17 阻抗变换器
阻抗变换器的设计思路
阻抗变换器的设计思路阻抗变换器设计思路阻抗变换器是一种电路，用于将一个电路的阻抗变换成另一个电路的阻抗。
它在电路设计和信号传输中起着重要的作用。
本文将介绍阻抗变换器的设计思路和一些常见的实际应用。
1. 阻抗变换器的基本原理阻抗变换器的基本原理是利用电路中的电感、电容和电阻等元件，通过合理的连接和参数选择，将输入电路的阻抗转换为输出电路的阻抗。
其中，电感元件用于变换电感阻抗，电容元件用于变换电容阻抗，电阻元件则用于调节电路的阻抗大小。
2. 阻抗变换器的设计步骤阻抗变换器的设计一般包括以下几个步骤：(1) 确定输入和输出电路的阻抗特性：根据实际需求，确定输入电路和输出电路的阻抗特性，包括阻抗大小、频率响应等。
(2) 选择合适的阻抗变换器类型：根据输入和输出电路的阻抗特性，选择合适的阻抗变换器类型，例如LC阻抗变换器、π型阻抗变换器等。
(3) 计算元件参数：根据所选阻抗变换器类型的特性，计算需要的电感、电容和电阻元件的数值，以及它们的连接方式。
(4) 模拟仿真和调试：使用电路仿真软件进行模拟仿真，检验设计的阻抗变换器是否满足要求。
根据仿真结果进行调试，优化设计。
(5) 实验验证和优化：将设计好的阻抗变换器进行实际搭建和测试，验证其性能是否符合预期。
根据实验结果进行优化和改进。
3. 阻抗变换器的应用阻抗变换器在电子电路设计和信号传输中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：(1) 通信系统：阻抗变换器被用于匹配发送器和接收器之间的阻抗，以最大限度地传输信号。
(2) 功率放大器：阻抗变换器被用于匹配功率放大器的输出阻抗和负载之间的阻抗，以提高功率传输效率。
(3) 滤波器：阻抗变换器被用于调整滤波器的输入和输出阻抗，以实现所需的频率响应。
(4) 传感器接口：阻抗变换器被用于将传感器的阻抗变换成适合输入信号处理电路的阻抗。
(5) 音频系统：阻抗变换器被用于匹配音频设备之间的阻抗，以最大限度地传输音频信号。
4. 阻抗变换器的设计注意事项在设计阻抗变换器时，需要注意以下几点：(1) 阻抗匹配：阻抗变换器的设计目标是实现输入和输出电路之间的阻抗匹配，以最大限度地传输信号。
阻抗变换器设计
射频电路设计实训报告设计题目阻抗变换器设计系别年级专业设计组号学生姓名/学号指导教师摘要：射频设计的主要工作之一，就是使电路的某一部分与另一部分相匹配，在这两部分之间实现最大功率传输，这就需要在射频电路中加入阻抗变换器从而达到阻抗匹配的目的。
阻抗变换器就是起到将压电传感器的高阻抗变换为信号放大处理部分需要的低阻抗。
本设计是关于阻抗匹配和阻抗转换器的一些阻抗匹配电路以及阻抗匹配的方法，用以实现匹配以及50Ω到75Ω以及75Ω到50Ω的阻抗转换器。
从而得到所需要的输出阻抗以达到变换的目的。
本次实验以2个无源阻抗匹配器为例，分别采用简单的电容电感的方式设计所需要的阻抗转换器，整理出实物并进行测试。
Abstract: One of the main RF design is a part of the circuit and the other part of the match between the two parts to achieve maximum power transfer, which requires adding the RF circuit impedance converter to achieve impedance matching purposes. Impedance transformer is played to a high impedance piezoelectric sensor signal amplification process is transformed into some of the needs of low impedance. This design is about impedance matching and impedance converter circuit and impedance matching impedance matching some of the methods used to achieve matching and 50Ω to 75Ω and 75Ω to 50Ω impedance converter. In order to get the required output impedance of achieving the purpose of transformation. The experiment with two passive impedance matching device, for example, capacitance and inductance, respectively, a simple way to design the required impedance converter to produce a physical and tested. 关键词： 射频设计 阻抗变换器 阻抗匹配 无源一、基本阻抗匹配理论当负载阻抗与传输线特性阻抗不相等或连接两段特性阻抗不同的传输线时，由于阻抗不匹配会产生反射现象，从而导致传输系统的功率容量和传输效率下降，负载不能获得最大功率。
实验5-阻抗变换器
实验五:7.3阻抗变换器设计
一、设计要求
己设计一个同轴线阶梯阻抗变换器，使特性阻抗分别为Z01=50Ω、Z02=100Ω的两段轴线匹配连接。
要求:变换器N=2，工作频率：f0=5GHz。
已知同轴线的介质为：RT/Duriod5880（εr=2.16），外导体直径D0=7 mm。
按以下设计方法实现:
方法1:最平坦通带特性变换器(二项式)。
方法2:等波纹特性变换器(切比雪夫式)，允许的最大波纹为0.05。
确定阻抗变换器的结构尺寸，完成电路图。
仿真分析S11与频率的关系特性，调节电路使其达到指标要求。
比较不同阻抗变换器的性能特点。
二、实验仪器
硬件：PC
软件：AWR软件
三、设计步骤
1、初始值计算。
2、仿真分析。
3、手动调节。
四、数据记录及分析
1、初始值计算。
（1）阻抗计算
参数阻值/Ω电长度/deg L/um D i/um Z0150 30 3399.72 2654.88 Z159.4603 90 10199.01 1629.57 Z284.0896 90 10199.01 890.947 Z02100 30 3399.72 603.22
2、仿真分析。
3、手动调节。
优化后的Schematic2：。
阻抗变换器
实验六 滤波器一、实验要求设计一节4节切比雪夫匹配变换器，以匹配40Ω的传输线到60Ω的负载，在整个通带上最大允许的驻波比值为1.2，求出其带宽，并画出输入反射系数与频率的关系曲线。
二、实验目的(1) 掌握切比雪夫电路的原理及其基本设计方法。
(2) 利用Microwave Office 或Ansoft Designer 软件进行相关电路设计和仿真。
三、预习内容（1）切比雪夫的相关原理。
（2）切比雪夫匹配变换器的设计方法。
四、理论分析切比雪夫变换器是以通带内的波纹为代价得到最佳带宽的。
若能容忍这种通带特性的话，对于给定节数，切比雪夫变换器的带宽将明显其他变换器的带宽。
切比雪夫变换器是通过使Γ与切比雪夫多项式相等的方法设计的，因为切比雪夫多项式具有这类变换器所需的最佳特性。
1、切比雪夫多项式第n 阶切比雪夫多项式是用()x T n 表示的n 次多项式。
前4阶切比雪夫多项式是188341224433221+-=-=-==x x T x x T x T x T从而得到切比雪夫的递推公式：()()()x T x xT x T n n n 112-+-=现在令θcos =x ，得切比雪夫表达式可表示为：θθn T n cos )(cos =或者更一般的表达式()()()⎪⎩⎪⎨⎧>⋅≤⋅=--11cos cos 11x x ch n ch x xn x T n因为θncos 可展开为θ)2cos(m n -形式的多项和，从而切比雪夫又可改写为：上面的结果用于高到4节的匹配变换器的设计。
2、切比雪夫变换器的设计 我们现在通过使)(θΓ正比于()θθcos sec m N T 来综合切比雪夫的等波纹通带，此处N 是变换节数。
()()(){}()θθθθθθθθcos sec 2cos 2cos cos 210m N jN n jN T Ae n N N N e --=+-Γ++-Γ+Γ=ΓL L我们可令θ=0求出常数A ，于是有所以，我们有现在，若通带内最大允许的反射系数的幅值为m Γ，则有A m =Γ。
阻抗变换器
简介
阻抗变换器的作用是解决微波传输线与微波器件之间匹配的，在通常情况下，同轴传输线的阻抗为75Ω，而 与馈线相连的极化分离器和波道滤波器的输入输出阻抗为50Ω。
按结构可分为同轴线阻抗变换器、矩形波导阻抗变换器、带状线和微带线阻抗变换器；按阻抗变换的规律可 分为阶梯阻抗变换器和渐变式阻抗变换器。阶梯阻抗变换器又可分为最大平坦式及切比雪夫式阻抗变换器。
主要原理
在微波传输线的负载不匹配，或者不同特性阻抗的传输线相连时，由于产生反射，使损耗增加、功率容量减 小、效率降低。为了解决这些问题，可在两者之间连接阻抗变换器。阻抗变换器就是能够改变阻抗大小和性质的 微波元件，一般由一段或几段不同特性阻抗的传输线所构成。
图1左是几种单阶阻抗变换器及其简化等效电路，分别是波导型、同轴线型和微带线型。令各种传输线左、右 两端的特性阻抗为Ze1、Ze2，利用λp/4阻抗变换器的特性便可实现这两段传输线的匹配。λp/4阻抗变换器的特 性阻抗为
对于波导宽壁尺寸口相同，窄壁尺寸分别为b1和b3的两段矩形波导，若在它们中间加一段长度为λp0/4，波 导宽壁尺寸为a，窄壁尺寸b2的波导段，则必须满足
才能使两段矩形波导获得匹配，如图2(a)所示。同理图2(b)和图2(c)分别表示同轴线和微带线单节λp0/4阻抗 变换器的典型结构示意图。
二、多节λ/4阶梯阻抗变换器
的应用
1．不同特性阻抗的传输线的连接
四分之一波长单节阻抗变换器的应用实例如图3左所示，它用来连接两段特性阻抗分别为Z1、Z2的传输线。 变换器的特性阻抗在同轴线情况或波导情况下变换段的尺寸。
单节变换器只能在一个频率点上(相应于变换段电长度刚好为π/2的那个频率)才是完全匹配的，而只在该频率 附近的一个很窄的频带内有近似的匹配。前面已指出，为了展宽变换器的工作带宽，可以采用多节变换器。在N 节变换器中，通过合理选择每节的特性阻抗Zn或反射系数ρn，就可以在N个频率点上获得全匹配，从而使变换器 总的频带得到增加。至于ρn的具体选择，可以按二项式分布来确定，也可以按切比雪夫分布来确定，后者能比前 者获得更好更宽的带宽。在多节变换器中，当把节数无限增加而保持总长度不变时，变换器由不连续的阶梯过渡 转化为连续光滑变化的渐变过渡(见图3右)，这种渐变最简单的就是线性变化，但用指数渐变或三角函数分布渐变 效果会更好。渐变段越长，匹配越好，带宽也越宽。更为理想的是切比雪夫渐变线，将切比雪夫阶梯变换器的节 数无限增加而每节的长度无限缩短，使总长度不变，就得到了切比雪夫渐变变换器。在同样长度下，这种渐变线 可以做到在给定长度下反射最小；反之在给定反射下，它需要的变换段长度最短。事实上，在合理设计下，波导 截面的变化，甚至轴线的变化，连续变化的性能总可以比不连续的变化好，可以说是一个普遍的规律。对阻抗变 换器是如此，对上节介绍过的弯波导、扭波导等也是如此。切比雪夫函数在微波元件的设计中应用十分广泛，不 仅在阻抗变换器的设计中，也在滤波器、定向耦合器等设计中用来增加元件的工作频率范围。
阻抗变换器的计算
阻抗变换器的计算
阻抗变换器是一种电路，用于将一个电路的阻抗转换为另一个电路的阻抗。
常见的阻抗变换器有匹配变压器、阻抗匹配网络和阻抗转换器等。
1.输入阻抗和输出阻抗的定义：输入阻抗是指在输入端看到的阻抗，输出阻抗是指在输出端看到的阻抗。
2.选择变压器的变比：根据输入阻抗和输出阻抗的比例，选择变压器的变比。
变压器变比的计算公式为：变比=√(输出阻抗/输入阻抗)。
3.计算变压器的绕组数量：根据变压器的变比和输入输出阻抗的数量关系，计算出变压器的绕组数量。
若输入阻抗和输出阻抗的数量相等，则变压器只需要一个绕组。
若输入阻抗的数量大于输出阻抗的数量，则变压器需要多个绕组。
4.计算变压器的绕组比例：根据变压器的变比和绕组数量，计算出每个绕组的绕组比例。
如果有多个绕组，则每个绕组的绕组比例相同。
5.计算变压器的实际变比：根据变压器的绕组数量和绕组比例，计算出变压器的实际变比。
实际变比等于变压器的变比乘以绕组比例。
6.计算变压器的电压比例：根据变压器的实际变比，计算出变压器的电压比例。
需要注意的是，在实际应用中，还需要考虑变压器的额定功率和绕组之间的互感等因素，以确保阻抗变换器的稳定性和性能。
阻抗变换器的原理
阻抗变换器的原理
阻抗变换器是一种电路或设备，用于将电路的输入阻抗转换为具有不同值的输出阻抗。
它常用于匹配不同电路或设备之间的阻抗，以实现最大功率传输或信号匹配。
阻抗变换器的原理基于电路中的电压分压和电流分流。
它通常由包含电阻、电容和电感元件的组合构成。
在阻抗变换器中，输入阻抗由源电阻Rg和源电感Lg组成。
输出阻抗由负载电阻Rl和负载电感Ll组成。
为了实现阻抗的
变换，必须选择合适的阻抗变换元件，如变压器、电容器或电感器。
变压器是一种常用的阻抗变换器元件。
它通过互感作用实现阻抗匹配。
变压器的输入端和输出端分别与输入阻抗和输出阻抗相连。
当输入端施加电压时，通过变压器的互感作用，输出端会产生一个匹配输入阻抗的电压信号。
电容和电感是另外两种常用的阻抗变换器元件。
它们通过频率依赖性实现阻抗变换。
当输入电路的频率发生变化时，电容和电感的阻抗值也会相应变化。
通过选择合适的电容和电感元件，可以使输出电路的阻抗与输入电路的阻抗匹配。
阻抗变换器的设计需要考虑许多因素，如输入和输出电路的工作频率范围、最大功率传输要求和信号的失真情况。
正确选择和配置阻抗变换器元件可以确保电路中的能量传输最大化，并实现信号的最佳匹配。
阻抗变换器的特点
阻抗变换器的特点
阻抗变换器是一种电路，它可以将电路的输入阻抗转换为不同的输出阻抗，从而使得电路可以更好地匹配负载。
阻抗变换器有以下几个特点：
1. 可以改变电路的输入/输出阻抗：阻抗变换器可以将电路的输入阻抗转换为不同的输出阻抗，或者将电路的输出阻抗转换为不同的输入阻抗。
这样可以使电路更好地匹配负载，提高电路的效率。
2. 可以提高电路的频率响应：阻抗变换器可以通过选择合适的电容和电感元件，使电路的频率响应更加平坦。
这样可以提高电路的频率响应，使得电路可以更好地处理高频信号。
3. 可以降低电路的噪声：阻抗变换器可以通过选择合适的电阻元件，降低电路的噪声。
这样可以提高电路的信噪比，使得电路可以更好地处理弱信号。
4. 可以增加电路的灵活性：阻抗变换器可以通过改变电路中的电阻、电容、电感元件，来改变电路的阻抗特性。
这样可以增加电路的灵活性，使得电路可以适应不同的应用场景。
总之，阻抗变换器是一种非常重要的电路，在电子电路设计中经常被使用。
它可以改变电路的输入/输出阻抗、提高电路的频率响应、降低电路的噪声、增加电路的灵活性等，使得电路可以更好地匹配负载，提高电路的效率。
- 1 -。
1／4波长阻抗变换器的分析
1/4波长阻抗变换器的分析摘要：阻抗匹配网络已经成为射频微波电路中的重要组成部分，主要是由于匹配使得电路中的反射电压波变少，从而损耗减少。
同时，匹配网络对器件的增益，噪声，输出功率还有着重要的影响。
在微波传输系统，它关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性，关系到微波测量的系统误差和测量精度，以及微波元器λ件的质量等一系列问题。
本文讨论了传输线的阻抗匹配方法，并着重分析了4λ阻抗变换器的优点。
阻抗变换器，并举例说明了多节4关键字：阻抗匹配;匹配网络；匹配方法，阻抗变换器1引言传输理论指出，通常情况下，传输线传输的电压或电流是由该点的入射波和反射波叠加而成的，或者说是由行波和驻波叠加而成的。
在由信号源及负载组成的微波系统中，如果传输线和负载不匹配，传输线上将形成驻波。
有了驻波一方面使传输线功率容量降低，另一方面会增加传输线的衰减。
如果信号源和传输线不匹配，既会影响信号源的频率和输出功率的稳定性，又会使信号源不能给出最大功率、负载又不能得到全部的入射功率。
因此传输线一定要匹配。
匹配可分为始端匹配和终端匹配。
始端匹配是为了使信号源的输出功率最大，采用的方法是共轭匹配；终端匹配是为了使传输线上无反射波，使传输功率最大，采用的方法是阻抗匹配。
2.匹配理论 2.1共轭匹配共轭匹配的目的是使信号源的功率输出最大，这就要求传输线信号源的内阻和传输线的输入阻抗互成共轭值。
假设信号源的内组为g g g jX R Z +=，传输线的输入阻抗为in in in jX R Z +=，如图1.1所示。
则*=gin Z Z 即g in g in X X R R -==,图1.1 共轭匹配满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为：gg g gg R E R R E P 8421222max== 2.2无反射匹配无反射匹配的目的是使传输线上无反射波，即工作于行波状态。
需要使信号源内阻及负载阻抗均等于特性阻抗，即0Z Z Z L g ==实际中传输线的始端和终端很难做到无反射匹配，通常在信号源输出端接入隔离器以吸收反射波，而在传输线与负载之间使用匹配装置用来抵消反射波。
实验二十七负阻抗变换器的研究
实验二十七负阻抗变换器的研究1实验目的1.加深对负阻抗概念的认识，掌握对含有负阻抗器件电路的分析方法。
2.了解负阻抗变换器的工作原理及其运放实现。
3.掌握负阻抗变换器的各种测试方法。
2实验器材1.QY-DT01电源控制屏2.直流稳压电源3.函数信号发生器4.QY-DG05通用电路实验模块5.QY-DG14受控源／回转器／负阻抗变换器实验模块6.示波器3实验原理1.负阻抗是电路理论中一个重要基本概念，在工程实践中广泛的应用。
负阻抗的产生除某些线性元件(如燧道二极管)在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外，一般都由一个有源双口网络来形成一个等值的线性负阻抗。
该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器(NIC)。
按有源网络输入电压和电流与输出电压和电流的关系，可分为电流倒置型和电压倒置型两种（INIC及VNIC），电路模型如图1 所示。
图1负阻抗变换器电路模型理想情况下，两种负阻抗变换器的电压、电流变换关系为：（1） 对于INIC 型：12U U = , 21I KI = (K 为正的常实数电流增益) （公式1）（2） 对于VNIC 型： 211U K U =- ， 21I I =- (K 1为电压增益) （公式2）由（公式1）可见，输入电压1U 经传输后等于输出电压2U ，大小和极性均未改变，但电流1I 经传输后变为2KI ，即大小和方向都变了，故名电流倒置型；由式（公式2）可见，经传输后，21I I =-，但电压的大小和正负极性都变了，故名电压倒置型。
2. 阻抗变换作用今在NIC 的输出端接以阻抗Z L ，如图26-2所示，则其输入阻抗可由（式1）求得：1221112121()i L U U U Z Z K I K I K I ====---或由（式2）可得122212i L U K U Z K Z I I -===--图2阻抗变换原理图可见Z i 为Z L 的（-1/K 1）倍或（-K 2）倍，即把正阻抗Z L 变换成了负阻抗，亦即能把R ，L ，C 元件分别变换为-R/K 1，L /K 1，C/K 1（或-K 2R ，-K 2L ，-K 2C ），故名负阻抗变换器。
阻抗变换器
实验六 滤波器一、实验要求设计一节4节切比雪夫匹配变换器，以匹配40Ω的传输线到60Ω的负载，在整个通带上最大允许的驻波比值为1.2，求出其带宽，并画出输入反射系数与频率的关系曲线。
二、实验目的(1) 掌握切比雪夫电路的原理及其基本设计方法。
(2) 利用Microwave Office 或Ansoft Designer 软件进行相关电路设计和仿真。
三、预习内容（1）切比雪夫的相关原理。
（2）切比雪夫匹配变换器的设计方法。
四、理论分析切比雪夫变换器是以通带内的波纹为代价得到最佳带宽的。
若能容忍这种通带特性的话，对于给定节数，切比雪夫变换器的带宽将明显其他变换器的带宽。
切比雪夫变换器是通过使Γ与切比雪夫多项式相等的方法设计的，因为切比雪夫多项式具有这类变换器所需的最佳特性。
1、切比雪夫多项式第n 阶切比雪夫多项式是用()x T n 表示的n 次多项式。
前4阶切比雪夫多项式是188341224433221+-=-=-==x x T x x T x T x T从而得到切比雪夫的递推公式：()()()x T x xT x T n n n 112-+-=现在令θcos =x ，得切比雪夫表达式可表示为：θθn T n cos )(cos =或者更一般的表达式()()()⎪⎩⎪⎨⎧>⋅≤⋅=--11coscos11xxchnchxxnxTn因为θncos可展开为θ)2cos(mn-形式的多项和，从而切比雪夫又可改写为：上面的结果用于高到4节的匹配变换器的设计。
2、切比雪夫变换器的设计我们现在通过使)(θΓ正比于()θθcossecmNT来综合切比雪夫的等波纹通带，此处N是变换节数。
()()(){}()θθθθθθθθcossec2cos2coscos21mNjNnjNTAenNNNe--=+-Γ++-Γ+Γ=ΓLL我们可令θ=0求出常数A，于是有所以，我们有现在，若通带内最大允许的反射系数的幅值为mΓ，则有Am=Γ。
阻抗变换器工作原理
阻抗变换器工作原理
阻抗变换器是一种电路，用于将输入的电阻性负载转换为适合于驱动负载的输出电阻。
其工作原理基于电路中的电流分布和欧姆定律。
阻抗变换器一般由电阻和运算放大器构成。
其中，输入电阻通过运算放大器的输入端接收电流信号，然后经过电阻网络转换成适合于输出负载的电流。
输出电阻通过运算放大器的输出端驱动负载。
在阻抗变换器中，当输入电阻较大的时候，根据欧姆定律，输入电流比较小。
而输出电阻较小，可以输出较大的电流。
通过合理选择电阻值和运算放大器的参数，可以实现输入和输出电阻的阻抗匹配。
具体来说，通过运算放大器的输入端节点处的电流分配，可以使得输入电流与输出电流之比等于输入电阻与输出电阻之比。
这样一来，就实现了阻抗的变换。
阻抗变换器在电路设计中起到了重要的作用。
它可以将不同阻抗的电路连接在一起，实现信号的适配和匹配。
例如，在音频放大器中，阻抗变换器将高阻抗的音频信号源转换为低阻抗信号，以便驱动扬声器。
总之，阻抗变换器利用电流分布和欧姆定律，通过合理选择电阻和运算放大器的参数，将输入电阻性负载转换为适合于驱动
负载的输出电阻。
这样可以实现电路间的阻抗匹配，提高系统的性能和稳定性。
电容传声器阻抗变换器的设计
ｃ ｍｍｏ － ｒ ｉ ｍｐｉ ｅ ｏ ｏ ｏ ｎ－ ａｎ ａ ｌ ｒｎ ｒｃ ｍｍｏ － ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｅ ｅ ｉ ｎ ｉ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｄ ｉ ｆ ｎ ｓ ｕ ｃ ｍｐ ｉ ｒｄ ｓｇ ｉｃ ｓ ｅ ． － ｉ ｆ ｓ
【 ｙ ｗ ｒ ｓ ｏｄ ｎｅ ｃｏｈ ｎ ；ｍｃｏｈ ｎ ｕｌ ｉ ａ ｐｉｅ；Ｒ Ｋｅ ｏｄ 】ｃｎ ｅｓｒ ｒｐ ｏｅ ｉ ｐ ｏｅｂ ｉ－ｎ ｍ ｌ ｒ Ｆ ｍｉ ｒ ｔ ｉ ｆ
【 键 词 】 电容 传 声 器 ；阻 抗 变换 器 ；射 频 关
【 中图分类号 】Ｔ ４ Ｎ６ １
【 文献标识码 】Ａ
Ｉ ｔｒ ａ ｎ ｅ ｎ ｌ Ａｍｐ ｉｉｒ ｏ ｎ ｅ ｓ ｒ Ｍ ｉｒ ｐ ｏ ｅ ｌ ｅ ｆ Ｃｏ ｄ ｎ ｅ ｃ ｏ ｈ ｎ ｓ ｆ
ＭＡ Ｊｕ ｏ ｇ ｉ ｌｎ
文章 编 号 ：０ ２ ８ ８ ｛ ０ ０ ０ － ０ ６ ０ １０ － ６ ４２ １ ）９ ０ ２ － ４
电容传声器阻抗变换器 的设计
马 九龙
・
产 品设计 ・
（ 京 第 七 九七 音 响 股 份 有 限公 司 ，北 京 １０ １） 北 ０ ０ ５
【 摘 要 】 电容 传 声器 几 乎是 所 有 各 类 传 声器 中规 格 品种 最 多的 。介 绍 了各 类 电 容传 声 器 阻抗 变 换 器 的 线路 原 理 ，
（ ｅ ｉｇ７ ７ Ａ ｄｏＣ ． ｔ． ｅ ｉｇ １０ １ ，Ｃ ｉ ） Ｂ ｉｎ ９ ｕｉ ｏ，Ｌｄ，Ｂ ｉｎ ００ ５ ｈｎ ｊ ｊ ａ
【 ｓ ａ ｔ Ａ ｎ ｌ ｋ ｄ ｆ ｃｏｈ ｎｓ ｃｎ ｅｓｒｍｃｏ ｈｎ ｅｍ ｅｗｔ ｔｅｍ ｓ ｖｒ ｓｍ ｄ ｌ ｎ ｐ Ａｂｔ ｃ】 ｍｏｇａ ｉ ｓｏ ｒｐ ｏｅ， ｏｄ ｎｅ ｉ ｐ ｏｅｓｅ ｓｔ ｂ ｉ ｈ ｏｔ ａｉ ｏ ｅ ａｄｔ ｅ ｒ ｌ ｎ ｍｉ ｒ ｏ ｈ ｅ ｙ
用场效应管做阻抗变换器
场效应管可以用来制作阻抗变换器，主要是通过改变场效应管的输入电压来实现输出电阻的调节和变化。
具体步骤如下：
1. 选择合适的场效应管：选择具有合适特性参数的场效应管，包括门源电压Vgs的范围、漏极电流Idss的值等，并根据需要进行偏置电路的设计。
2. 连接电路：将场效应管与其他电子元件（如电容、电阻等）连接起来，形成阻抗变换器电路。
场效应管一般被用作变阻器，它的漏极电压和漏极电流之比可以用来计算出输出的电阻值。
3. 调节输入电压：改变场效应管的输入电压（即门源电压Vgs），可以控制场效应管的导通程度，从而改变输出电阻的大小和变化范围。
通过场效应管做阻抗变换器，可以在保证良好的线性度和稳定性的同时，实现较大的阻抗变化范围和调节灵活度，因此广泛应用于通信、电力、控制等领域中。
需要注意的是，在设计和使用时应充分考虑场效应管的特性参数和限制条件，避免出现过度偏置、温度漂移等问题，确保电路的可靠性和性能。
阻抗变换器的工作原理
阻抗变换器的工作原理阻抗变换器是一种电路，用于将一个电路的阻抗转换为另一个电路的阻抗。
它在电子设备中被广泛应用，用于匹配不同电路之间的阻抗差异。
阻抗变换器的工作原理基于两个关键概念：虚短路和虚开路。
虚短路是指在阻抗变换器中将两个不同的电阻通过一个电容连接在一起，并将其视为短路。
这样，电路中的信号电流就可以直接从一个电阻流向另一个电阻。
与此同时，通过调整电容的数值，可以实现所需的阻抗变换比例。
虚开路是指在阻抗变换器中将两个不同的电容通过一个电阻连接在一起，并将其视为开路。
这样，电路中的信号电压就可以在电容上产生一个电势差。
同样地，通过调整电阻的数值，可以实现所需的阻抗变换比例。
阻抗变换器的工作原理可以通过一个简单的示例来说明。
假设我们有两个电阻，一个阻抗为R1，另一个阻抗为R2。
我们想要将R1的阻抗转换为R2的阻抗。
为了实现这个目标，我们可以使用阻抗变换器。
阻抗变换器的工作原理如下：首先，我们将一个电容C连接在R1的两端，并将另一个电容C'连接在R2的两端。
然后，我们将两个电容通过一个电阻R连接在一起。
这样，我们可以将R1的阻抗转换为R2的阻抗。
当信号电流进入阻抗变换器时，它将通过电容C流向电阻R，产生一个电压。
这个电压将通过电容C'传递到R2，实现阻抗的变换。
通过适当选择电容和电阻的数值，我们可以实现所需的阻抗变换比例。
总结而言，阻抗变换器通过虚短路和虚开路的原理，将一个电路的阻抗转换为另一个电路的阻抗。
它在电子设备中具有重要作用，可用于匹配不同电路之间的阻抗差异。
准确理解和应用阻抗变换器的工作原理，对于设计和构建高性能电子系统至关重要。
1-10__阻抗变换器和阻抗逆变器
n2 Z L ( s)
− k1 k 2 Z L ( s )
1 Z L r2
r1 r2
NII
1 1 r2
− r1 1
− r1 r2
1 Z L ( s)
故它同时具有阻抗逆变和将参数反号的作用。 故它同时具有阻抗逆变和将参数反号的作用。
表1-1 阻抗变换器和阻抗逆变器
第2端口接ZL（s） 时 第1端口的输入 阻抗
元件
传输参数矩阵T
n 0
+ − k1 0
PIC
0 1 n
0 − 1 + k2
0 u1 =1 i1 r2
− r1 0
u2 − i 2
如果在负阻抗逆变器的第2端口接以阻抗 如果在负阻抗逆变器的第 端口接以阻抗ZL（s），则第 端口接以阻抗 ） 则第1 端口的输入阻抗为
1 Z（s）= − r1 r2 1 Z （ s） L
1-10-2 阻抗逆变器 回转器是一种正阻抗逆变器，它是无源、 回转器是一种正阻抗逆变器，它是无源、无损二端口 电阻元件。 电阻元件。
0 u1 =1 i1 r2
r1 0
u2 − i 2
回转器可以用受控源实现，也可用运算放大器和电阻 回转器可以用受控源实现， 实现， 实现， 负阻抗逆变器的元件特性用传输参数矩阵表示为
负阻抗变换器的阻抗变换作用是：将阻抗变换至 倍 负阻抗变换器的阻抗变换作用是：将阻抗变换至k倍 并反号。即所谓“负阻抗变换”作用。在有源网络综 并反号。即所谓“负阻抗变换”作用。 合中，可利用NIC的这一性质实现负值的电阻、电感 合中，可利用 的这一性质实现负值的电阻、 的这一性质实现负值的电阻 或电容。 或电容。 负阻抗变换器是有源二端口电阻元件。 负阻抗变换器是有源二端口电阻元件。 负阻抗变换器可用受控源实现， 负阻抗变换器可用受控源实现，也可用运算放大器和 电阻元件实现。 电阻元件实现。
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South China University of Technology
第17讲内容
L型匹配网络 单支节匹配器 双支节匹配器 四分之一波长阻抗变换器 二项式多节阻抗变换器 渐变线
教材P162-174
Research Institute of Antenna & RF Techniques
17.1 引言
在RF电路中，常常遇到不同传输线间的连 接、不同元器件间的连接和天线与馈线间的连 接等问题。如果是直接连接，必然是会产生反 射，影响了功率传输。因此，需要在连接点间 插入匹配网络，以达到阻抗匹配，保证功率无 反射地传输。
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Zc
匹配 网络
【例题17-1】如下图，设计L型匹配网络使得天线 等构得到最大功率。已知在2GHz，
发射机输出阻抗ZT=(150+j75)Ω 天线输入阻抗ZA=(75+j15)Ω 。
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解法一（解析法）：根据要求，从匹配网络往发
射机看去的输出阻抗ZM必须等于ZA的共轭复数。
无标题内容时的版面
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具体求解过程： 第1步：计算发射机和天线的归一化阻抗。由 于题目未给出Zc，我们任选该值为Zc=75Ω。 这样，发射机和天线的归一化阻抗则分别为
通过例题，可以总结出设计L型匹配网络的 基本步骤： 1. 求出归一化源阻抗和负载阻抗。 2. 在Smith圆图上画出过源阻抗点的等电阻 圆和等电导圆。 3. 在Smith圆图上画出过负载阻抗点的等电 阻圆和等电导圆。
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zA 0.5 j0.6 , yA 0.8 j1 zB 0.5 j0.6 , yB 0.8 j1 zC 1 j1.2 , yC 3 j0.5 zD 1 j1.2 , yD 3 j0.5
5. 所以，L形匹配网络有4种可能的途径：
第2步：并联电容。zT与电容并联后的总阻 抗应与zT落在Smith阻抗导纳圆图中的同一 等电导圆上，最后落在与rA电阻圆的交点 上，得
zTC 1 j1.22 yTC 0.4 j0.49
于是
jbC yTC yT j0.69
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)
jX L
RA
jX A
BC jC X L jL
ZT RT jXT
将实部与虚部分开，可得
Z A RA jX A
RT RA (1 BC XT ) ( X A X L )BC RT
(1)
XT RT RABC (1 BC XT )( X A X L ) (2)
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将（2）中的XL代入（1），得到关于BC的二次 方程，其解为
XT BC
RT RA
(RT 2
XT
2)
RT 2
RT 2 XT 2
(3)
由于RT大于RA，所以根号内的值为正，且大于 XT2，为了保证BC为正，取根号前符号为正。
无标题内容时的版面
zs 1 j0.5 ys 0.8 j0.4 zL 0.5 j1 yL 3 j0.8
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4. 上述圆有4个交点，记为A，B，C和D，它们 对应的归一化阻抗和归一化导纳如下：
射频电路与天线
RF Circuits and Antennas
第17讲 阻抗匹配器
涂治红
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 TEL: 22236201-604 Email:zhtu@
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zA Z A / ZC rA jxA 1 j0.2 zT ZT / ZC rT jxT 2 j1 z*A rA jxA 1 j0.2
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实际中，并不一定要从源阻抗点向负载共 轭阻抗点移动，也可以从负载向源共轭阻 抗点移动。
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【例17-2】已知，源阻抗 Zs= (50+j25)Ω，负载阻 抗ZL= (25-j50)Ω，传输线的特性阻抗为 ZC=50Ω，工作频率 f =2GHz 。试采用Smith圆 图法设计L型匹配网络。 解：1. 归一化源阻抗、负载阻抗为
ZM
Z
A
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ZM等于ZT与电容C并联后再与电感L串联
ZM =
1 ZT-1 +jBC
jX L
Z
* A
则
1
RT jXT jBC (RT jXT
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ZL
Zin＝Zc
无反射匹配
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另外，为了使信号源输出功率最大，也希望 外电路的输入阻抗与源阻抗实现共轭匹配， 因此，在外电路与信号源之间通常也需要匹 配网络。
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第3步：串联电感。串联电感后，阻抗将沿
着等电阻圆顺时针移动，直至ZM点
zM
z
* A
1
j0.2
于是
jxL
z* ATC
zTC
j1.02
最后，反归一化，得到电容和电感实际值
L xLZ0 6.09 nH
C b 0.73 pF
Smith圆图中参量点的移动方向：如果连接
的是电感，则参量点将向Smith圆图的上半 圆移动，如果连接的是电容，则参量点将 向Smith圆图的下半圆移动。
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将（3）代入（1），可得
XL
1 BC
RA (1 BC XT ) BC RT
XA
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最后，将已知数据代入得
BC 9.2mS
C BC / 0.73 pF
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4. 找出上两步所画圆的交点。交点的个数就 是可能存在的L型匹配网络的数目。
5. 现沿着相应的圆将源阻抗点移到上述交 点，然后再沿着相应的源移动到负载的共 轭点，根据这两次过程，确定出电感和电 容的归一化值。
6. 反归一化，求出实际电感和电容值。
的。从点ZA到点Z*L ，阻抗是沿着等电阻圆变 换并向圆图的上半圆移动，这表明增加的元件
是串联电感。所以，沿
zs
zA
z
* L
路径做变
换将得到 “并联电感，串联电感”的匹配网络
结构。
对于 zs zB zL*路径，匹配网络则为“并联 电容，串联电感”结构。
对于 zs zC zL*路径，匹配网络则为“串联 电容，并联电感”结构。
根据匹配负载的性质，阻抗匹配可分为三种： 匹配纯电阻负载，称为阻抗变换器 匹配复阻抗负载，称为阻抗匹配器 匹配负阻与正阻（振荡器和放大器等）
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常用的匹配网络形式有 L型匹配网络（集总元件网络） 支节匹配器（单支节、双支节匹配） 1/4波长阻抗变换器（单节和多节） 宽带阻抗变换器（渐变线）
设计匹配网络时有两种方法可供选择： 采用解析方法求出元件的值 利用Smith圆图作为图解设计工具
前者可以得到精确的结果，并适合于计算 机辅助设计。后者无须复杂计算，更加直 观，便于对匹配过程的理解。
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解法二（Smith圆图法）： Smith圆图法的要点：
电抗元件与复数阻抗串联将导致Smith圆图