无线耦合信号传输天线的设计与阻抗匹配-PPT精选文档
天线技术天线技术(第五部分-阻抗匹配)5.5-第五章-阻抗匹配
电刻度
180 起点
a 点在线上移动/2。
180
0 旋转方向：向电源移动，z'增加，
顺时针旋转；向负载移动，z'减小，
135
45
逆时针旋转。
90 向负载
电刻度起点的约定：(1, 0)点
§5.1 阻抗圆图(6)
2、归一化阻抗曲线坐标
Z (z ') R(z ') jX (z ') 1 a jb 1 a jb
四、应用举例
例1、已知负载归一化阻
抗 ZL，求S和2。
Rmax S
2 2 e j2
2
S 1 S 1
jb
XL
2
2 RL
a
Rmax
第五部分 阻抗匹配
阻抗圆图 匹配方法
§5.1 阻抗圆图(1)
(z ')
Z (z ') Z0 Z (z ') Z0
2e j2 z'
Z (z ')
Z0
1 (z ') 1 (z ')
Z0
ZL Z0
jZ0 jZ L
tan tan
z' z'
上述公式往往涉及复数运算，比较麻烦，使用不方 便。利用史密斯圆图（Smith Chart）可简便求解，并且 容易看出准确结果的趋向，而其作图误差在工程允许范 围内。
R
1R
§5.1 阻抗圆图(8)
归一化电抗圆
jb a=1
X 1 X 4
X 0.5 X 0
X 0.5
a
X
X 1
X 4
阻抗匹配示例ppt课件
电流为每步时间间隔从脚底流出注入到每个电容上的电量：电容乘以其两端的电压；
每步之间的时间间隔，等于单位步长除以信号的速度。电流的求解公式如下：
I
Q t
CV x
CLxvV x
CLvV
v
其中：I 表示信号电流；Q 表示每步的电量；C 表示每步的电容；t 表示从一个电容跨到另一个
电容的时间；CL 为单位长度的电容量；x 表示步长；v 表示信号的速度；V 表示信号的电压。
2-4GHz
阻抗失配的示例
1. 振铃效应
2. 功率损耗
输出端功率较输入端有较大的损耗
传输线及传输线理论
当信号的波长可于分立电路元件的几何尺寸相比拟时，电压和电流不再保持空间 不变，必须把它们看做传输的波。信号采用传输线理论进行分析。
常用的传输线：双线传输线，同轴线，微带线。
特征阻抗
电磁场理论：特征阻抗 在自由空间，向正z方向传播的平面电磁波可写成典型的正弦波的形式：
反弹图
源端阻抗匹配
源端串联40欧电阻，源端和终端的电压图
阻抗匹配方法
Smith图
等电阻圆，等电抗圆 等电导圆，等电纳圆
阻抗变换方法： 串联：使用阻抗圆 并联：使用安导圆
阻抗匹配Байду номын сангаас法
双元件：L形匹配
三元件：T形/ 形匹配
阻抗匹配方法
使用ADS软件进行阻抗匹配
ADS软件简介：ADS电子设计自动化（EDA软件全称为 Advanced Design System，是美国
进入传输线的初始电压为：1V×50/(10+50)=0.84V。 1ns后，0.84V的电压到达传输线末端，产生0.84V反射信号返回端。终端电压为1.68V； 再经过1ns后，0.84V反射波到达源端，又一次遇到阻抗突变，源端的反射系数为(10-50)/(10+50) = -0.67， 这时将有0.84V×(-0.67)=-0.56V反射回线远端。线远端开路处将同时测得4个行波：从一次行波中得到 2×0.84=1.68V，从二次反射中得到2×(-0.56)=-1.12V，故总电压为0.56V。
天线阻抗匹配方法
天线阻抗匹配方法天线阻抗匹配是无线通信领域中一个重要的技术，它能够提高天线系统的传输效率和性能。
本文将介绍天线阻抗匹配的基本概念、原理和常用方法。
一、天线阻抗匹配的概念天线阻抗匹配是指将发射端和接收端的天线阻抗与传输线或射频电路的阻抗进行匹配，以提高能量传输的效率。
在无线通信系统中，天线的阻抗往往与传输线或射频电路的阻抗不匹配，导致信号的反射和损耗，从而降低了传输效率和性能。
二、天线阻抗匹配的原理天线阻抗匹配的原理是通过调整天线的结构或使用匹配网络来改变天线的输入阻抗，使其与传输线或射频电路的阻抗相匹配。
实现天线阻抗匹配的目的是最大限度地减小信号的反射和损耗，从而提高能量传输效率和信号质量。
1. 长度匹配法：通过调整传输线或射频电路的长度，使其与天线的输入阻抗相匹配。
这种方法适用于频率较低的天线系统，例如LF、MF和HF波段的天线。
2. 变压器匹配法：利用变压器原理来实现天线与传输线或射频电路的阻抗匹配。
通过改变变压器的匝数比，可以实现天线阻抗与传输线或射频电路阻抗的匹配。
这种方法适用于频率较高的天线系统，例如VHF和UHF波段的天线。
3. 管线法：通过在传输线或射频电路上串联或并联电感或电容，改变其阻抗特性，以实现与天线阻抗的匹配。
这种方法适用于频率较高的天线系统，例如VHF和UHF波段的天线。
4. 电桥法：通过使用电桥电路来测量天线的输入阻抗，并根据测量结果进行阻抗匹配。
这种方法适用于各种频率的天线系统。
5. 理论分析法：通过使用电磁场理论和传输线理论，对天线与传输线或射频电路的阻抗进行理论分析，从而设计出阻抗匹配电路。
这种方法适用于各种频率的天线系统，但需要较高的理论水平和计算能力。
四、总结天线阻抗匹配是无线通信系统中提高传输效率和性能的关键技术之一。
通过调整天线的结构或使用匹配网络，可以实现天线阻抗与传输线或射频电路的匹配，从而减小信号的反射和损耗，提高能量传输效率和信号质量。
常用的天线阻抗匹配方法包括长度匹配法、变压器匹配法、管线法、电桥法和理论分析法等。
天线阻抗匹配原理
阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。
阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间，等等。
例如，扩音机的输出电路与扬声器之间必须做到阻抗匹配，不匹配时，扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。
如果扬声器的阻抗1在中学物理电学中曾讲述这样一个问题：把一个电阻为R的用电器，接在一个电动势为E、内阻为r的电池组上（见图1），在什么条件下电源输出的功率最大呢？当外电阻等于内电阻时，电源对外电路输出的功率最大，这就是纯电阻电路的功率匹配。
假如换成交流电路，同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配。
2．电抗电路电抗电路要比纯电阻电路复杂，电路中除了电阻外还有电容和电感。
元件，并工作于低频或高频交流电路。
在交流电路中，电阻、电容和电感对交流电的阻碍作用叫阻抗，用字母Z表示。
其中，电容和电感对交流电的阻碍作用，分别称为容抗及和感抗而。
容抗和感抗的值除了与电容和电感本身大小有关之外，还与所工作的交流电的频率有关。
值得注意的是，在电抗电路中，电阻R，感抗而与容抗双的值不能用简单的算术相加，而常用阻抗三角形法来计算（见图2）。
因而电抗电路要做到匹配比纯电阻电路要复杂一些，除了输人和输出电路中的电阻成分要求相等外，还要求电抗成分大小相等符号相反（共轭匹配）；或者电阻成分和电抗成分均分别相等（无反射匹配）。
这里指的电抗X即感抗XL和容抗XC之差（仅指串联电路来讲，若并联电路则计算更为复杂）。
满足上述条件即称为阻抗匹配，负载即能得到最大的功率．阻抗匹配的关键是前级的输出阻抗与后级的输人阻抗相等。
而输人阻抗与输出阻抗广泛存在于各级电子电路、各类测量仪器及各种电子元器件中。
那么什么是输人阻抗和输出阻抗呢？输人阻抗是指电路对着信号源讲的阻抗。
天线阻抗匹配技术
天线阻抗匹配技术天线阻抗匹配技术是无线通信中的重要环节，它的作用是将天线输出的电信号与输入电路之间的阻抗进行匹配，以提高能量传输效率和信号质量。
本文将从天线阻抗的概念、影响因素、匹配技术和应用实例等方面进行探讨。
一、天线阻抗的概念天线阻抗是指天线输入端电路的特性阻抗，通常用复数表示。
它由两个参数组成：电阻(R)和电抗(X)，分别表示天线输入电路的有功和无功部分。
阻抗匹配的目标是使天线的输入阻抗与发送端或接收端电路的输出阻抗相匹配，以最大限度地传输信号能量。
二、影响天线阻抗的因素1. 天线结构：天线的形状、尺寸和材料都会影响其阻抗。
例如，天线长度的变化会导致天线阻抗的变化。
2. 工作频率：天线在不同频率下的阻抗也会有所不同。
因此，在设计天线时需要考虑所工作的频率范围。
3. 天线布局：天线的布局方式也会对阻抗产生影响。
例如，天线与地面之间的距离、天线之间的距离等都会对阻抗进行调整。
1. 阻抗变换器：阻抗变换器是天线阻抗匹配的一种常用技术。
它通过将天线输入电路与发送端或接收端电路之间插入一个变压器或电容器等元件，来实现阻抗的匹配。
2. 线路长度调整：通过调整电缆长度可以改变阻抗，从而实现匹配。
这种方法适用于线缆长度可调的情况。
3. 平衡/不平衡转换：在天线和电路之间插入平衡/不平衡转换器，可以实现不同阻抗之间的匹配。
四、天线阻抗匹配的应用实例1. 无线通信系统：在无线通信系统中，天线阻抗匹配可以提高信号的传输效率和接收质量，减少能量损耗和信号衰减。
2. 射频识别(RFID)技术：RFID技术中的天线阻抗匹配是确保RFID 标签与读写器之间能够有效传输数据的重要环节。
3. 电视和广播接收器：电视和广播接收器中的天线阻抗匹配可以提高接收信号的质量，减少图像和声音的干扰。
天线阻抗匹配技术在无线通信领域起着重要作用。
通过合理的匹配设计，可以提高信号传输效率和接收质量，增强系统的可靠性和稳定性。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的匹配技术，并结合工作频率、天线结构等因素进行优化设计，以实现最佳的阻抗匹配效果。
电信传输原理及应用第二章 阻抗匹配设计原理PPT课件
R R sm (Q a2 l l1 ) , X S 1 Q R S , X P 1 Q R
Q 2R R L 1 , X P 2Q R 2 , X S2Q 2R L
11
第2章 传输线理论
步骤三：根据电路选用元件的不同，可有四种形式 。如 图 2-3(b)(c)(d)(e) 所示。其中电感及电容值之求法， 如下所列：
14
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
15
L2XfC , C2fC 1X
12
第2章 传输线理论
（b）
(c)
(d)
(e)
13
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
步骤二：如图2－2（a）中所示，当电路匹配时，QS=QL。 依下列公式计算出QS ,QL：
QS QL
RL 1 RS
3
第2章 传输线理论
步骤三：判别RS < RL（如图2－2（a）所示）或RS > RL （如图2－2（b）所示）。
Pout
RS
XL
Vs XS
RS
RL RL
图 2-2(b) L型 匹 配 电 路 （ Rs > RL ）
图 2-2(e) Cp- Ls低通式L型
2-2(f) Lp - Cs高通式L型
8第2章Βιβλιοθήκη 传输线理论1.CP- LS低通式:
天线设计基础ppt课件
32400
Ga 为天线增益G；aβ为水lo平g波瓣宽度；θ为垂直波瓣宽度。
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11
以终端设计为例
PIFA
MONOPOLE
LOOP
金属后盖
金属边框 +玻璃后盖
天线形式
馈地 电点 点
馈 电 点
馈 电 点
地 点
优点 缺点
1. 天线抗干扰 强，允许摆 放器件
D Smax S0
Pr Pro
E2 max E0 2
Pr Pro
∆ 式中Pr、Pr0分别为实际天线和无方向性 天线的辐射功率。
Radiated by Isotropic Ant. Radiated by Dipole Ant. Radiated by other Ant.
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7
技术参数
VSWR = (1+(10^RL/20)) / ((10^RL/20)-1)
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5
技术参数
➢ 增益 ∆ 定义为：在同一距离及相同输入功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax(或场强 |Emax|2的平方）和理想无方向性天线(理想点源)的辐射功率密度S0（或场强|E0|2的平方）之比，记为 G。
G Smax S0
Pin Pin 0
E2 max E0 2
Pin Pin 0
∆ 式中Pin、Pin0分别为实际天线和理想无 方向性天线的输入功率。
∆ 理想无方向性天线本身的增益系数为1。
Radiated by Isotropic Ant. Radiated by Dipole Ant. Radiated by other Ant.
天线的阻抗匹配
天线的阻抗匹配
阻抗是天线的重要参数，由天线的形状、尺寸、材料、使用环境等物理结构决定。
天线的阻抗匹配，就是通过调谐将天线阻抗与发射源阻抗匹配的过程。
那么，为什么要做天线的阻抗匹配呢？
Ailunce AY04 UV双段八木天线
我们知道，天线工作时，高频信号被馈送到天线，大部分能量从天线辐射出去，另一部分则被反射回发射源，传输线在传输线上形成驻波。
当发射源阻抗等于天线阻抗，也就是阻抗匹配时，反射最小，损失率也就最小。
如果天线与发射源之间阻抗匹配，不但可以增加工作范围，也有助于降低无线设备的功耗。
Ailunce无线电
天线阻抗很复杂，包括电阻和电抗两部分，所以匹配网络必须包括两者的组件达到匹配。
也就是说除了电阻成分相等外，电抗成分也必须大小相等符号相反，形成共轭匹配网络。
微波技术与天线-阻抗匹配
Zg g
Z
g
g
Z
g
g
Zg Zi*n g *in
信号源有 最大 输出功率， 并通过传输线提供给 负载 。
Zg Eg
Zin in
Z0
Zl
Z
in
in
Zl
l
信号源输出最大资用功率
T1
T2
T3
Pmax Eg2 / 8Rg
Zg
传输线任意参考面等效信源 Eg
阻抗与等效负载阻抗共轭
Z
g
Z
g
Zin = 传Z输in 线 +负载 Zl
Y2 jb
Yin 在匹配圆轨迹。通过传输线λ/8 (即向负载方向转90°)，构成 Y4 轨迹。
Y2 l2
辅助圆
(在双枝节匹配中，Y4轨迹称为辅助圆)。
Y3 Yl gl jbl
0
Y1 jbl
按等 gl 圆旋转到辅助圆上，由此算出 Y1 jbl 。
Y4
Y3
Yl
Y1 l1
i Y4 轨迹
等 g l圆
电压波节点 Z0 Z0 K
dumin l / 4 0.25
Z0
Z0 g / 4 dumax Zl
Z0
Z
0
g / 4
dumin
Zl
g
3108 300 106
1m
2 2
Z0
g
1
1
21
Yl
Zl
200
j250
1025
j 410
1
Yin jY0 c tan lmin - j 410
lmin 0.11m
Eg
Eg
Zg Zin* g in*
此时传输线与负载不一定匹配
无线传播和天线PPT课件
天线基础知识
1.3 电磁波的传播
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
磁场
电场
1.3.1 无线传播的特性
1、快衰落----即瑞利衰落，由多径传播造成，衰落速率最快为每 秒2V÷λ次。
2、慢衰落---- 也称地形衰落，由于地形起伏和沿途建筑物的不 一， 中值场强会在大范围内产生慢衰落，亦称阴影 效应，服从对数正态分布。
波长
1.1.3 天线的功能: 控制辐射能量的去向
一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图
顶视
侧视
在地平面上，为了把信号集中到所需要的地 方，要求把“面包圈” 压成扁平的
1.2 传输线知识
1.2.1 关于传输线的几个基本概念
连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称 为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。
1.2.3 馈线衰减常数
信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有 绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和 工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈 线长度。损耗的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dB） ／米或分贝／百米表示。
这里顺便再说明一下分贝的概念，当输入功率为 Ｐ。输出功率为Ｐ时，传输损耗可用γ表示。
3 基站天馈线系统 4 通信距离方程 5 天线选用的一般建议 6 不同无线环境下的选型建议 7 电磁波安全标准
8 天馈线系统安装规范
1 天线基础知识
什么是天线——能量转化的工具
• 把从导线上传下来的电信号转化为无线电波发射到空间…... • 收集无线电波并产生电信号
Blah blah blah blah
由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动 很大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发 生变化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信号 场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不 同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙 强。我们应尽量避免多径传输效应的影响。同时可采取 空间分集或极化分集的措施加以对应。
天线阻抗匹配原理
天线阻抗匹配原理阻抗匹配的概念起源于电气工程中的电路理论。
在天线系统中，传输线（例如同轴电缆）连接天线与驱动器之间。
如果传输线的特性阻抗（Z0）与驱动器或天线的阻抗不匹配，就会导致系统中反射损耗的产生，降低信号传输效率。
为了理解阻抗匹配的原理，需要先理解阻抗的定义。
阻抗是指电路元件对电流和电压的相互关系的综合性描述。
阻抗由实部和虚部组成，实部表示电阻，虚部表示电抗。
在天线系统中，阻抗的单位为欧姆。
当天线的输入阻抗与驱动器的输出阻抗不匹配时，就会导致部分输入信号被反射回天线系统，无法有效传输到空间中。
这种反射现象可以用反射系数（Reflection Coefficient）来描述，反射系数的大小与反射损耗成正比。
通过阻抗匹配可以最小化反射系数，从而提高系统的传输效率。
阻抗匹配的原理是通过使用匹配网络来调整天线的输入阻抗，使其与驱动器的输出阻抗相匹配。
匹配网络通常由传输线、电容和电感等元件组成。
根据传输线的特性阻抗和天线的输入阻抗，可以选择适当的传输线长度和匹配网络参数，来实现最佳的阻抗匹配。
阻抗匹配的过程通常分为两个步骤：降低驱动器的输出阻抗和匹配天线的输入阻抗。
降低驱动器的输出阻抗可以通过使用适当的放大器或变压器等方法来实现。
匹配天线的输入阻抗可以根据天线的特性和系统的要求来选择适当的匹配网络。
在实际应用中，阻抗匹配可以通过测量天线输入阻抗和传输线特性阻抗来进行。
一种常用的方法是使用网络分析仪（Network Analyzer）来测量反射系数，并根据测量结果调整匹配网络的参数，直到达到最佳匹配。
总结起来，天线阻抗匹配原理是通过调整天线的输入阻抗与驱动器的输出阻抗相匹配，以最大化信号传输效率。
阻抗匹配可以通过选择适当的传输线和匹配网络来实现。
它是无线通信领域中的一个重要概念，对于提高通信系统的性能至关重要。
无线耦合信号传输天线的设计和阻抗匹配
在一些非接触信号传输场合 ， 如射频识别 （ Ｒ ａ ｄ ｉ ｏ Ｆ ｒ ｅ ． ２ ． １ 平面螺旋电感设计
进行非接触双 向通信 ， 实现无接触信息传递并通过所传递 与 电感组成 的 Ｌ ｃ谐 振天线 ， 根据体积 面积方 面 的要 求 ，
Ｕ Ｋ ａ ｉ ｌ ｉ 一， Ｌ Ｉ Ａ Ｎ Ｇ Ｔ ｉ ｎ ｇ ，Ｈ Ｏ Ｎ Ｇ Ｙ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｆ ａ ｏ ｇ ， ＱＩ Ｎ Ｌ ｉ ， Ｘ Ｉ Ｏ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ￣ ｕ ｎ
（ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ［ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍ ｅ ｔａ ａ ｔｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆Ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｍｅ ｓ￣ｅ ａ ｍ ｅ ｔ， ｎ Ｍｉ ｎ ￣ ｔ ｙｏ ｒ ｆＥ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ；
测试 信号变 化， 优化天 线阻抗 匹配 网络。
【 关键词】无线耦合； 天线设计； 阻抗匹配 【 中图分类号】Ｔ Ｎ ８ ２
【 文献标志码 】Ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｃｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｉ ｎａ ｇ ｌ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ Ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ
无线耦合信号传输天线的设计和阻抗匹配
无线耦合信号传输天线的设计和阻抗匹配李凯丽;梁庭;洪应平;杨芳;秦丽;熊继军【期刊名称】《电视技术》【年(卷),期】2013(37)5【摘要】In the occasion of no direct contact measured signal, the wireless coupling transmitting is used and the signal is tested, and the transmission antenna's parameters are calculated Trie ADS software is used to match the antenna impedance for the inductance of 4 u,H at the center frequency of 7. 812 MHz, and the impedance matching circuit is structured, and the test voltage changes before is compared with after the antenna impedance matching. The antenna impedance matching network is optimized.%在无法直接接触测量信号的场合,采用无线耦合方式进行信号传输与测试,对无线耦合信号传输天线进行参数设计,通过ADS软件对电感为4μH、中心频率为7.812 MHz 的天线阻抗匹配设计进行仿真,搭建阻抗匹配电路,比较匹配前后天线端测试信号变化,优化天线阻抗匹配网络.【总页数】4页(P169-171,182)【作者】李凯丽;梁庭;洪应平;杨芳;秦丽;熊继军【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN82【相关文献】1.有效设计阻抗匹配电路改善数字电路信号传输的完整性 [J], 庄良;张涌2.磁耦合谐振式无线输电系统的阻抗匹配研究 [J], 邱利莎;黄守道;李中启3.共用无线电视系统的接受天线与信号传输分配系统 [J], 车凤玲4.磁耦合谐振式无线电能传输系统的阻抗匹配方法研究 [J],5.用于无线终端的内置耦合天线设计 [J], 储建新;张汉斌;李名文;杨纲;姚近;王韬樾因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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5.0V的扫频信号，电路中只谐振天线时，使用示波器测试谐振天线端电
压情况，天线阻抗未匹配时，谐振信号峰峰值电压17.0 V，阻抗匹配后， 谐振信号峰峰值电压22.7V，如图8所示。可以看出阻抗匹配后电感两端的
电压增大且Q值也相应增大，说明阻抗匹配后天线端接收的信号增强，可
以更方便准确地判断分析天线谐振信号。
RFSIM99计算。
4. 天线阻抗匹配测试
根据ADS 软件阻抗匹配结果，搭建阻抗匹配电路，从天线端串联180
nH 的电感，再并联2. 2 nF 的电容，匹配电容两端接RIGOL DG3061A 信 号发生器，天线两端接RIGOL DS6064 示波器，如图7 所示。
信号发生器首先发射扫频范围为1～50MHz、扫频时间1ms、Vpp为
为了保证信号发生器发射的信号能以最大功率传输到天线端，天线与信
号的发射端须达到阻抗匹配，在此建立L 形阻抗匹配网络来实现信号的 最大功率传输，如图4 所示。
图4中，Zin的表达式为
式中: ZC= 1/jωC; Z' = ZL + jωL 。阻抗匹配后Zin与
信号的发射端特性阻抗相等。
在无线耦合信号传输中，当天线与远端测试谐振器互感耦合时，通过天
在天线端首先串联184. 6 nH的电感，再并联2. 17nF的电容，天线端匹配后
S =49. 99 + j×0. 25 Ω，阻抗匹配示意图如图5 ，ADS 仿真结果如图6 。
史密斯圆图红色的代表阻抗圆，蓝色的代 表导纳圆。圆中间水平线是纯阻抗线，如 果有点落在该直线上，表示纯电阻。 该图阻抗匹配计算的基本原则是：是感要 补容，是容要加感，是高阻要想办法往低
信号发生器发射定频信号，频率为天线谐振频率7.812 MHz，在只有
谐振天线的情况下，匹配前测试电感两端电压17.7 V，匹配后测试电压 23.4 V; 天线与传感器耦合时，匹配前电感两端电压12.5 V，比耦合前
17.7 V 降低5.2 V，匹配后测得电感两端电压为4.2 V，比耦合前23.4 V
谐振天线，根据体积面积方面的
要求，将天线中电感设计成平面螺
旋结构，有正方形、六边形、八边
形、圆形等形状如图2所示。
通过式(1) 可以计算出平面螺旋的电感值，其中电感的内径、外径、线
宽、线间距等因素都会影响电感值的大小，在设计时需要对这些影响因
素进行综合考虑。电感计算公式为
式中:μ 为磁导率，真空 磁导率μ 0=4π×10-7; n 为电感线圈匝数，其他 参数如表1所示。
线端信号变化测得远端测试谐振器的谐振频率。远端测试谐振器发生变化 时，在阻抗匹配前，互感耦合的信号比较微弱，容易受到震动、温度、外
界电磁等噪声的影响，造成近端测试误差大或无法测量的问题，阻抗匹配
后，互感耦合的能量增大，非接触式测试系统中的测量信号较匹配前稳定 ，不易受外界噪声干扰。
3. 2 天线阻抗匹配过程 首先对电感为4 μH、中心频率为7. 812 MHz 的天线进行阻抗匹配设计， 然后对设计的阻抗匹配进行ADS 软件仿真，天线谐振频率为7. 812 MHz 时，天线端阻抗ZL =1. 7 Ω，为使天线端与信源特性阻抗50 Ω 达到匹配，
在远距离互感耦合情况下，需要增大信号发射天线端能
量，因此需要对信源与发射天线进行阻抗匹配。
本文设计了中心频率为7. 812 MHz 的信号读取天线，并对天线进 行阻抗匹配，使信号发生器发射的信号能以最大功率传输到读取 天线端。
2.天线的设计研究
2. 1 平面螺旋电感设计
无线耦合信号传输通过天线实现， 在此使用由电容与电感组成的LC
2. 2 天线参数设计 对LC 谐振天线进行阻抗匹配，天线由100 pF 的电容与4 μH 的平面螺 旋电感组成，谐振频率为
天线谐振频率的理论值为7. 94 MHz，示波器测试天线谐振频率为7. 812 MHz，测试结果如图3 所示。
其中4μ H的平面圆形螺旋电感采用环氧树脂基底，结构参数为 n=10，din=21mm，dout=40mm，w=0.5mm，s=0.5mm。 根据式(1)计算电感理论值为3.995μ H，使用Aglient公司的 4284A( LCR 表)仪器测量的电感值为3.995μ H，实际测量与理论 计算基本吻合，说明式(1)是合理的。
3.天线阻抗匹配设计
3. 1 阻抗匹配原理
阻抗匹配有两种形式，一种是负载阻抗等于信源内阻抗，这时在负
载阻抗上可以得到无失真的电压传输; 另一种是负载阻抗等于信源内
阻抗的共轭值，这时在负载阻抗上可以得到最大功率。如果信源内阻
抗和负载阻抗均为纯阻性，则两种匹配条件等同。常见的阻抗匹配网络 有L 形、π 形、Γ 形。
走，是低阻要想办法抬高。无论在任何位
置，均要向50欧（中点）靠拢。进行匹 配时候，在等阻抗圆以及等电导圆上进行 换算。
串联网络
电容：初始阻抗沿着恒电阻圆逆时针转动 。 电感：沿着恒电阻圆顺时针转动。 并联网络 电容：初始阻抗沿着恒电阻圆顺时针转动 。 电感：沿着恒电阻圆逆时针转动。
以图上B点为例，如何进行阻抗 匹配？ B点所在位置为40+50j，先顺着 等电导圆，运动到B1点，再顺 着等阻抗圆，运行到终点（50欧 ）。按照上贴的运动规律，电路 先并电容，再串电感。由此完成 阻抗匹配。具体数值可通过
软件对电感为4μ H、中心频率为7.812MHz的天线阻抗
匹配设计进行仿真，搭建阻抗匹配电路，比较匹配前后天线端测
试信号变化，优化天线阻抗匹配网络。
1.无线耦合传输简介
在一些非接触信号传输场合，如射频识别( Radio Frequency Identity ，RFID) 技术，利用无线耦合信号传输方式进行非接触双向通信，实 现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别对象的目的。无线耦 合信号传输通过两个电感线圈的互感耦合实现，原理如图1 所示。
无线耦合信号传输天线的设计 和阻抗匹配
李凯丽，梁庭，洪应平，杨芳，秦丽，熊继军 ( 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室; 电子测试 技术重点实验室，山西太原)
赵婷 2019年3月1日
天线阻抗匹配测试
结论
摘要
在无法直接接触测量信号的场合，采用无线耦合方式进行信号
传输与测试，对无线耦合信号传输天线进行参数设计，通过ADS