹配的理想模型
射頻工程師大都遇到過匹配阻抗的問題,通俗的講,阻抗匹配的目的是確保能實現(xiàn)信號或能量從“信號源"到“負載"的有效傳送
其模型當然是希望Source端的輸出阻抗為50歐姆,傳輸線的阻抗為50歐姆,Load端的輸入阻抗也是50歐姆,一路50歐姆下去。
然而實際情況是:源端阻抗不會是50ohm,負載端阻抗也不會是50ohm,這個時候就需要若干個阻抗匹配電路
而匹配電路就是由電感和電容所構(gòu)成,這個時候我們就需要使用電容和電感來進行阻抗匹配電路調(diào)試,以達到RF性能*。
阻抗匹配的方法
阻抗匹配的方法主要有兩個,一是改變阻抗力,二是調(diào)整傳輸線。
改變阻抗力就是通過電容、電感與負載的串并聯(lián)調(diào)整負載阻抗值,以達到源和負載阻抗匹配。
調(diào)整傳輸線是加長源和負載間的距離,配合電容和電感把阻抗力調(diào)整為零。
此時信號不會發(fā)生發(fā)射,能量都能被負載吸收。
高速PCB布線中,一般把數(shù)字信號的走線阻抗設(shè)計為50歐姆。一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆,頻帶75歐姆,對絞線(差分)為85-100歐姆。
Smith圓圖在RF匹配電路調(diào)試中的應(yīng)用
Smith圓圖上可以反映出如下信息: 阻抗參數(shù)Z,導(dǎo)納參數(shù)Y,品質(zhì)因子Q,反射系數(shù),駐波系數(shù),噪聲系數(shù),增益,穩(wěn)定因子,功率,效率,頻率信息等抗等參數(shù)。
是不是一臉懵,我們還是來看阻抗圓圖吧:
阻抗圓圖的構(gòu)圖原理是利用輸入阻抗與電壓反射系數(shù)之間的一一對應(yīng)關(guān)系,將歸一化輸入阻抗表示在反射系數(shù)極坐標系中,其特點歸納如下:
1.上半圓阻抗為感抗,下半圓阻抗為容抗;
2.實軸為純電阻,單位圓為純電抗;
3.實軸的右半軸皆為電壓波腹點(除開路點),左半軸皆為電壓波節(jié)點(除短路點);
4.匹配點(1,0),開路點(∞,∞)和短路點(0,0);
5.兩個特殊圓:的為純電抗圓,與虛軸相切的為匹配圓;
6.兩個旋轉(zhuǎn)方向:逆時針轉(zhuǎn)為向負載移動,順時針轉(zhuǎn)為向波源移動。
導(dǎo)納圓圖與阻抗圓圖互為中心對稱,同一張圓圖,即可以當作阻抗圓圖來用,也可以當作導(dǎo)納圓圖來用,但是在進行每一次操作時,若作為阻抗圓圖用則不能作為導(dǎo)納圓圖。
Smith圓圖中,能表示出一些很有意思的特征:
在負載之前串聯(lián)或并聯(lián)一個可變電感/電容,電路圖如下圖左側(cè)4個圖所示,將得到Smith圓圖上右側(cè)的幾條曲線。對應(yīng)Smith阻抗圓及導(dǎo)納圓,其運動軌跡如下:
1、使用Smith阻抗圓時,串聯(lián)電感順時針轉(zhuǎn),串聯(lián)電容逆時針轉(zhuǎn);
2、使用Smith導(dǎo)納圓時,并聯(lián)電感,逆時針轉(zhuǎn),并聯(lián)電容順時針轉(zhuǎn)。
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