怎樣理解阻抗匹配

  阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。 
我們先從直流電壓源驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載入手。由于實(shí)際的電壓源,總是有內(nèi)阻的（請(qǐng)參看輸出阻抗一問(wèn)）,我們可以把一個(gè)實(shí)際電壓源,等效成一個(gè)理想的電壓源跟一個(gè)電阻r串聯(lián)的模型。假設(shè)負(fù)載電阻為R,電源電動(dòng)勢(shì)為U,內(nèi)阻為r,那么我們可以計(jì)算出流過(guò)電阻R的電流為：I=U/(R+r),可以看出,負(fù)載電阻R越小,則輸出電流越大。負(fù)載R上的電壓為：Uo=IR=U*[1+(r/R)],可以看出,負(fù)載電阻R越大,則輸出電壓Uo越高。再來(lái)計(jì)算一下電阻R消耗的功率為： 
P=I*I*R=[U/(R+r)]*[U/(R+r)]*R=U*U*R/(R*R+2*R*r+r*r) 
                          =U*U*R/[(R-r)*(R-r)+4*R*r] 
                          =U*U/{[(R-r)*(R-r)/R]+4*r} 
對(duì)于一個(gè)給定的信號(hào)源,其內(nèi)阻r是固定的,而負(fù)載電阻R則是由我們來(lái)選擇的。注意式中[(R-r)*(R-r)/R],當(dāng)R=r時(shí),[(R-r)*(R-r)/R]可取得最小值0,這時(shí)負(fù)載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U*U/(4*r)。即,當(dāng)負(fù)載電阻跟信號(hào)源內(nèi)阻相等時(shí),負(fù)載可獲得最大輸出功率,這就是我們常說(shuō)的阻抗匹配之一。對(duì)于純電阻電路,此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí),結(jié)論有所改變,就是需要信號(hào)源與負(fù)載阻抗的的實(shí)部相等,虛部互為相反數(shù),這叫做共厄匹配。在低頻電路中,我們一般不考慮傳輸線的匹配問(wèn)題,只考慮信號(hào)源跟負(fù)載之間的情況,因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長(zhǎng)相對(duì)于傳輸線來(lái)說(shuō)很長(zhǎng),傳輸線可以看成是“短線”,反射可以不考慮（可以這么理解：因?yàn)榫�短,即使反射回來(lái),跟原信號(hào)還是一樣的）。從以上分析我們可以得出結(jié)論：如果我們需要輸出電流大,則選擇小的負(fù)載R;如果我們需要輸出電壓大,則選擇大的負(fù)載R;如果我們需要輸出功率最大,則選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻R。有時(shí)阻抗不匹配還有另外一層意思,例如一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計(jì)的,如果負(fù)載條件改變了,則可能達(dá)不到原來(lái)的性能,這時(shí)我們也會(huì)叫做阻抗失配。 
 
在高頻電路中,我們還必須考慮反射的問(wèn)題。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí),則信號(hào)的波長(zhǎng)就很短,當(dāng)波長(zhǎng)短得跟傳輸線長(zhǎng)度可以比擬時(shí),反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)�信�?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不匹配（相等）時(shí),在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射。為什么阻抗不匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求解方法,牽涉到二階偏微分方程的求解,在這里我們不細(xì)說(shuō)了,有興趣的可參看電磁場(chǎng)與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及材料決定的,而與傳輸線的長(zhǎng)度,以及信號(hào)的幅度、頻率等均無(wú)關(guān)。例如,常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75歐,而一些射頻設(shè)備上則常用特征阻抗為50歐的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300歐的扁平平行線,這在農(nóng)村使用的電視天線架上比較常見,用來(lái)做八木天線的饋線。因?yàn)殡娨暀C(jī)的射頻輸入端輸入阻抗為75歐,所以300歐的饋線將與其不能匹配。實(shí)際中是如何解決這個(gè)問(wèn)題的呢？不知道大家有沒有留意到,電視機(jī)的附件中,有一個(gè)300歐到75歐的阻抗轉(zhuǎn)換器（一個(gè)塑料包裝的,一端有一個(gè)圓形的插頭的那個(gè)東東,大概有兩個(gè)大拇指那么大的）？它里面其實(shí)就是一個(gè)傳輸線變壓器,將300歐的阻抗,變換成75歐的,這樣就可以匹配起來(lái)了。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是,特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個(gè)概念,它與傳輸線的長(zhǎng)度無(wú)關(guān),也不能通過(guò)使用歐姆表來(lái)測(cè)量。為了不產(chǎn)生反射,負(fù)載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應(yīng)該相等,這就是傳輸線的阻抗匹配。如果阻抗不匹配會(huì)有什么不良后果呢？如果不匹配,則會(huì)形成反射,能量傳遞不過(guò)去,降低效率;會(huì)在傳輸線上形成駐波（簡(jiǎn)單的理解,就是有些地方信號(hào)強(qiáng),有些地方信號(hào)弱）,導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低;功率發(fā)射不出去,甚至?xí)�損壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí),會(huì)產(chǎn)生震蕩,輻射干擾等。

網(wǎng)友回復(fù):

寫得很好,收下了.此外,盡管傳輸線的阻抗與頻率無(wú)關(guān),但天線的輻射阻抗是頻率的函數(shù).

網(wǎng)友回復(fù):

用網(wǎng)絡(luò)分析儀直接看smith圓圖，和swr不就可以了。

網(wǎng)友回復(fù):

阻抗匹配是個(gè)極其重要的問(wèn)題，其重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。 
現(xiàn)在新興的Signal Integrity中的核心問(wèn)題就是阻抗匹配。 
…… 
千言萬(wàn)語(yǔ)，太重要了

網(wǎng)友回復(fù):

有些天線的重點(diǎn)設(shè)計(jì)就在阻抗匹配 
阻抗匹配得好 
可以拓寬帶寬 增加天線效率 需要改善電流分布 
不知道我說(shuō)得對(duì)不對(duì) 
新人 
多多包含 多多指導(dǎo)

網(wǎng)友回復(fù):

那么天線與饋線的阻抗匹配具體怎么實(shí)現(xiàn)呢，請(qǐng)教以下

網(wǎng)友回復(fù):

同問(wèn)呵呵 
現(xiàn)在遇到一個(gè)天線的反射系數(shù)太高 
想知道怎么把它降下來(lái)？

網(wǎng)友回復(fù):

我的理解是這樣的： 
 
1）所謂的匹配是指發(fā)射機(jī)的輸出阻抗與饋線的特性阻抗匹配，以及饋線的特性阻抗通過(guò)某種匹配網(wǎng)絡(luò)（比如L、T、PI型或其組合）與天線的阻抗相匹配 
 
2）匹配是為了使發(fā)射機(jī)能夠最大的輸出功率 
 
3）天線的輸入阻抗（包括實(shí)部與虛部）是隨著發(fā)射頻率而變化的，正好是50或75歐姆純阻的情況很少見，因此一般情況下都要加匹配網(wǎng)絡(luò)，常用的匹配網(wǎng)絡(luò)有L型（或叫做伽瑪型，分正反兩種）或T或PI型。這幾種網(wǎng)絡(luò)的元器件根據(jù)頻段的不同可以用分離元器件，或者用微帶線代替，或者根據(jù)分布參數(shù)加一部分器件組成。 
 
4）如果不匹配，很容易燒壞功率放大器，尤其是大功率情況下

網(wǎng)友回復(fù):

謝謝各位大蝦指點(diǎn)~~頂一下`~辛苦了各位`

網(wǎng)友回復(fù):

寫的太好了，呵呵，今后還要多多向lz學(xué)習(xí)啊

申明：網(wǎng)友回復(fù)良莠不齊，僅供參考。如需專業(yè)解答，請(qǐng)咨詢本站專家，或者學(xué)習(xí)本站天線設(shè)計(jì)視頻培訓(xùn)課程。