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1 小序

阻抗匹配问题是电子技巧中的一项基础观点,经由过程匹配可以实现能量的最优传送,旌旗灯号的 最佳处置惩罚。总之,匹配关乎着系统的机能,使匹配则是使系统的机能达到约定准则下的最优。着实,阻抗匹配的观点还可扩展到全部电学之中,包括强电(以电能应 用为主)与弱电(以旌旗灯号检测与处置惩罚为主)两个大年夜的领域。再进一步,假如去掉落阻抗的观点单就匹配而言,则其覆盖的范围将更为广阔,比如:在RFID技巧利用 中,技巧与需求的满意涉及到匹配的问题等。

本文主要评论争论阻抗匹配在电子技巧中的利用,分外是在无源RFID标签与读写器天线端口阻抗匹配中的利用。

2 阻抗匹配的几种要领

在电子技巧中,电压(U/u)、电流(I/i)、电阻(R/r)或阻抗(Z/z)都是异常基础的电学观点,一个欧姆定律即将其贯穿起来,如式(1)所示:

此中,阻抗具有较电阻更一样平常的观点。基尔霍夫定律(KCL和KCL)则关系到一个子电路(一个闭合回路或一个闭包)的电压和电流应遵守的约束性关系。

评论争论阻抗匹配的问题最常用到的别的一个观点是戴维南定理,它是一个将繁杂电路等效成为单一阻抗与抱负电压源相串联的转换,如图1所示。

此中,图1(a)中的NS和N分手为含有电源的阻抗收集和纯阻抗收集。对付所钻研的端口(A-A’),端口的电压与电流关系由戴维南定理包管了图1(a)和图1(b)的环境完全等效,再简化可获得图1(c)。

经由过程戴维南定理的等效转换,阐发钻研端口的阻抗匹配问题均可转化为图1(c)的模型来进行。电源真个阻抗ZS和负载真个阻抗ZL可以分手写成如式(2)所示的形式:

端口阻抗匹配问题的钻研可以从2个基础偏素来斟酌:

(1)偏向1:源端固定,即RS和XS弗成变,斟酌负载端RL和XL与源真个阻抗匹配问题。

(2)偏向2:负载端固定,即RL和XS弗成变,斟酌源端RS和XS与负载真个阻抗匹配问题。

下面以偏向1,源端固定负载改变以实现匹配的问题为例评论争论详细的匹配模式。结合式(2)与图2(c),可能的端口阻抗匹配有如下5种模式:

针对阻抗电路(由电源、电阻、电容电感),假如电源的频率是可变的,或者涉及到多个不合频率的电源时(叠加定理可处置惩罚),则源端阻抗ZS和负载阻抗ZL均是频率的函数(电阻R和电抗X)。此时的端口阻抗匹配问题的钻研等于阐发一个事情频段内的阻抗匹配环境。

3 各类阻抗匹配的范例利用

前面提到的端口阻抗匹配的5种模式各具不合的利用,是由利用需求来选择匹配的模式。下面分手举例阐明:

(1)共轭匹配

共轭匹配是实现负载从源亚港娱乐app端电源获取最大年夜功率的最佳匹配规划。负载获取功率的谋略公式如下式所示:

共轭匹配的范例利用是在最佳接管机设计时采纳(如雷达接亚港娱乐app管机)。此时,图2(c)中的电源代表的是接管到的旌旗灯号,负载得到最大年夜功率意味着最有效地使用接管到的微弱旌旗灯号的能量。

(2)模匹配

模匹配是实现负载从源端电源获取最大年夜功率的另一种匹配规划。该种规划是将负载阻抗看作一个整体的环境来斟酌。负载获取功率的谋略公式如式所示。

对照模匹配与共轭匹配的环境,可得在模匹配时负载上得到的功率要小于或即是共轭匹配时的环境。在无法得到共轭匹配的环境下,可以斟酌以模匹配的要领实现 负载获取最大年夜功率。共轭匹配与模匹配因此负载获取最大年夜功率为目的的2种办理规划,但其能量传输的效率相对较低。共轭匹配时的能量传输效率仅为50%(即有 一半的能量耗损在源内阻RS上)。

(3)虚部匹配

虚部匹配时满意负载电抗与源阻抗的电抗分量等值相反,实部 摊开(依利用所需取值)。范例的利用是电力系统的输电传送。此时,能量传输效率是目的,前进负载真个功率身分cosL是目标,一样平常负载多出现必然的感 性,因而必要在负载端经由过程加容性补偿以便减小传输线上无功功率的来回传输亚港娱乐app造成功率损耗。

(4)实部匹配

实部匹配环境一样平常对应于事亚港娱乐app情频段内的阻抗匹配环境,虚部摊开(依利用所需取值)。例如,在微波电子线路系统中,50 负载是范例的要求。

(5)阻抗非匹配

端口阻抗非匹配或掉配环境是未斟酌匹配问题时的一样平常环境。在特定环境下,也可故意逃避阻抗匹配而使端口处于非匹配的状况中。

别的,从严格的意义上来说,匹配是抱负环境,非匹配是更一样平常的环境。所有的匹配步伐都是在力求达到抱负的匹配。

4 无源RFID系统中的阻抗匹配问题

无源射频识别(RFID)系统道理如图2所示。电子标签事情时必要读写器发送射频能量支持其内部的标签芯片事情,从而实现标签向读写器传送数据或由读写亚港娱乐app器向标签写入数据。

在无源RFID系统相关产品设计与开拓中涉及到大年夜量的阻抗匹配问题。现就无源RFID系统中的电子标签和读写器分举例,阐发此中关键端口——天线接口的阻抗匹配问题。

(1)标签天线与标签芯片的最佳匹配

针对无源电子标签而言,电子标签可以简化为标签天线与标签芯片的直接电连,电联的接口匹配问题是电子标签设计事情的一个紧张方面。必要办理的问题是:

①确定端口的匹配模式;

②设计标签天线满意端口的匹配模式以及天线的偏向图。

电子标签的布局如图3(a)所示,其戴维南等效电路如图3(b)所示(标签天线可等效为天线等效内阻与等效感应电压源的串联组合,标签芯片可等效为一纯阻抗)。

在无源射频识别电子标签的设计中,当电子标签芯片给准时,其等效阻抗ZL也随之确定。电子标签事情的条件前提是标签芯片从标签天线得到的能量(经由过程检波积 累得到临时电源)应过门限。根据图3(b)的等效电路,当共轭匹配时,标签芯片可从标签天线的感应电压源中得到最大年夜功率。因而,标签天线的设计目标之一是 实现其等效阻抗与标签芯片端口的等效阻抗的共轭匹配。在给定ZL和US的环境下,共轭匹配要求ZS=Z*L。一样平常环境下,ZL出现容性(电容储能),因而 要求标签天线的ZS显感性以便与ZL的容性间实现共轭匹配。

(2)读写器射频端口与外接天线间的最佳匹配

以无源RFID系统的读写器设计为例,为了阐发读写器射频端口的阻抗匹配环境,可参考如图4所示的射频端口等效电路。

图4(a)示出了读写器主机(射频端口)与读写器天线的连接端口A-A’。当读写器发射功率时,读写器天线可等效为一个纯负载阻抗,读写器主机可等效为 纯内阻与电压源的串联,如图4(b)所示。在图4(b)中,ZS在事情频带内可近似为50 的纯电阻,在端口界面A-A’上,平日要求行波传送,即无从 ZL回送到读写器的发射能量,由此要求ZL等效为纯电阻。进一步讲,为使读写器天线有最大年夜的功率辐射能力(即从电源得到最大年夜功率),亦要求 ZL=ZS=50 ,同时也满意ZL=Z*S的共轭匹配前提。

由此可以确定,读写器天线的设计目标为:

(1)端口等效阻抗在事情频带内为50 (实际环境为靠近50 );

(2)天线偏向图满意涉猎空间覆盖要求。从端口阻抗匹配的角度来说,因仍满意ZL=Z*S的共轭匹配前提,故仍属共轭匹配的范畴。

5 结 语

本文具体评论争论阻抗匹配的基础观点、阻抗匹配的种类,以及各类匹配的详细含义。简要阐发各类阻抗匹配的范例利用。结合无源RFID系统中的产品开拓,评论争论阻抗匹配的详细利用,从理论上明确了产品设计的目标观点,得出基础判断,对详细的产品设计开拓具有紧张的指示意义。

责任编辑:ct

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