电磁场与电磁波实验讲义定稿

《电磁场与电磁波实验讲义定稿》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、电磁场与电磁波实验指导书物理与电子信息学院通信技术教研室二00九年十二月必做实验实验一阻抗匹配网络2实验二单级低噪声放大器的设计与制作14实验三FM中频解调电路的测量28实验一阻抗匹配网络一、实验目的1、了解阻抗匹配原理。2、了解如何设计阻抗匹配网络。3、掌握L型阻抗匹配网络、兀型阻抗匹配网络的设计方法。4、了解T型阻抗匹配网络。二、实验内容1、按要求设计出L型、兀型和T型阻抗匹配网络。2、测量各匹配网络的输入返回损耗。三、实验仪器1个冶若干根GRF-2001中的RF1模块频谱分析仪器RFcable四、实验原理在高频电路设计中，阻抗匹配是很重要的一环，如图1

2、-1所示。从直流电路的基本理论屮，我们知道若信号源的电阻与输出的负载电阻相同时，就可在输出端得到最大的功率输出。但是在交流电路中，除了电阻，尚有电容与电感等电抗性组件，因此若要求得到最大功率输岀时，除了两端的电阻相等外，还需信号源的电抗与负载的电抗互成共辘才行。所以阻抗匹配的目的就是经由适当方法选择组件使得信号源与负载两端的电抗值成共觇关系，以便产生谐振而互相抵消，使得电路屮仅存电阻性，而能得到最大功率传输。其次，由于现成的网络组件，其阻抗值会随着频率的变化而变化，因此阻抗匹配只能适用于某一特定的频率，但是对于宽频的电路来说，所设计的电路都期望能涵盖整个频宽

3、。就理论而言，可借着适当方法来增加阻抗匹配的频宽范围。前文已说过，欲得到最大的功率输岀，则须对电路加以阻抗匹配，阻抗匹配网络一般可分为三种：L型、兀型及T型三种。选用何种匹配端视情况而定，除非有特别需求，一般都是以最少的零件来完成匹配。图1-1放大器之结构图(一)L型匹配网络如图1-2所示为L型匹配网络的四种基本架构，其构造形状有如英文字母L,故称为L型匹配网络(L-TypeMatchingNetwork),或称为双组件匹配网络(Two-ElementMatchingNetwork)0O―m丄0o(a)电感输入低通滤波To(b)电容输入低通滤波o1O4—0(

4、c)电容输入高通滤波o—*(d)电感输入高通滤波图1-2L型匹配的四种型式RsWV1100QLRl1000Q(a)b匹配網路图1-3阻抗匹配的原理Rl1000Q在此我们举一个例子来说明L型匹配网络的原理。图1-3(a)所示为一个未经过阻抗兀配的网络，信号源阻抗Rs二100Q,负载阻抗R严1000JX很明显的,负载阻抗比信号源阻抗犬很多。因此，为了使K减小，首先在R.端并联适当的电容，经并联转换成串联阻抗后，在图1-3(b)的a和b两端右侧阻抗Zin的实部应与Rs相等。转换后的电容抗Xcs,须再串接一个相对应的等值电抗的电感，使两者串联形成串联谐振，互和抵消而

5、提供形同短路的效应。因此藉由阻抗转换的关系，我们即可求得心的值。假设Z是住与G并联的阻抗，I是并联转串联后RJ与Cs的串联阻抗，则：Rl+JXcp=Rl+jXcs=Z‘将上式整理后可得:Rl+jXcs=RlXcp・RlXcp(1-2)等式两端实部与虚部个别相等，故可得:Rl=RlX；XcsRlXcp(1-2)(1-3)(1-4)从式(1-3)可知,所需的Xcp为:RsR：RL-RS•令Rl=Rs(1-5)从式(1・4)可知，转换后的电容抗Xcs,或是所需串接的相对应等值电感抗应为:(1-6)代入已知条件Rs=100Q,R产1000Q可得:]100xl0&V1

6、000-100=333.30(1-7)XL=Acs“c"100010002X3,cc&‘100071000-4-(Y3=300G(1-8)整理上述例子，可归纳设计程序如下：1、如果匹配网络中使用并联电抗则可降低电抗值，以便使其中电阻部分与输入端的电阻相等。转换后的电抗，将与匹配网络中的串联电抗，形成串联谐振,电抗值互相抵消，使信号源类似直接连结一个相等的负载，以便获得最大输出功率。2、同理，串联电抗可提升电抗值，转换后的并联电抗可形成并联谐振，使信号源与负载间仅有一条两端电阻为相同的通道，以便获得最大输出功率传输。(一)兀型匹配网络兀型阻抗匹配网络可视为由两

7、个面对面的L型网络组成。其工作原理通常是假设有一假想电阻R、(VirtualResistor),如图1-4所示。网络中的Xsi与XS2通常为了设计上的方便,可用相同特性的电抗，而Xsi、Xpi与Xs2、XP2为相对应的电抗。由于兀型网络可视为由两个面对面的L型网络，故可以经由L型网络的设计步骤，分别求得X,Xs】以及知、Xs2。由上述我们可知，假想电阻心为兀型网络设计上的重点，由于Rv与Xsi及Xs2成串联关系，所以在此Rv

8、作阻抗匹配的中间转换电阻Q讦电路负载Q值求得Rv后，