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阻抗匹配(impedance matching) 信號源內阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同,或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同,分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態,簡稱為阻抗匹配。
阻抗匹配(impedance matching) 信號源內阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同,或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同,分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態,簡稱為阻抗匹配。否則,便稱為阻抗失配。有時也直接叫做匹配或失配。
匹配條件
①負載阻抗等于信源內阻抗,即它們的模與輻角分別相等,這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。
②負載阻抗等于信源內阻抗的共軛值,即它們的模相等而輻角之和為零。這時在負載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內阻抗和負載阻抗均為純阻性,則兩種匹配條件是等同的。
阻抗匹配(impedance matching) 信號源內阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同,或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同,分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態,簡稱為阻抗匹配。否則,便稱為阻抗失配。有時也直接叫做匹配或失配。
匹配條件
①負載阻抗等于信源內阻抗,即它們的模與輻角分別相等,這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。
②負載阻抗等于信源內阻抗的共軛值,即它們的模相等而輻角之和為零。這時在負載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內阻抗和負載阻抗均為純阻性,則兩種匹配條件是等同的。
阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配,得到最大功率輸出的一種工作狀態。對于不同特性的電路,匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中,當負載電阻等于激勵源內阻時,則輸出功率為最大,這種工作狀態稱為匹配,否則稱為失配。
當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時,為使負載得到最大功率,負載阻抗與內阻必須滿足共軛關系,即電阻成份相等,電抗成份絕對值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共軛匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波電子學里的一部分,主要用于傳輸線上,來達到所有高頻的微波信號皆能傳至負載點的目的,不會有信號反射回來源點,從而提升能源效益。史密夫圖表上。電容或電感與負載串聯起來,即可增加或減少負載的阻抗值,在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地,首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度,然后才沿電阻圈走動,再沿中心旋轉180度。重覆以上方法直至電阻值變成1,即可直接把阻抗力變為零完成匹配。
阻抗匹配分類及原理
阻抗匹配有兩種,一種是透過改變阻抗力(lumped-circuit matching),另一種則是調整傳輸線的波長(transmission line matching)。
要匹配一組線路,首先把負載點的阻抗值,除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化,然后把數值劃在史密斯圖上。
改變阻抗力
把電容或電感與負載串聯起來,即可增加或減少負載的阻抗值,在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地,首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度,然后才沿電阻圈走動,再沿中心旋轉180度。重復以上方法直至電阻值變成1,即可直接把阻抗力變為零完成匹配。
阻抗匹配:簡單的說就是「特性阻抗」等于「負載阻抗」。
調整傳輸線
由負載點至來源點加長傳輸線,在圖表上的圓點會沿著圖中心以逆時針方向走動,直至走到電阻值為1的圓圈上,即可加電容或電感把阻抗力調整為零,完成匹配。
阻抗匹配則傳輸功率大,對于一個電源來講,單它的內阻等于負載時,輸出功率最大,此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理,如果是高頻的話,就是無反射波。對于普通的寬頻放大器,輸出阻抗50Ω,功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配,可是如果信號波長遠遠大于電纜長度,即纜長可以忽略的話,就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時,要求負載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等,此時的傳輸不會產生反射,這表明所有能量都被負載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB布線時,為了防止信號的反射,要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個大約的數字,一般規定同軸電纜基帶50歐姆,頻帶75歐姆,對絞線則為100歐姆,只是取個整而已,為了匹配方便。
阻抗從字面上看就與電阻不一樣,其中只有一個阻字是相同的,而另一個抗字呢?簡單地說,阻抗就是電阻加電抗,所以才叫阻抗;周延一點地說,阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中,物體對電流阻礙的作用叫做電阻,世界上所有的物質都有電阻,只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質稱作良導體,電阻很大的物質稱作非導體,而最近在高科技領域中稱的超導體,則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領域中則除了電阻會阻礙電流以外,電容及電感也會阻礙電流的流動,這種作用就稱之為電抗,意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗,簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是歐姆,而其值的大小則和交流電的頻率有關系,頻率愈高則容抗愈小感抗愈大,頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題,具有向量上的關系式,因此才會說:阻抗是電阻與電抗在向量上的和。
阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配,得到最大功率輸出的一種工作狀態。對于不同特性的電路,匹配條件是不一樣的。
在純電阻電路中,當負載電阻等于激勵源內阻時,則輸出功率為最大,這種工作狀態稱為匹配,否則稱為失配。
當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時,為使負載得到最大功率,負載阻抗與內阻必須滿足共扼關系,即電阻成份相等,電抗成份只數值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。
史密斯圖(Smith chart)是一款用于電機與電子工程學的圖表,主要用于傳輸線的阻抗匹配上。一條傳輸線(transmission line)的阻抗(impedance)會隨其物理長度而改變,要設計一套阻抗匹配(Impedance matching)的電路,需要通過不少繁復的計算程序,史密斯圖的特點便是省卻一些計算程序。
該圖表是由菲利普·史密斯(Phillip Smith)于1939年發明的,當時他在美國的RCA公司工作。史密斯曾說過,「在我能夠使用計算尺的時候,我對以圖表方式來表達數學上的關聯很有興趣。」
史密斯圖的基本在于以下的算式
當中的Γ代表其線路的反射系數(reflection coefficient),即S-parameter里的S11,zL是歸一負載值,即ZL / Z0。當中,ZL是電路的負載值;Z0是傳輸線的特性阻抗值,通常會使用50Ω。
圖表中的圓形線代表電阻抗力的實數值,即電阻值,中間的橫線與向上和向下散出的線則代表電阻抗力的虛數值,即由電容或電感在高頻下所產生的阻力,當中向上的是正數,向下的是負數。圖表最中間的點(1+j0)代表一個已匹配(matched)的電阻數值(ZL),同時其反射系數的值會是零。圖表的邊緣代表其反射系數的長度是1,即100%反射。在圖邊的數字代表反射系數的角度(0-180度)和波長(由零至半個波長)。
有一些圖表是以導納值(admittance)來表示,把上述的阻抗值版本旋轉180度即可。
自從有了計算機后,此種圖表的使用率隨之而下,但仍常用來表示特定的資料。對于就讀電磁學及微波電子學的學生來說,在解決課本問題仍然很實用,因此史密斯圖至今仍是重要的教學用具。
在學術論文里,量度儀器的結果也常會以史密斯圖來表示。
利用矢量網絡分析儀(VNA)對新材料進行阻抗匹配測試是高頻電路設計和新材料研發中的一個重要環節。
電阻是電路中的一種基本元件,用于限制電流的流動。電阻的大小直接影響電路的工作狀態,包括電流的大小、電壓的分配以及能量的轉換等。
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