阻抗匹配
阻抗匹配概念
阻抗匹配概念阻抗匹配概念阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，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，电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
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，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
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夫图表上。
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，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表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。
重覆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来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为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，单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，即缆长可以忽略的话，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。
通信电子中的阻抗匹配技术
通信电子中的阻抗匹配技术随着通信电子技术的不断发展，阻抗匹配技术在信号处理和传输中的重要性也日益突显，被广泛应用于各种通信系统中。
阻抗匹配技术可以帮助提高通信系统的传输效率和信号质量，从而最大限度地提高信号的可靠性和稳定性，为我们带来了更加便捷和高效的通信体验。
1. 阻抗匹配技术的基础知识阻抗是指在电路中呈现出的供电源的电容和电感的反抗，它是电路的一种特性。
在通信电子系统中，阻抗匹配技术是把两种不同阻抗的电路连接在一起时，通过适当的元器件调整电路中阻抗的大小，使得两种电路的阻抗相等，从而达到信号的传输和处理。
阻抗匹配技术可分为串联匹配和并联匹配。
串联匹配是将电阻、电感等元器件串联在信号传输线路上，通过元器件的阻抗特性阻止信号的反射，并消除传输线上的阻抗不匹配问题。
而并联匹配则是将元器件并联在信号传输线路上，以达到同样的效果。
2. 阻抗匹配技术的应用领域阻抗匹配技术被广泛应用于通信电子系统中的各个方面，如无线通信、广播电视、卫星通信、有线通信等。
下面以无线通信为例，简要介绍阻抗匹配技术的应用：（1）手机天线阻抗匹配在手机通信中，天线是连接手机和基站之间的关键组成部分。
为了提高手机与基站之间的通信质量，需要通过合适的阻抗匹配电路匹配天线和手机的阻抗，从而减少信号的反射和干扰，提升信号质量和传输速率，使得手机通信更加可靠、稳定。
在手机中，通常使用调谐电路和天线封装在一起，形成一个整体天线组件，以实现天线阻抗匹配。
（2）基站天线阻抗匹配与手机天线阻抗匹配类似，基站天线阻抗匹配同样非常重要。
基站天线用于接收和发射信号，如果阻抗不匹配，将会造成信号的反射和干扰，导致通信效果不佳。
因此，在基站中也需要使用阻抗匹配技术，通过适当的调整电路中的元器件来匹配天线和基站的阻抗，以提高信号传输的效率和质量。
（3）无线传感器阻抗匹配无线传感器是物联网中重要的组成部分，它们可以通过无线信号实现对周围环境的监测和控制。
在无线传感器中，需要通过阻抗匹配技术来消除信号的反射和干扰，以提高信号传输速率和抗干扰能力，从而提高整个传感系统的信号质量和稳定性。
为什么要进行阻抗匹配
为什么要进行阻抗匹配电子行业的工程师经常会遇到阻抗匹配问题。
什么是阻抗匹配，为什么要进行阻抗匹配?本文带您一探究竟!一、什么是阻抗在电学中，常把对电路中电流所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗单位为欧姆，常用Z表示，是一个复数Z= R+i( ωL–1/(ωC))。
具体说来阻抗可分为两个部分，电阻(实部)和电抗(虚部)。
其中电抗又包括容抗和感抗，由电容引起的电流阻碍称为容抗，由电感引起的电流阻碍称为感抗。
图1 复数表示方法二、阻抗匹配的重要性阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。
阻抗匹配主要有两点作用，调整负载功率和抑制信号反射。
1、调整负载功率假定激励源已定，那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。
对于一个理想化的纯电阻电路或者低频电路，由电感、电容引起的电抗值基本可以忽略，此时电路的阻抗来源主要为电阻。
如图2所示，电路中电流I=U/(r+R)，负载功率P=I*I*R。
由以上两个方程可得当R=r时P取得最大值，Pmax=U*U/(4*r)。
图2 负载功率调整2、抑制信号反射当一束光从空气射向水中时会发生反射，这是因为光和水的光导特性不同。
同样，当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。
波长与频率成反比，低频信号的波长远远大于传输线的长度，因此一般不用考虑反射问题。
高频领域，当信号的波长与传输线长出于相同量级时反射的信号易与原信号混叠，影响信号质量。
通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射。
图3 正常信号图4 异常信号(反射引起超调)三、阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法主要有两个，一是改变组抗力，二是调整传输线。
改变阻抗力就是通过电容、电感与负载的串并联调整负载阻抗值，以达到源和负载阻抗匹配。
调整传输线是加长源和负载间的距离，配合电容和电感把阻抗力调整为零。
此时信号不会发生发射，能量都能被负载吸收。
高速PCB布线中，一般把数字信号的走线阻抗设计为50欧姆。
一般规定同轴电缆基带50欧姆，频带75欧姆，对绞线(差分)为85-100欧姆。
阻抗匹配
信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。
一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系，以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。
对电子设备互连来说，例如信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何阻抗的音箱。
匹配条件①负载阻抗等于信源内阻抗，即它们的模与辐角分别相等，这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值，即它们的模相等而辐角之和为零。
这时在负载阻抗上可以得到最大功率。
这种匹配条件称为共轭匹配。
如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性，则两种匹配条件是等同的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，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，电抗成份绝对值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
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，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
史密夫图表上。
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，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表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。
重覆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。
共轭匹配在信号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比K，当两者相等，即K=1时，输出功率最大。
阻抗匹配方法
阻抗匹配方法
1. 什么是阻抗匹配
阻抗匹配是一种用来匹配电气设备输出阻抗与它的负载阻抗的
技术。
在电气系统中，将负载与大功率的源连接时，必须使大功率源的输出阻抗与负载的阻抗相匹配，二者之间的匹配被称为“阻抗匹配”，阻抗匹配技术使电路可以将最大的功率输出到负载中，使得系统正常运行，达到预期的效果。
2. 阻抗匹配的目的
能够有效地将电气信号从源端传输到负载端，以获得较好的信号传递质量，确保系统有效地工作，减少噪声，以及防止系统损坏。
3. 如何匹配阻抗
（1）使用具有非常低的阻抗值（2）使用可调节的阻抗变压器（3）使用改变负载电阻的装置（4）使用特殊的变压器，如：带有阻抗变
化因子的变压器（5）使用带有阻抗变化因子的网络变压器（双臂变
压器）（6）使用可调谐的特殊线圈（7）使用电容，电感或晶体管组
成的混合电路。
- 1 -。
什么是阻抗？什么是阻抗匹配？为什么要阻抗匹配？
什么是阻抗？什么是阻抗匹配？为什么要阻抗匹配？什么是阻抗？具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示。
阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。
如果三者是串联的，又知道交流电的频率f、电阻R、电感L和电容C，那么串联电路的阻抗阻抗的单位是欧。
对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。
阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念，这篇文章对这个“阻抗匹配”进行了比较好的解析。
回答了什么是阻抗匹配。
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，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
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夫图表上。
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，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表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。
重覆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来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为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，单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。
阻抗匹配计算详解
阻抗匹配计算详解阻抗匹配是电子电路设计中常用的技术之一、它的作用是通过改变电路中的负载阻抗，使得输出电流或功率能够最大化。
阻抗匹配对于提高电路的效率、减少功率损耗、改善信号传输等方面都具有重要意义。
在电路中，输入阻抗和输出阻抗是两个基本的概念。
输入阻抗是指输入端对于信号源的阻力，而输出阻抗是指输出电路对于负载的阻力。
在理想情况下，输入和输出阻抗应该相等，以达到最大功率输出。
然而，实际电路中由于各种因素的影响，输入输出阻抗常常不匹配，从而导致功率的损失。
为了防止功率损失，我们需要进行阻抗匹配。
阻抗匹配的方法有很多种，其中常用的有三种：串联匹配、并联匹配和变压器匹配。
串联匹配是指在输入/输出电路前面或后面串联一个电阻，使得整个电路的输入/输出阻抗得到改善。
假设输入电阻为R1，输出电阻为R2，要求将R1匹配到R3，将R2匹配到R4、这时需要在输入电路的前面串联一个电阻R3，在输出电路的后面串联一个电阻R4，使得R1=R3，R2=R4、这样就达到了阻抗匹配的目的。
并联匹配是指在输入/输出电路前面或后面并联一个电阻，使得整个电路的输入/输出阻抗得到改善。
与串联匹配类似，假设输入电阻为R1，输出电阻为R2，要求将R1匹配到R3，将R2匹配到R4、这时需要在输入电路的前面并联一个电阻R3，在输出电路的后面并联一个电阻R4，使得1/R1+1/R3=1/R3，1/R2+1/R4=1/R3变压器匹配是指使用变压器将输入阻抗与输出阻抗进行匹配。
变压器具有阻抗变换的功能，可以通过调整变压器的比例关系来达到阻抗匹配的目的。
假设输入电阻为R1，输出电阻为R2，要求将R1匹配到R3，将R2匹配到R4、这时可以通过调整变压器的匝数比例以及串联或并联电阻来实现阻抗的匹配。
1.确定输入和输出阻抗的数值，并且将其表示出来。
2.根据匹配的方法（串联匹配、并联匹配或变压器匹配）来选择相应的计算公式。
3.根据计算公式，将输入和输出阻抗的数值代入，求解未知的电阻或变压器参数。
阻抗匹配原理
阻抗匹配原理
阻抗匹配是一种用于电路设计中的技术，旨在实现电路之间的最大功率传输。
阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗的数值，使其与外部电路的阻抗相等，以达到能量传输的最佳效果。
阻抗匹配的基本原理是根据电路的特性和Ohm定律，电路的功率传输最大化是在源电阻和负载电阻的阻抗相等时实现的。
换句话说，当源电阻和负载电阻的阻抗相匹配时，电流和电压可以被完全传递，从而提高系统的效率。
阻抗匹配可以通过几种方式来实现。
其中一种常见的方式是使用一种称为“返阻”的器件，它可以在电路中引入附加的阻抗来调整总体阻抗值。
返阻器件通常是电阻或电容器，在电路中起到帮助调整阻抗的作用。
另一种常见的阻抗匹配方法是使用变压器。
变压器可以通过改变输入和输出电压之间的比例来实现阻抗匹配。
变压器的工作原理是基于电感的性质，通过将电流传递到较高或较低的电压绕组，从而调整阻抗值。
阻抗匹配在电路设计中非常重要。
如果在电路中没有正确的阻抗匹配，将导致不完全的能量传输和信号失真。
因此，在设计电路时，阻抗匹配要被认真考虑，以确保最佳功率传输和系统效率。
总之，阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗值，使其与外部电路的阻抗相等，以最大化功率传输。
这可以通过使用返阻器件
或变压器来实现。
阻抗匹配在电路设计中非常重要，可以确保能量传输的最佳效果和系统的高效性。
阻抗匹配
• 支节调配器：是由距离负载的某位置上的并联或串联终端短路或开
路的传输线（又称支节）构成的。支节数可以是一条、两条、三条或更多。 讨论 (1)单支节调配器、(2)双支节调配器、(3)三支节调配器。
l
ZL
三、阻抗匹配的方法——并联支节调配器法
但Zg和Zl一般为复阻抗，无耗传输线Z0为纯阻抗，很难同时满足匹配
为实现匹配一般在信号源和终端负载处分别加始端和终端匹配装置 （一）信号源端的阻抗匹配 一般采用去耦衰减器或隔离器以实现信号源端匹配（吸收反射波）
前者使被信号源再反射的二次反射波由于两次通过衰减器，已微不足道。 但也会消耗输往负载的入射功率，不适合大功率微波源。 后者是一个非互易器件，只允许入射波通过而吸收掉反射波，即保证了功 率的有效传输，又可消除信号源的内反射，构成匹配源
(1) 归一化负载阻抗 zL=ZL/Z0=2+j4 对应A点，电长度为：0.218 (2) 找波腹点B或波节点C 可读得ρ 11 (3) 求所接λ /4传输线的Z01
( Z 01 ) R
m ax
ZC
Z01
Zin = =>
ZC
λ /4
d
Z 0 R m ax
Z0 Z0 Z0
249
传输线功率容量最大。 o 阻抗失配时传输大功率信号易导致击穿； 信号源可能被破坏。 行波状态时信号源工作稳定 o 避免频率牵引和输出功率变化 o 匹配源的输出功率是固定不变的
三、阻抗匹配的方法
阻抗匹配：ZL＝Z0、Zg＝Z0、 Zin＝Z0* 只有当Zg＝ZL＝ZC都为纯电阻时，才能同时实现匹配。
阻抗匹配定义及实现简介
1.阻抗的定义在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗;阻抗的单位是欧姆。
阻抗的公式是：Z= R+j(ωL–1/（ωC）)其中，负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复物，复合后统称“阻抗”，写成数学公式即是：阻抗Z= R+j(ωL–1/（ωC）)。
其中R为电阻，ωL为感抗，1/（ωC）为容抗。
（1）如果(ωL–1/ωC) > 0，称为“感性负载”；（2）反之，如果(ωL–1/ωC) < 0称为“容性负载”。
2.阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
匹配条件包括：①负载阻抗等于信源内阻抗，即它们的模与辐角分别相等，这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值，即它们的模相等而辐角之和为零。
这时在负载阻抗上可以得到最大功率。
这种匹配条件称为共轭匹配。
如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性，则两种匹配条件是等同的。
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=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2)=U2×R/[(R-r)2+4×R×r]=U2/{[(R-r)2/R]+4×r}对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。
阻抗匹配的方法
阻抗匹配的方法关于阻抗匹配的方法，可以从电路理论和实际应用两个方面来进行探讨。
下面将介绍10条关于阻抗匹配的方法，并详细描述它们的原理和优缺点。
1.电阻器法：电阻器法是最简单的阻抗匹配方法之一，通过串联电阻器来降低电路输入端的阻抗。
这种方法的优点是简单易用，成本低廉，但是由于串联电阻器会引入附加损耗，所以对于高频电路不太适用。
2.变压器法：变压器法是一种常用的阻抗匹配方法，通过变压器来匹配输入和输出端的阻抗。
这种方法的优点是可以实现很高的传输效率，但是对于广频应用来说，变压器会引入误差和损耗。
3.利用共模电感：利用共模电感的方法可以将输入端和输出端的阻抗进行匹配，使得传输效率更高。
这种方法的优点是能够减小误差，并且能够在高频电路中使用，但是也有一定的局限性。
4.反馈法：反馈法是一种非常有效的阻抗匹配方法，在信号源和负载之间加入反馈网络，使得输入和输出端的阻抗得到匹配。
这种方法的优点是能够减小误差，提高传输效率，但是对于高频电路来说，反馈网络会引入附加损耗。
5.单元匹配法：单元匹配法是一种分析性思维的方法，它通过分析电路元件的特性和输入输出端的阻抗，来进行阻抗匹配。
这种方法的优点是精准度高，能够针对不同的电路元件进行优化匹配，但是需要更深入的电路知识支持才能使用。
6.拓扑匹配法：拓扑匹配法是一种基于电路的结构拓扑分析的方法，通过分析电路拓扑结构来进行阻抗匹配。
这种方法的优点是可以简化电路设计，提高设计效率，但是对于复杂电路的匹配来说，拓扑匹配法可能并不适用。
7.短路管法：短路管法是一种近似匹配法，它通过引入短路管来抵消输入输出端的阻抗不匹配。
这种方法的优点是简单直接，但是由于短路管的特性会对电路带来一定的干扰，因此需要考虑干扰问题。
8.天线阻抗匹配法：天线阻抗匹配法是一种针对天线信号的阻抗匹配方法，它通过对天线阻抗进行调节，来使得天线信号能够更好地与目标设备匹配。
这种方法的优点是能够提高天线信号的传输效率，但是需要考虑阻抗调节的可行性和实际效果。
什么是阻抗匹配-阻抗匹配是什么意思-阻抗匹配原理
什么是阻抗匹配?阻抗匹配是什么意思?阻抗匹配原理阻抗匹配是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至全部高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过转变阻抗力，另一种则是调整传输线的波长。
转变阻抗力：把电容或电感与负载串联起来，即可增加或削减负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
假如把电容或电感接地，首先图表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。
重覆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。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗相互适配，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。
串联终端匹配：串联终端匹配的理论动身点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.串联终端匹配后的信号传输具有以下特点：A 由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50％向负载端传播；B 信号在负载端的反射系数接近＋1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50％；C 反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同；D 负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻汲取；E 反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动力量。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简洁，就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
抱负的信号驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。
比如电源电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平常典型的输出阻抗为37Ω，在高电平常典型的输出阻抗为45Ω[4]；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
阻抗匹配
λ λ φl ± 4π 4此处为第一 波节点微波工程基础
11
第一章 均匀传输线理论之•阻抗匹配
(c)多支节调配 多支节调配(multiple-stub tuning) 多支节调配
单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配， 单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配， 要展宽频带，可采用多支节结构来实现。 要展宽频带，可采用多支节结构来实现。
l1′ =
λ φL 4π
此处为第一 波腹点
10
第一章 均匀传输线理论之•阻抗匹配
(b) 并联单支节调配器 并联单支节调配器
A
Y0 Y0
l '1
Y0
B
lmin1
B′
l min 1 =
l1′ =
A′
此处输入导纳应 等于特性导纳
l2
1 λ arctan 2π ρ 1− ρ λ λ l2 = − arctan 4 2π ρ
所需阻抗： 所需阻抗：最大增益匹配 最小噪声系数匹配 最大输出功率匹配 等等
微波工程基础
2
第一章 均匀传输线理论之•阻抗匹配
1. 三种匹配 三种匹配(impedance matching)
入射波 反射波 Zg Z0 Zl
(1) 负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。 负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。 此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 (2) 源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。 源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。 对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的， 对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的， 负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。 负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。
微波技术基础7-阻抗匹配
传输线的电路理论—阻抗匹配
常用的匹配方法
g 4阻抗变换器
置于特性阻抗不同的均匀传输线之间或传 输系统与负载之间起阻抗匹配作用。
传输线的电路理论—阻抗匹配
对于该图所示的结构，容易推导要使T处 in 0 0 0L
由于无耗传输线的特性阻抗是实数，因此，g / 4阻抗变
传输线的电路理论
➢阻抗匹配
阻抗匹配的重要性： 使微波传输系统能将波源的功率有效地传给负载； 关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性； 关系到微波元器件的性能以及微波测量的系统误差
和测量精度。 阻抗匹配的分类：
无反射匹配 共轭匹配
传输线的电路理论—阻抗匹配
无反射匹配
负载匹配—负载与传输线之间的匹配； 匹配条件：L 0 匹配后传输线状态：负载经匹配后不产生波的反射，
传输线上呈行波状态。 波源匹配—波源与传输线之间的匹配； 匹配条件： g 0 匹配后传输线状态：波源经匹配后对传输线不产生波
的反射。 实际情况：负载不匹配而产生反射波，但波源匹配将
不产生二次反射。
传输线的电路理论—阻抗匹配
共轭匹配
特点：负载吸收最大功率的匹配。 匹配条件：传输线上任一参考面T向负载看去的输入 阻抗与向波源看去的输入阻抗互为共轭，即
b 1 ln RL 1 ln R L 0 L
（R为阻抗变换比）
1
2
eL j 2 z
0
d dz
ln R L
z
ln
0 dz
1 2
e jL
ln
R
sin L L
1 ln R sin L
2
L
1 ln R sin L
微波技术基础7-阻抗匹配
g
R L R g
X
L
X
g
两者的电阻应相等，电抗的数值相等， 而性质相反。
传输线的电路理论—阻抗匹配
匹配下的负载吸收功率情况
负载吸收功率可表示为：
P L 1 2 R eV L IL 1 2 E g 2(R L R g )2R L (X L X g )2
dlm in4 gcos11 1 S S
串联支节长度为
l g tg1 1 S 2 S
传输线的电路理论—阻抗匹配
双支节匹配器与三支节匹配器
优点： 匹配不同负载时，只需调节支节长度L，无需调节d; 三支节匹配器客服了双支节匹配区存在“匹配禁区”的缺
点。
传输线的电路理论—阻抗匹配
此反射系数对渐变线输入端总反射系数的贡献为
d d ze j2 z 1 2 e j2 zd d zln 0 (z)d z
于是
1 20Lej2zd dzln0(z)dz
传输线的电路理论—阻抗匹配
例如
当z=L时
因此 最后可得
0(z) 0(0)ebz 0ebz ln0(z)ln0bz
l g tg1 S 2 1S
图解法
求解较为简单，可分为两个步骤。 1. 找出负载归一化导纳值在导纳圆图中的对应点M
作等反射系数圆交G 1 的匹配圆与A、B
读出点M顺时转至A、B的长度 d 1 、d 2
读出A、B处得导纳值 1 j b 、1 j b
2.
在 d 处1 并联一个短路支节： 由导纳圆图中的短路点C 顺时转至 点j b D C、D间
传输线的电路理论—阻抗匹配
d z 0 0 ( ( z z ) ) d d 0 0 0 0 ( ( z z ) ) 2 d 0 ( 0 z ) 1 2 d l n 0 ( z ) 1 2 d d z l n 0 ( z ) d z
阻抗匹配原理
阻抗匹配原理阻抗匹配是电子电路中的重要概念，它能够有效地提高信号传输的效率，降低信号反射和损耗。
在实际电路设计中，阻抗匹配原理被广泛应用于各种通信系统、射频电路和微波电路中。
本文将介绍阻抗匹配的基本原理、常见的匹配网络以及在电路设计中的应用。
阻抗匹配的基本原理是为了使信号源和负载之间的阻抗相互匹配，从而最大限度地传输能量，减小信号反射。
在电路中，如果信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗不匹配，就会导致信号反射和能量损耗。
因此，为了最大限度地传输信号能量，需要采取一定的方法来匹配信号源和负载之间的阻抗。
常见的阻抗匹配网络包括L型匹配网络、π型匹配网络、串联匹配网络和并联匹配网络。
这些匹配网络可以通过合适的阻抗变换元件，如电感、电容和阻性元件，来实现阻抗的匹配。
在实际电路设计中，设计工程师需要根据具体的应用场景和要求，选择合适的匹配网络来实现阻抗匹配。
阻抗匹配在电路设计中起着至关重要的作用。
在射频和微波电路中，阻抗匹配可以有效地提高信号传输的效率，降低信号反射和损耗，从而提高整个系统的性能。
在通信系统中，阻抗匹配可以保证信号的稳定传输，提高通信质量。
因此，设计工程师需要深入理解阻抗匹配原理，并灵活运用在实际的电路设计中。
总之，阻抗匹配原理是电子电路设计中不可或缺的重要概念。
通过合理的阻抗匹配，可以提高信号传输效率，降低信号反射和损耗，从而提高整个系统的性能。
在实际的电路设计中，设计工程师需要根据具体的应用场景和要求，选择合适的匹配网络来实现阻抗匹配，从而达到最佳的设计效果。
希望本文能够帮助读者更好地理解阻抗匹配原理，并在实际的电路设计中加以运用。
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阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理本文利用史密斯圆图作为RF 阻抗匹配的设计指南。
文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例，并用作图法设计了一个频率为60MHz 的匹配网络。
实践证明：史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。
在处理RF 系统的实际应用问题时，总会遇到一些非常困难的工作，对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。
一般情况下，需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO 输出与混频器输入之间的匹配。
匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。
在高频端，寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。
频率在数十兆赫兹以上时，理论计算和仿真已经远远不能满足要求，为了得到适当的最终结果，还必须考虑在实验室中进行的RF 测试、并进行适当调谐。
需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。
有很多种阻抗匹配的方法，包括:• 计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配，所以使用起来比较复杂。
设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。
设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。
另外，除非计算机是专门为这个用途制造的，否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。
• 手工计算: 这是一种极其繁琐的方法，因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。
• 经验: 只有在RF 领域工作过多年的人才能使用这种方法。
总之，它只适合于资深的专家。
•史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。
本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识，并且总结它在实际中的应用方法。
讨论的主题包括参数的实际范例，比如找出匹配网络元件的数值。
当然，史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络，还能帮助设计者优化噪声系数，确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。
w w w .p c bt ec h .n e t图1. 阻抗和史密斯圆图基础基础知识在介绍史密斯圆图的使用之前，最好回顾一下RF 环境下(大于100MHz) IC 连线的电磁波传播现象。
这对RS-485传输线、PA 和天线之间的连接、LNA 和下变频器/混频器之间的连接等应用都是有效的。
大家都知道，要使信号源传送到负载的功率最大，信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗，即：R s + jX s = R L - jX L图2. 表达式R s + jX s = R L - jX L 的等效图在这个条件下，从信号源到负载传输的能量最大。
另外，为有效传输功率，满足这个条件可以避免能量从负载反射到信号源，尤其是在诸如视频传输、RF 或微波网络的高频应用环境更是如此。
史密斯圆图史密斯圆图是由很多圆周交织在一起的一个图。
正确的使用它，可以在不作任何计算的前提下得到一个表面上看非常复杂的系统的匹配阻抗，唯一需要作的就是沿着圆周线读取并跟踪数据。
w w w .p c bt ec h .n e t史密斯圆图是反射系数(伽马，以符号表示)的极座标图。
反射系数也可以从数学上定义为单端口散射参数，即s 11。
史密斯圆图是通过验证阻抗匹配的负载产生的。
这里我们不直接考虑阻抗，而是用反射系数L ，反射系数可以反映负载的特性(如导纳、增益、跨导)，在处理RF 频率的问题时，L 更加有用。
我们知道反射系数定义为反射波电压与入射波电压之比:图3. 负载阻抗负载反射信号的强度取决于信号源阻抗与负载阻抗的失配程度。
反射系数的表达式定义为：由于阻抗是复数，反射系数也是复数。
为了减少未知参数的数量，可以固化一个经常出现并且在应用中经常使用的参数。
这里Z o (特性阻抗)通常为常数并且是实数，是常用的归一化标准值，如50、75、100和600。
于是我们可以定义归一化的负载阻抗：据此，将反射系数的公式重新写为：从上式我们可以看到负载阻抗与其反射系数间的直接关系。
但是这个关系式是一个复数，所以并不实用。
我们可以把史密斯圆图当作上述方程的图形表示。
为了建立圆图，方程必需重新整理以符合标准几何图形的形式(如圆或射线)。
首先，由方程2.3求解出；w w w .p c bt ec h .n e t并且令等式2.5的实部和虚部相等，得到两个独立的关系式：重新整理等式2.6，经过等式2.8至2.13得到最终的方程2.14。
这个方程是在复平面(r, i)上、圆的参数方程(x-a)2 + (y-b)2 = R 2，它以(r/r+1, 0)为圆心，半径为1/1+r.更多细节参见图4a 。
w w w .p c bt ec h .n e t图4a. 圆周上的点表示具有相同实部的阻抗。
例如，R ＝1的圆，以(0.5, 0)为圆心，半径为0.5。
它包含了代表反射零点的原点(0, 0) (负载与特性阻抗相匹配）。
以(0，0)为圆心、半径为1的圆代表负载短路。
负载开路时，圆退化为一个点(以1，0为圆心，半径为零)。
与此对应的是最大的反射系数1，即所有的入射波都被反射回来。
在作史密斯圆图时，有一些需要注意的问题。
下面是最重要的几个方面：• 所有的圆周只有一个相同的，唯一的交点(1, 0)。
• 代表0、也就是没有电阻(r = 0)的圆是最大的圆。
• 无限大的电阻对应的圆退化为一个点(1, 0)• 实际中没有负的电阻，如果出现负阻值，有可能产生振荡。
•选择一个对应于新电阻值的圆周就等于选择了一个新的电阻。
作图经过等式2.15至2.18的变换，2.7式可以推导出另一个参数方程，方程2.19。
同样，2.19也是在复平面(r, i)上的圆的参数方程(x-a)2 + (y-b)2 = R 2,它的圆心为(1, 1/x)，半径1/x 。
更多细节参见图4b 。
w w w .p c bt ec h .n e t图4b. 圆周上的点表示具有相同虚部x 的阻抗。
例如，x=1的圆以(1, 1)为圆心，半径为1。
所有的圆(x 为常数)都包括点(1, 0)。
与实部圆周不同的是，x 既可以是正数也可以是负数。
这说明复平面下半部是其上半部的镜像。
所有圆的圆心都在一条经过横轴上1点的垂直线上。
完成圆图为了完成史密斯圆图，我们将两簇圆周放在一起。
可以发现一簇圆周的所有圆会与另一簇圆周的所有圆相交。
若已知阻抗为r + jx ，只需要找到对应于r 和x 的两个圆周的交点就可以得到相应的反射系数。
可互换性上述过程是可逆的，如果已知反射系数，可以找到两个圆周的交点从而读取相应的r 和x 的值。
过程如下：• 确定阻抗在史密斯圆图上的对应点 • 找到与此阻抗对应的反射系数 () • 已知特性阻抗和，找出阻抗 • 将阻抗转换为导纳 • 找出等效的阻抗•找出与反射系数对应的元件值(尤其是匹配网络的元件，见图7)推论因为史密斯圆图是一种基于图形的解法，所得结果的精确度直接依赖于图形的精度。
下面是一个用史密斯圆图表示的RF 应用实例： 例: 已知特性阻抗为50，负载阻抗如下：w w w .p c bt ec h .n e tZ 1 = 100 + j50 Z 2 = 75 -j100 Z 3 = j200 Z 4 = 150 Z 5 =(开路) Z 6 = 0 (短路)Z 7 = 50Z 8 = 184 -j900对上面的值进行归一化并标示在圆图中(见图5)：z 1 = 2 + j z 2 = 1.5 -j2 z 3 = j4 z 4 = 3 z 5 = 8z 6 = 0z 7 = 1z 8 = 3.68 -j18S图5. 史密斯圆图上的点现在可以通过图5的圆图直接解出反射系数。
画出阻抗点(等阻抗圆和等电抗圆的交点)，只要读出它们在直角坐标水平轴和垂直轴上的投影，就得到了反射系数的实部r 和虚部i (见图6)。
该范例中可能存在八种情况，在图6所示史密斯圆图上可以直接得到对应的反射系数：1 = 0.4 + 0.2j2 = 0.51 - 0.4j3 = 0.875 + 0.48j4 = 0.5 5 = 16 = -17 = 08 = 0.96 - 0.1jw w w .p c bt ec h .n e t图6. 从X-Y 轴直接读出反射系数的实部和虚部用导纳表示史密斯圆图是用阻抗(电阻和电抗)建立的。
一旦作出了史密斯圆图，就可以用它分析串联和并联情况下的参数。
可以添加新的串联元件，确定新增元件的影响只需沿着圆周移动到它们相应的数值即可。
然而，增加并联元件时分析过程就不是这么简单了，需要考虑其它的参数。
通常，利用导纳更容易处理并联元件。
我们知道，根据定义Y = 1/Z ，Z = 1/Y 。
导纳的单位是姆欧或者-1(早些时候导纳的单位是西门子或S)。
并且，如果Z 是复数，则Y 也一定是复数。
所以Y = G + jB (2.20),其中G 叫作元件的“电导”，B 称“电纳”。
在演算的时候应该小心谨慎，按照似乎合乎逻辑的假设，可以得出：G = 1/R 及B = 1/X ，然而实际情况并非如此，这样计算会导致结果错误。
用导纳表示时，第一件要做的事是归一化， y = Y/Y o ，得出 y = g + jb 。
但是如何计算反射系数呢？通过下面的式子进行推导：结果是G 的表达式符号与z 相反，并有(y) = -(z).如果知道z ，就能通过将的符号取反找到一个与(0，0)的距离相等但在反方向的点。
围绕原点旋转180°可以得到同样的结果。
(见图7).w w w .p c bt ec h .n e t图7. 180°度旋转后的结果当然，表面上看新的点好像是一个不同的阻抗，实际上Z 和1/Z 表示的是同一个元件。
(在史密斯圆图上，不同的值对应不同的点并具有不同的反射系数，依次类推)出现这种情况的原因是我们的图形本身是一个阻抗图，而新的点代表的是一个导纳。
因此在圆图上读出的数值单位是姆欧。
尽管用这种方法就可以进行转换，但是在解决很多并联元件电路的问题时仍不适用。
导纳圆图在前面的讨论中，我们看到阻抗圆图上的每一个点都可以通过以复平面原点为中心旋转180°后得到与之对应的导纳点。
于是，将整个阻抗圆图旋转180°就得到了导纳圆图。
这种方法十分方便，它使我们不用建立一个新图。
所有圆周的交点(等电导圆和等电纳圆)自然出现在点(-1, 0)。
使用导纳圆图，使得添加并联元件变得很容易。
在数学上，导纳圆图由下面的公式构造：解这个方程w w w .p c bt ec h .n e t接下来，令方程3.3的实部和虚部相等，我们得到两个新的独立的关系：从等式3.4，我们可以推导出下面的式子：它也是复平面 (r, i)上圆的参数方程(x-a)2 + (y-b)2 = R 2(方程3.12)，以(-g/g+1, 0)为圆心，半径为1/(1+g)。