那些常见的集总参数匹配电路
射频学堂 2023-06-09


我们在前面讲述了阻抗的概念,并且阐述了阻抗匹配的重要性。那么今天我们一起来看一下几种常见的阻抗匹配电路。


那些常见的集总参数匹配电路


集总参数对应着分布参数,我们知道在低频频段,我们常用的一些电阻电容电感就是集总参数元件。在微波和微波低端的电路设计中,我们也常用到集总参数的元器件,因此采用集总参数元器件来进行阻抗匹配,也是在射频设计中经常用到的。

常见的集总参数匹配电路有三种,L型,T型和Π型。我们在这里一一进行学习。


1.1 L型匹配电路

常用的L型匹配电路有两种,如下图所示,即右L(图a)和左L(图b)。这种匹配电路只有两个元器件,简单易做,成本低廉并且性能稳定。应用比较广泛。

在电路匹配中,左L和右L的选择由所需要匹配的负载阻抗和源阻抗的关系决定。

对于负载阻抗RL和源阻抗Rs 都为纯电阻的情况下,详细过程如下:

1, 确定工作频率fc,源阻抗Rs和负载阻抗RL。这就是我们对电路匹配左右处理的对象。

2,根据前文所述的共轭匹配条件,可以推导出:

3, 根据源阻抗和负载阻抗的大小关系进行判断,计算:

      如果 Rs<RL,则选用右L电路进行匹配:

         如果 Rs>RL,则选用左L电路进行匹配:

4, 当选出匹配电路形式之后,可利用电感和电容组成的电路进行阻抗匹配。


对于 右L 型电路,可以分为Ls-Cp 低通形式,也可以采用Cs-Lp 高通形式, 如下图所示:

Ls-Cp低通电路,电感和电容值可以有以下公式计算:

Cs-Lp高通电路,电感和电容值可以有以下公式计算:

至于高通形式还是低通形式可以根据电路设计的需求进行选择。


同理,如果Rs>RL, 则选用左L型,其电路形式依然可以分为低通型和高通型。

低通电路,电感和电容值计算公式:

高通电路,电感和电容值计算公式:

注释,当源阻抗和负载阻抗不是纯电阻时,处理的方法也很简单,只考虑电阻部分,按照上述方法计算中匹配电路中的电容和电感值,再扣除两端的虚数部分,就可得到实际的匹配电路。


1.2 T 型匹配电路


T型匹配电路也是一种常见的匹配方法,其一般有三个元件组成,因此复杂度略高于L型。如下图a所示,其常用的四种形式有图b,c,d,e。

T型匹配电路的分析方法可参照L型匹配电路,我们不再详细说明,其计算公式如下:



1.3 Π型匹配电路

Π型匹配电路的结构如下图a所示,我们这里只根除设计公式。

设计公式:


对于电路匹配,有一个重要的工具,就是史密斯圆图,现在很多的射频电路仿真软件上,如ADS和AWR等,都集成有史密斯圆图工具,我们可以利用史密斯圆图,快速得到电路的匹配网络。



参考文献:

1, David Pozar 微博工程

2,雷振亚, 微波工程导论

3,栾秀珍, 微波技术与微波器件


。。。。end。。。。


原想着把微波传输线的匹配方法也总结归纳以下,内容太多了,什么单支节匹配,双支节匹配,二项式匹配,切比雪夫匹配,渐变线匹配。等到后面,再一起整理推出吧。

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