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  • 考虑实际杆塔的倾斜因素和修正系数,利用ANSYS Maxwell进行三维电磁场仿真,建立主架、斜材的波阻抗修正系数与分段长度、等效半径、主架上/下间距的关系,并推导出主架、斜材的波阻抗计算公式。为反映雷电波在呼高...
  • 下面继续说什么是影响阻抗因素影响特性阻抗因素有:介质常数、截止厚度、线宽、铜箔厚度: ● 线宽越宽,特性阻抗越低 ● 铜箔厚度越大,特性阻抗越低 ● 介电常数越大,特性阻抗越低 ● 介质厚度越小,特性...

        我以此博客来记录学习中所遇的问题并且总结解决这些问题的方法,现学识尚浅,希望同学们在评论中能积极指正错误,提出改进方法。

     

    PCB布线短是为了尽量忽略信号在传输过程中的反射,那为什么会产生反射呢?

    实际上反射的原因是互连线中阻抗发生了突然变化,那什么叫做阻抗,影响阻抗的因素又是什么呢?

    通俗来讲:传输线上某一点处的电压与电流的比值表示在这个位置信号感受到的阻抗。

    我们要理解的是瞬时的,如果传输线不是均匀的,那么每个地方感受到的阻抗不同那么这就是瞬时阻抗,如果传输线是均匀的,那么这种阻抗我们叫做特性阻抗。

    OK,意思就是瞬时电阻(V/I)。

     

    下面继续说什么是影响阻抗的因素:

    影响特性阻抗的因素有:介质常数、截止厚度、线宽、铜箔厚度:

     

     

    ● 线宽越宽,特性阻抗越低

    ● 铜箔厚度越大,特性阻抗越低

    ● 介电常数越大,特性阻抗越低

    ● 介质厚度越小,特性阻抗越低(距离参考平面)。

     

    如果我们是要去工程应用,那么我们知道那么多已经可以了,用Polar SI9000 仿真软件输入上述参数问题差不多就解决了。

     

    为什么阻抗发生突然变化会产生反射呢?

       有一天跟女朋友吹牛逼说:你知道为什么信号在传输过程中会产生发射吗?还没等我继续吹牛逼,她轻描淡写的说:这还不简单,什么东西都会发射啊!就像光经过两种不同媒质时候,可能反射一样,这个东西一样会反射!

     

    这一下就把我震惊了,这让我从不同的角度考虑这个问题:光本来也是电磁波,这是电磁场的特性,延伸到电路理论就转化成了阻抗不匹配,即为阻抗不连续出,及产生发射。其实我在学信号完整性的时候,作者为了更形象的在工程应用上描述,用电流电压的形式去描述,这种描述方式更容易用通俗易懂的公式去描述,那现在我们从电流电压的角度来分析反射。

    这里我贴出了《信号完整性揭秘》一书中的具体推导过程,里面介绍了一个重要公式反射系数及传输系数的由来:

     

     
    详细过程请参考此书
     
    
    
    
    
    
    
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  • 为了实现高精度动态脉搏波阻杭的测量,从理论上分析了影响动态脉搏波阻杭的各种因素,提出了动态脉搏波阻抗谱的方法,有效地抑制了个体差异对阻杭测量的影响。对实验对象的手臂进行了测量,得到了不同测量电极间距下的...
  • 应用交错网格有限差分法对 Kelvin-Viogt黏弹介质中的地震波传播进行了数值模拟,并在此基础上对介质 的波阻抗和震源子波频率对地震波时频域衰减特征的影响进行了研究分析。研究表明,随着波阻抗的降低和震源 子波频率...
  • 由于桩体被输入的能量很低,桩周土体对桩身的阻力作用基本无发挥,影响应力波传播的因素基本只有桩身的完整性。影响低应变曲线的因素非常多:从大的方面来讲就三大块:桩自身、地层、测试方法。如果测试或分析不当,...

    低应变的特点是向试桩输入脉冲应力波,因为一般是人工激发,导致应力波的能量很低,桩土体系处于弹性工作范围内,桩身的状态以及桩身和桩周土体的结合状态都不会因检测而发生变化。

    由于桩体被输入的能量很低,桩周土体对桩身的阻力作用基本无发挥,影响应力波传播的因素基本只有桩身的完整性。影响低应变曲线的因素非常多:从大的方面来讲就三大块:桩自身、地层、测试方法。

    如果测试或分析不当,同一根桩在上述不同条件组合下,将会出现很多种曲线,所以如果不明确条件仅凭一根曲线就要判读准确,事实上很难。

    本文以基桩低应变检测波形影响因素的分析,总结不同因素对低应变波形的影响,为基桩低应变检测提供相应的参考。

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    01 低应变采集影响因素分析

    1.1桩自身的影响因素

    桩自身包括桩长、桩身截面尺寸、桩身强度、成桩工艺等。桩长的限制取决于是否能够有效地识别桩底,除了检测系统性能方面的客观因素外,影响因素还有桩身截面阻抗的变化程度、桩周土的阻尼作用和桩身底部与桩底持力层的阻抗关系等。桩长越长,所选用的锤的质量越大,为了能够检测桩底,则锤击所产生的频率越低。频率越高,发射的能量越高,能量被吸收的越快,所检测的桩长越短。

    对于桩身存在的缺陷,诸如离析、疏松、均匀分布的细孔或夹泥等,会形成低质量混凝土区段而导致局部波速的显著降低。如桩身存在此类缺陷,其整桩的平均波速也将因此而明显偏低,按照基准波速推算的桩长,将会得出明显偏大的整桩长度。

    桩身截面尺寸的限制,现行的各种法定文件并没有对截面尺寸做出任何限制,根据一维波动理论的要求,桩身截面尺寸不宜超过所用应力波波长过多,因此,桩径超过2m以上时不能采用高频锤击脉冲,薄壁杆件在原则上不适用于这种检测方法,一则因为不符合平面波的要求,二则表面积大于实体的桩,桩周土体的影响更加显著而难以取得良好的检测效果。

    桩身强度的影响,一般来说,桩身强度与波速呈正相关关系,即混凝土波速强度等级越高,波速越大。

    下表为实践经验的总结:

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    从表中可以看出,同一混凝土强度等级,其波速存在一定的波动范围,因为是混凝土波速除与其强度等级有关外,还受诸多因素的影响,包括粗集料的品种、粒径、用量、混凝土含水率、混凝土养护方式等。不同混凝土强度等级之间存在波速交叉现象,波速与混凝土只是一种粗略的对应关系。

    在实际检测中,会碰到C80的预制管桩,其波速范围在4400m/s左右,经大量的研究表明,波速与混凝土强度呈半对数关系,波速是强度的自然对数函数。波速后期虽强度的提高增长缓慢,预制管桩验证波速最好的办法就是测试躺在地表还未打入地下的完整管桩,将桩长作为以总长,实测反射波达到时间,反求波速即可。

    成桩工艺的影响,现行的成桩工艺有混凝土灌注桩、水泥搅拌桩、预制管桩等,根据检测经验,预制管桩一般波速最大,混凝土灌注桩其次,水泥搅拌桩波速最低。预制管桩成桩工艺有锤击成桩、静压桩、植桩等,根据经验检测数据,波速从小到大的顺序,锤击沉桩

    就其因,桩周土的阻抗作用并非主要原因,主因是施工作用改变了桩身混凝土材料特性,比如锤击沉桩的循环冲击加荷作用,导致混凝土材料出现微裂隙,导致桩身材料杨氏模量及密度的降低,从而出现纵波波速的降低。

    静压沉桩在成桩工艺上就要好很多,在水泥土浆液中植入管桩几乎与空气介质中的波速没有差异,因为在水泥土浆液中植桩,水泥浆对桩体有保护作用,桩身几乎不受损。需要说明,针对打入桩,如果选锤合理,锤击沉桩总锤击数控制在合理范围内,打入后桩身的波速与空气中的相差不会很大,可以忽略,否则就应该怀疑桩身是否受损,在低应变检测桩身完整性时,地下桩的波速与空气中的相比降低约20%。

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    1.2地层的影响因素

    地层方面包含桩的支撑情况、桩侧土阻力等;桩端混凝土与桩端持力层阻抗相差越大,测试范围越大,反之相差越小。根据检测经验,支承在阻抗相近的岩石上的嵌岩端承桩,即便桩长很短,也难以获得桩底反射波。

    桩侧土阻力越小,桩土刚度比较大,能量衰减越小,测试深度越大。

    对于桩的支撑情况,从应力波传播的角度来说,在桩底应力波将遭遇一个阻抗突变的截面,因此,只要桩底的位移不大,没有出现接触介质的显著变化,桩底支承条件对桩顶实测速度信号的影响,完全可以根据这个截面阻抗突变情况用一维波动理论直接进行计算。

    即桩底为自由端是,在2L/c时刻将出现一个2倍幅值的正速度,即同向反射,而当桩底不动时,则出现一个2倍幅值的负速度,即反向反射。由于桩身的内阻尼和桩侧土体的阻力作用,实际桩底反射的幅值有可能减小许多。

    在工程检测中,为了便于看清桩底反射以及桩身各处的反射波,通常会利用指数放大等办法把桩底反射的幅值人为的调高到与初始应力波大体相等。

    对于桩侧土阻力的影响,任何桩侧的土阻力将在其作用截面处引发一个上行的压力波,幅值等于R/2。因此,沿桩身上下各处的土阻力的影响,必然将表现为依次到达检测截面的压力波而使实测的速度值以累计的方式逐渐减少或增大其负值。

    如果检测时实际激发的桩侧土阻力的分布是完全均匀的,则V -t曲线应该是一条沿时间轴向下的倾斜的直线,阻力越大,偏离程度越大;如果桩侧土阻力的分布并不均匀,则V-t曲线就会是弯曲的,如果锤击的激发作用不大,浅部桩侧土阻力较大而下部逐渐减小,则V-t曲线后部将不再递增而逐渐转到与时间轴平行的方向延伸。

    另外,桩侧土阻力还同时一个幅值等于-R/2的下行拉力波,因此,初始应力波在下行过程中必然将不断消弱,桩侧土阻力越强,实际到达桩身各截面的下行波就会变得越弱,由此引发的反射波也就会越弱。

    1.3测试方法的影响因素

    测试方法的影响因素包含采样频率、频带宽度、传感器安装位置、敲击能量、信号的后期处理等。

    采样频率的影响,采样频率越高,即采样间隔时间越小,则时域信号精度越高,但频率分辨率越低;反之,采样频率越低,即采样间隔时间越大,则时域信号精度越低,但频率分辨率越高。

    一般来说,频率越高,对短桩或长桩的浅部缺陷反射越明显,频率越低,对长桩的桩底反射及深度缺陷反射越明显。因此,为了提高时域信号的精度,要用较高的采样频率,而将信号做频谱分析时,为了提高频率分辨率,根据桩实际情况,应采用较低的采样频率。

    频带宽度的影响,在现场测试时,由于振源、桩土,系统的阻尼和衰减作用以及传感器等多方面的原因,很难有覆盖全频域的信号出现。

    在实际检测中,选择完成正常测试所需要的频率范围即可,为确保在时域分析中能完全记录缺陷两阶谐振峰,以读取频差,取一阶谐振峰2.5倍为上限频率,下限频率是在低于整桩一阶谐振频率的基础上选取,频域因不涉及波形形态,可适当放宽到30Hz。在波速为4000m/s时,根据不同检测部位的需要,完成测试所需的频带宽度如下表所示:

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    传感器安装位置的影响,实心桩的激振点宜选择在桩头中心位置,传感器应粘贴在距桩心越2/3R处,需要说明的是,若为灌注桩,传感器距离桩的主筋不宜小于50mm。因敲击产生的应力波除向下传播外,也沿径向向周边传播,从周边反射回来的波与由圆心外散的波会发生叠加,在2/ 3R处波的干扰最小。空心桩的激振点及传感器安装位置应选择在桩壁厚的1/2处且应在同一水平面上,与桩中心连接线的夹角宜为90°。

    敲击能量的影响,反射波法测桩时,应准备几种不同的锤头和垫层,依据不同的检测目的而进行选用。桩越长,则选择锤的重量越大,直径越大,垫层越软,以利于激发低频信号,从而可以检测到桩底反射及深部缺陷;桩越短,则选择锤的重量越小,直径越小,垫层越硬,以利于激发高频信号,在满足检测到桩底的基础上,可以明显检测出浅部缺陷。

    敲击时应尽量使得力垂直作用于桩头,有利于抑制质点的横向振动,且应避免二次冲击,防止后续波的干扰。信号的后期处理影响,现信号处理主要有时域分析和频域分析两种处理方式。时域分析将桩假定为一维杆件,应用应力波理论,应力波的传播速度假定不变进行分析。

    由于基桩检测只能近似满足一维应力波理论,实测波速受许多因素的影响,如桩身材料黏弹性作用导致的屋里频散,入射频率越高,波速越大;桩身几何尺寸的影响,包括横向尺寸导致的几何频散及桩上部的三维效应,前者使波速降低,后者使波速增加;土体阻力的影响,阻尼的影响使相速度随入射波频率的增加而减小,静阻力的影响则相反;桩身应变幅度的影响,应变增加,波速降低。

    由于考虑以上因素,在实际进行低应变采集过程中,一般设定固定桩长和特征波速,运用时域曲线进行处理,查看所设定的速度与桩底反射的重合程度,以验证所采集波形的准确性。

    频域分析是对测试信号的做时域、频域的综合分析,是动态测试的普遍做法。在基桩检测中,要对桩身完整性做出正确判断,只进行时域分析,有时不能有效地识别和排除各种干扰频率的影响,而频域分析则可通过研究桩身振动频谱的组成情况,判断出仪器频响、测试技术及数据处理方法等对测试信号和测试结果产生的影响,并采取措施提高测试信号的质量。如时域曲线中缺陷处的多次同相反射波形包含着传感器欠阻尼的振荡信号,且不见桩底反射。

    通过频域曲线分析,找出传感器的安装谐振频率,并选择低通滤波滤掉谐振频率波,即可得到比较好的波形曲线。频域分析时,利用各种信号间谐振峰频差出现的规律,则可计算出桩长及相应的缺陷位置。

    02 结论

    低应变反射波法操作简单,费用低廉,对工程施工干扰极小,并且发现问题及时,可以查出断桩和严重的桩长不符,由此应用越来越广泛,但通过以上分析,低应变反射波法也存在一定的局限性,主要表现在如下:

    ①尚无法对缺陷定性,目前依据波阻抗的变化,仅能有把握将缺陷区分为缩颈类和扩径类,如缩颈与离析、严重离析与断桩、夹层与裂缝尚不能很好的区分。

    ②对缺陷程度的定量分析尚不理想,由于波速计算或选取不准,据此计算的缺陷位置的误差在10%左右,缺陷在桩轴向的高度及径向的分布以及缺陷质量下降的程度均难以准确计算。

    ③对波阻抗渐变类的缺陷难以判断,如缺陷程度由轻至重或由重至轻,相应波阻抗缓慢减小或增大,实测波形将无法反映这一变化。

    ④桩身存在多个缺陷时,深部缺陷容易发生漏判。因此,在基桩低应变检测中,应加强行业内交流,制定更切实可行的标准,在技术层面可以有效促进低应变反射波法测桩水平的提高。

    阿莲小姐姐整理编辑,来源于网络,侵权即删~

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  • RFID学习笔记

    千次阅读 多人点赞 2017-06-06 13:18:46
    影响RFID 天线性能的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗及增益等。  一般常用的RFID天线常采用弯折线型偶极子形式,便于缩减天线尺寸及天线加工。该类型天线方向图为垂直于天线面,因此使用时贴附于目标...

    技术简介:

        射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification),又称为电子标签、无线射频识别,是一种非接触式的自动识别技术,通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。可用于识别高速运动物体并可同时识别多个标签,过程中无需人工干预,操作快捷方便。可工作于各种环境,实现对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。

        RFID系统主要由应答器、阅读器和高层应用组成,其中的应答器包括集成电路芯片。阅读器用于产生射频载波与应答器进行信息交互。高层应用包括信息的管理和决策。

        应答器的基本包括天线、编/解码器、电源、解调器、存储器,控制器以及负载电路组成。从应答器传送信息时,状态数据从存储器中取出经过编码器和负载调制单元发送。

        应答器可以分为只读应答器、读/写应答器和具有识别功能的应答器。应答器天线部分主要用于数据通信和获取射频能量,给应答器的其他电路提供能量。根据应答器能源获取方式不同可以分为:无源(被动式)应答器、半无源(半被动式)应答器和有源(主动式)应答器。

        有源应答器,这种应答器工作所需的能量完全来自于自身的电源模块,它会主动地与阅读器信息传输。由于主动通信过程需要比较大的能量供应,所以有源应答器的体积往往比较大,重量较重。

        控制器是应答器系统的核心部分,对于可读可写应答器,需要内部逻辑控制对读写的使能和对读写操作的支持,对于有密码的应答器,要求控制器能进行数字验证操作。RFID的应答器的存储容量一般在几字节到几千字节之间,存储器存储的数据量一般为产品的序列号,如EPC编码。

        RFID阅读器(读写器)通过天线实现对应答器识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元、振荡电路以及阅读器天线几部分。在实际应用中,有4种波段的频率,有低频(125k~ 134.2K)、高频(13.56Mhz)、超高频(860-960MHz)和微波(2.45GHz)。RFID阅读器是以一定的频率、特定的通信协议完成对应答器中信息的读取。

        近场通信(NFC)技术是RFID的专用子集。

        阅读器和应答器之间执行短距离无线通信的RFID系统通常利用电磁耦合、电磁感应、无线电波等形式,应用较为典型的是电感耦合,阅读器和应答器天线部分的电感线圈通过电磁场进行信息传输。RFID射频前端是实现数据和能量的交换传输的关键部分,RFID技术通过电感耦合方式进行通信,电感耦合方式的理论基础是LC谐振回路和电感线圈产生的交变磁场,也是RFID天线的基本原型。

        电感耦合分为两种方式:一种是串联谐振回路的耦合,另一种是并联谐振回路的耦合。可把两个或更多个串、并联谐振回路连接起来,构成带通滤波器。谐振放大器中,LC并联谐振回路使用最为广泛。

    行业相关:

    RFID芯片主要供应商:恩智浦半导体(NXP)、德州仪器(TI)和EMMicroelectronic。

    MIFARE是恩智浦一系列免接触式IC产品中的著名品牌,具有典型的高达10厘米(4英寸)读/写距离,在全球有40多种不同应用。MIFARE产品完全符合ISO/IEC 14443标准,已售出2亿6千万个读卡器和100亿个卡组件,经验证比市场上任何其他接口技术都更加成熟可靠。

    系列特色:

    完全符合ISO/IEC 14443国际标准;

    最高可满足NFC Forum 4类标签标准;

    支持4字节和7字节UID和随机ID;

    不同级别的加密、身份验证和通信速度可供选择;

    最高可满足EAL5+通用标准;

    提供来源和近场校验;

    标准接口确保目前的基础设施可轻松升级以符合未来智能卡芯片要求,为价值链的各个层次提供一致的产品与多重资源选择;

    操作简单、快捷,完成一次读写操作仅需0.1秒;

    抗干扰能力强,有快速防冲突机制,在多卡同时进入读写范围内时,能有效防止卡片之间出现数据干扰,读写设备可一一对卡进行处理,提高了应用的并行性及系统工作的速度。

        MIFARE 卡的存贮结构及特点(大容量--16分区、1024字节),能应用于不同的场合或系统。(Mifare技术已经被破解,卡片可以被复制,由于价格低廉,所以还在广泛使用)

        RC530是NXP 公司出品的应用与13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员,该芯片完全集成了在 13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。

        MFRC530支持ISO14443A所有的层。RC530的外围电路入图所示。该电路由接收电路和单片机接口电路两部分组成。由于RC530内部接收部分使用一个受益于副载波双边带的概念装入卡响应的调整。推荐使用内部产生的VMID电势作为RX脚的输入电势。为了提供一个稳定的参考电压,必须在VIMD脚接一个对地的电容C9,RX和VMID必须连接一个分压IC卡将回复自己UID,如果没有碰撞阅读器将收到完整的电路由R9,R10构成,而且天线与分压器间还需要用一个电容C10串接。由于IC卡工作在13.56Mhz下。石英晶体在产生用于驱动RC530和天线的13.56Mhz时钟时,还会产生更高频率的谐波。因此必须加上由L1,L2,C11,C13组成的低通滤波电路。

        MFRC522是NXP 公司针对三表最新推出的一款非接触式低功耗读写基站芯片,它是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念,完全集成了13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。 MF RC522支持ISO14443A所有的层,传输速度最高达424kbps,具有三种主机接口方式:SPI模式、 UART模式、 I2C模式。MFRC523是一个高度集成的低功耗非接触读写芯片,集成了13.56MHz下的各种主动/被动式非接触通信方法和协议。

    通讯主要分为4步:

    第一步、寻卡,写通讯命令26H 或52H到FIFODATA,写命令1EH到COMMAND,成功后得到卡类型。

    第二步、选择,写通讯命令93H到FIFODATA,写命令1EH到COMMAND,成功后得到卡号。 

    第三步、认证,通过LOADKEY写KEY到KEY缓存,写参数命令60H(认证A密码)或61H(认证B密码)+块地址+卡号到FIFODATA,写命令0CH到COMMAND,成功后再写命令14H到COMMAND,此操作卡不返回数据,通过读取标记判断是否成功。

    第四步、直接对卡进行读写增减值操作,也就是通过在FIFODATA上写入命令参数及数据,通过写命令1EH到COMMAND实现。

    智能标签IC:

        EPCglobal标准的UCODE无源UHF转发器IC非常适合需要高速操作的供应链和物流应用,具有高度防冲突、面向远距离读取的高敏感度以及适合全球应用的更宽的频率范围。UCODE IC系列提供不同的存储容量和其他特殊功能,用户可以面向特定应用选择性价比最高的容量和功能。

        UHF EPCglobal第2代标准可将UHF RFID技术的大规模部署投入商用,并用于无源智能挂牌和标签。主要的应用领域包括全球供应链管理和物流,尤其考虑到欧洲、美国和中国的频率标准,确保可实现数米远的工作距离。

        G2X是专为无源智能挂牌与标签而设计的芯片,支持EPCglobal第1类第2代UHF RFID标准。它尤为适合需要在数米远进行操作以及高防干扰速率的应用。

        G2X属于恩智浦UCODE产品系列下的一款产品。所有UCODE产品系列均提供防干扰和干扰仲裁功能。这可让读卡器在其天线范围内同步操作多个标签/挂牌。UCODE G2X标签/挂牌无需外部电源。(芯片如:SL3ICS1002)。

        HITAG®是低频(LF) RFID,低频技术是严苛环境应用的首选技术,它可提供所需的高可靠性、稳定性和安全数据传输。

        NTAG®产品为NFC解决方案,包括广泛的供电选择:无源供电,半无源供电和互联IC供电等,在接近操作范围及每个安全级别和互动性方面具有卓越的性能。所以,无论是现在还是将来,客户都能找到适合他们应用的最佳解决方案。NTAG IC完全符合NFC Forum和ISO/IEC标准,可实现与NFC基础设施的最大互操作性。


    搜索到的国内RFID相关企业:

    1、深圳远望谷 

    2、上海复旦微电子 

    3、深圳先施科技 

    4、北京航天金卡 

    5、北京同方智能卡 

    6、上海贝岭 

    7、北京亚仕同方 

    8、江苏瑞福智能 

    9、上海坤锐电子 

    10、凯泰科技

        对于 LF 和 HF 频段,系统工作在天线的近场,标签所需的能量通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射场获得,工作方式为电感耦合。型号为HRRFD-NF09的近场天线。

        对于超高频和微波频段,读写器天线为标签提供能量或唤醒有源标签,工作距离较远,一般位于读写器天线的远场。如图是型号为CS—771的圆极化天线。

    应用相关:

        网上有开发人员实验验证,可支持手动认证操作的数据收发,认证操作就是一系列的数据收发,普通数据能收发,认证数据也可以。

        支持手动实现校验位操作,MifareClassic系列(就是使用Crypto-1密码系统)在认证中必须需要读卡器支持校验位控制。因为在MifareClassic系列的认证过程中,第二步和第三步读卡器、卡片之间传送的数据是加密的,但是校验位是对应明文的校验。如果处于自动校验状态,那么校验位肯定就是所收发的数据(密文)的校验而不是明文的校验。所以不支持控制校验就不支持手动认证。


    主要性能参数:

    技术难点:

        RFID 应答器天线作为RFID系统的重要组成部分,它的性能将极大的影响整个RFID系统的效率与质量。影响RFID 天线性能的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗及增益等。

        一般常用的RFID天线常采用弯折线型偶极子形式,便于缩减天线尺寸及天线加工。该类型天线方向图为垂直于天线面,因此使用时贴附于目标物体垂直外表面;当物体的长度随之变化时,要求天线也随之变化,其增益也随之改变,因此需要设计出一款能够根据长度而改变的天线,另外,其各项天线性能也需要满足要求。在RFID系统中,天线分为电子标签天线和读写器天线两大类,分别承担接收能量和发射能量的作用。

        发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去,基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。

        RFID 系统中的术语“零讯号(null)”指的是尽管接收通信所需的电力的距离足够 ( 即,在可通信范围内 ) 仍不能执行通信的现象,并且存在可能导致这种零讯号发生的各种因素。反相就是一种这样的因素。由反相导致的零讯号将被称作反相零讯号。

        超高频 RFID 技术对一次性写入的数据量是有限制的,因此对于大数据的写入需要实现续写功能,也就是说每次数据写入都要从上一次写入数据的结束位置开始写本次需要存储的数据信息。数据安全是数据管理的重要组成部分,因此对业务数据的保护也是超高频 RFID 电子标签应用的重要部分。

        在射频读写器的应用中遇到的一个问题就是阅读器冲突,这是一个阅读器接收到的信息和另外一个阅读器接收到的信息发生冲突,产生重叠。解决这个问题的一种方法是使用TDMA技术,保证阅读器不会互相干扰。

     

    专利相关:

        截止日前的相关已授权发明专利5952项,TOP5:NXP(95),国家电网(85),中兴(80),艾利丹尼森公司(76),富士通(70)。

    思维发散——场检测和场激发:

    金属探测仪:通常由两部分组成,即检测线圈与自动剔除装置,其中检测线圈为核心部分。线圈通电后会产生磁场,有金属进入磁场,就是引起磁场变化,由此判断有金属杂质。某些产品本身含水、盐等到点成分,也会对磁场产生类似金属的干扰。这种现象,称为产品效应。可以通过产品效应补偿功能解决此类问题。

        探测器产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场在空间产生涡旋电场。而涡旋电场如果遇到金属的话,会形成涡电流,可以被检测到。涡电流产生后反作用于磁场使线圈的电压和阻抗发生变化。

        发射线圈的电流会产生一个电磁场,就如同电动机也会产生电磁场一样。磁场的极性垂直于线圈所在平面。每当电流改变方向,磁场的极性都会随之改变。这意味着,如果线圈平行于地面,那么磁场的方向会不断地交替变化,一会儿垂直于地面向下,一会儿又垂直于地面向上。 

        随着磁场方向在地下反复变化,它会与所遇的任何导体目标物发生作用,导致目标物自身也会产生微弱的磁场。目标物磁场的极性同发射线圈磁场的极性恰好相反。如果发射线圈产生的磁场方向垂直地面向下,则目标物磁场就垂直于地面向上。             

        接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场。但它不会屏蔽从地下目标物传来的磁场。这样一来,当接收线圈位于正在发射磁场的目标物上方时,线圈上就会产生一个微弱的电流。

        这一电流振荡的频率与目标物磁场的频率相同。接收线圈会放大这一频率并将其传送到金属探测器的控制台,控制台上的元件继而对这一信号加以分析。

        X光的光子与普通可见光的光子基本相同,但是它们携带的能量更多。这种较高的能量水平可以使X光直接穿过人体大多数的软组织。常规的X光成像技术利用的是光影原理。从人体一侧照射“光线”,此时,人体另一侧的胶片可记录骨骼的轮廓。

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  • 一体成型电感,是将电感线圈埋入金属粉末内的,所以线圈也影响电感,今天我们来谈谈影响电感线圈的因素。 1、必须注意电感线圈的使用环境 使用电感线圈应该充分考虑到其工作的环境,首先要注意产品所处环境的温度...
  • 二是交流功率是在输入为正弦、输出波形基本不失真时定义的;三是输出功率大,因而消耗在电路内的能量和电源提供的能量也大;四是晶体管常常工作在极限应用状态,由此要考虑必要的散热措施和过电流、过电压的保护...
  • 一文掌握阻抗匹配

    千次阅读 2021-03-26 23:39:59
    射频工程师必知必会—— 阻抗,特征阻抗与等效阻抗 阻抗,顾名思义就是对电路中电流起到阻碍作用的元器件。我们在射频电路中,又引入了特征阻抗和等效阻抗两个概念。 No.1.1阻抗 谈到阻抗的...

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    我们在上周的文章中,着重介绍了阻抗匹配的相关概念和方法。阻抗匹配,作为射频设计中最为重要的一个环节,每一个射频工程师都无法绕过去的。今天我们再加以总结,把整个阻抗匹配,展现给大家。

     

    Chapter 1

    阻抗 三 兄弟

     

    射频工程师必知必会—— 阻抗,特征阻抗与等效阻抗

    阻抗,顾名思义就是对电路中电流起到阻碍作用的元器件。我们在射频电路中,又引入了特征阻抗和等效阻抗两个概念。

     

    No.1.1 阻抗

    谈到阻抗的概念,大家的第一影响就是电阻和电抗的组合。没错,在低频领域,或者在我们学习的电路原理的课程中,阻抗就是电阻和电抗的组合。

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    我们借用百度百科的定义就是:

    在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧姆。

    阻抗可以是电阻、电容、电感的任意组合对电流起到的阻碍作用。由于电容对直流电的阻抗无穷大,而电感对直流电的阻抗是零,因此,阻抗更多用于描述交流电路中对电流的阻碍作用。高阻抗是指阻抗值大,低阻抗是指阻抗值小。

    对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中,电路的阻抗一般来说比电阻大。也就是阻抗减小到最小值。在电感和电容并联电路中,谐振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。

     

    阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。

    但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。

    阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。

    当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。

     

    No1.2 特征阻抗

     

    特征阻抗是射频传输线的一个固有特性,其物理意义是在射频传输线上入射波电压与入射波电流的比值,或者反射波电压和反射波电流的比值。

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    如果按照分布参数的理论去表示,传输线的特征阻抗可以表示为:

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    从上式可以看出,对于一个有耗传输线来说,特征阻抗是一个复数,有耗传输线的损耗就来自于这个传输线的电阻。而对于理想的无耗传输线来说,特征阻抗就是一个实数。这也就告诉我们,对于一个理想的无耗的50欧姆传输线来说,其电阻为0,这和上文中的带电阻的阻抗就不一样了。

     

    特性阻抗是射频传输线影响无线电波电压、电流的幅值和相位变化的固有特性,等于各处的电压与电流的比值,用V/I表示。在射频电路中,电阻、电容、电感都会阻碍交变电流的流动,合称阻抗。电阻是吸收电磁能量的,理想电容和电感不消耗电磁能量。阻抗合起来影响无线电波电压、电流的幅值和相位。同轴电缆的特性阻抗和导体内、外直径大小及导体间介质的介电常数有关,而与工作频率传输线所接的射频器件以及传输线长短无关。也就是说,射频传输线各处的电压和电流的比值是一定的,特征阻抗是不变的。对于一个已知特性阻抗的传输线来说,它与频率无关。

    相关阅读,可参考长线理论:射频工程师必知必会——长线效应与分布参数


    No1.3 等效阻抗

    等效阻抗也是传输线理论的一个概念,我们在设计中,经常要求知道在传输线上指定位置的阻抗是多少。这个指定位置的阻抗就是等效阻抗Z(z),其定义为传输线上该位置处的电压和电流的比值:

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    注意对比特征阻抗与等效阻抗定义公式之间的区别:特征阻抗是入射波或者反射波的比值,而等效阻抗则是指定位置处入射波和反射波两者叠加之后的比值。这个是位置的函数。对于无耗传输线来说,特征阻抗是固定的,而等效阻抗则随位置的不同而变化。
    这个位置的变化,还涉及到一个看过去的方向问题。比如我们看向负载还是源,这个所得到的等效阻抗,有时候是有区别的。我们设定观察点,向负载看去的等效阻抗,就是负载阻抗。

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    如上图所示,如果我们在指定的位置z处截断,在负载处用一个阻抗为Z(z)的来代替系统中的负载部分,那么对于截断点到电源部分的电压和电流分布将不会改变,这说明Z(z)与截断的电路ZL相等,Z(z)就是负载的等效阻抗,或称为负载阻抗。
    相反,如果我们向源的方向看去,我们把源到截断点的阻抗用Z(z)来替代Zin,那么从截断点到负载的传输特性也不会改变,那么这个Z(z)就可以表示为系统的输入阻抗。

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    等效阻抗与特征阻抗的关系可以用反射系数来计算。

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    只要知道传输线上指定位置的反射系数,就可以得到其等效阻抗。相应的,如果知道传输线上的等效阻抗,就可以求出该位置的反射系数。

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    我们如果用传输线上的电流和电压方程来表示等效阻抗Z(z)的话,我们还能够发现一个更有趣的现象。
    电流和电压方程:

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    带入等效阻抗方程可得到:

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    注意观察上述方程,您是否注意到方程里面的那个Tan,也就是说,在无耗传输线上等效阻抗是三角函数的复合函数。由于三角函数的周期性特征,无耗传输线上的等效阻抗也必然具有周期性。这个周期就是pi,180°。

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    至此,我们不难发现,在传输线上,任意相距二分之波长和其整数倍的位置,其等效阻抗相等。

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    二是在传输线上,任意相距四分之一波长极其整数倍的位置等效阻抗满足如下关系式:

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    这就巧了,当负载处阻抗等于0时,那么距离负载二分之一波长整数倍的地方阻抗也等于零,在距离负载四分之一波长整数倍的位置等效阻抗则为无穷大。
    相反,当负载阻抗为无穷大时,上述结论也翻一下。这不就是开路短路状态的转化吗?在射频设计中,会经常用到哦。您用过没?

     


    Chapter 2 

    为什么要阻抗匹配

     

    阻抗匹配就是为了电磁波能够更好的传播。我们总是希望有用的射频信号能够无衰减或者小衰减的传输到负载,如果阻抗不匹配的话,反映到系统的就是该器件的回波损耗差。回波损耗也是损耗。这个反射回去的射频信号,会对系统造成很大的影响,甚至烧坏某些器件。

    什么是回波损耗?什么是插入损耗?

    我们通过例子讲述了回波损耗到底反射回去多少射频功率。

    电磁波功率P1 从端口1进入网络,从端口2出来。由于在端口1处存在不匹配,那么有一部分电磁波功率P1- 反射回去。

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    回波功率P1-应该怎么算呢?

    对于一个双端口网络,我们只要知道其S2p文件,就可以确定网络的特性,至于网络内部到底是什么样子,我们不用关心,有时候也不需要去关心。

    我们再来看一下回波损耗的定义。回波损耗就是反射损耗,是反射系数的dB形式。

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    那么问题就转换成了已知输入功率P1和回波损耗RL,求回波的功率P1-。

    根据上面公式,直接求,就可以算出来了。公式如下。

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    那我们再两边同时取dB呢?也就是 加上 10log,就成了下面形式。

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    通过上述计算推导,我们得知,回波损耗的功率就是 输入功率P1加上回波损耗RL(注意,RL此处为负值)。所以对于大功率器件,我们对其回波损耗的要求越严格。对于小信号器件,有时候可以放宽回波损耗的指标。

     

    Chapter 3

    共轭匹配和负载匹配

     

    共轭匹配的意义是在于信号源能够输出最大的功率到负载,而负载匹配则是负载能够吸收最大的功率。这两种都是我们做匹配负载所要做的。

    说起共轭匹配,我们先复习一下共轭的概念。

    一提到数学就头疼,共轭是什么玩意?带大家一起回忆一下。共轭就是两个复数的实部相同,虚部符号相反,大小相等,如下图所示,在复平面上,共轭也就是在坐标系里沿着x轴(实轴)镜像了一下。

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    实现最大功率传输,为什么要共轭呢?我们一起看一下。假设在一个最简单的电路中,如下图所示,Us为信号源电压,Rs为信号源内阻,RL为负载电阻。在什么情况下才能够使得信号源把最多的功率提供给负载呢?也就是如何让信号源的输出功率尽可能大。

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    利用上面这个简单的电路,很容易得到信号源输出功率与电路元器件之间的关系:

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    在这里,我们假设:

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    这时,我们就可得到:

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    我们就得到了,信号源的输出功率只取决于Us,Rs和RL。当信号源一定时,输出功率只取决于k,负载阻抗和信号源内阻的比值。

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    取右边的极值呗。我们也可以得到这个功率比和阻抗比的关系曲线。

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    也就是当k等于1时,即RL=Rs时,负载可获得最大的输出功率,此时的状态为匹配状态。无论负载阻抗大于还是小于信号源内阻,都不可能使得负载获得最大功率,并且这两个电阻值偏差越大,输出功率就越小。

    当源阻抗为复数时,我们可以用同样的推导过程进行计算。这时的等效电路如下图所示:

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    其信号源电压为Vs,信号源内阻为Zs=Rs+jXs。负载阻抗为Z=R+jX。电路中的电流为:

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    电流的幅度值为:

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    负载处的功率为:

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    参照前文到的结论,当R=Rs,X=-Xs时,负载的功率最大,即输出功率最大。这时即有

     

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    那么在共轭匹配下,负载能够得到最大的功率是多少呢?

    只有四分之一的源功率能够到负载,剩下的到哪去了呢?被源自己的电阻吃掉了。所以我们发现,源都是最热的那一个。

    如果负载阻抗不能满足共轭匹配条件怎么办呢?很简单,让他匹配嘛,在源与负载之间加一个匹配网络,将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭匹配。这个阻抗变换就是阻抗匹配的重要方法之一。

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    Chapter 4

    如何进行阻抗匹配?

     

    阻抗匹配的方法有很多,我们在之前的文章中介绍了集总参数阻抗匹配电路和阻抗变换器和短截线分布参数匹配,这其中也详细介绍了Smith Chart的用法。但是这其中的匹配都是对于单频点的匹配,其大部分匹配都是窄带的。而宽带匹配电路我们在以后的章节,会详细介绍。

     

    No4.1 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。

     

    4.1.1 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。

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    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:

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    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:

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             如果 Rs>RL,则选用左L电路进行匹配:

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    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:

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    Ls-Cp低通电路,电感和电容值可以有以下公式计算:

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    Cs-Lp高通电路,电感和电容值可以有以下公式计算:

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    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。

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    低通电路,电感和电容值计算公式:

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    高通电路,电感和电容值计算公式:

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    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。

     

    4.1.2 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。

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    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:

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    4.1.3 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。

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    设计公式:

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    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。

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    No4.2 Smith Chart 匹配示例

    问题:

    设计一个L型匹配网络,使其在频率500MHz处,完成负载到传输线的匹配。负载阻抗为ZL=200-j100Ω,传输线阻抗为Z0=100Ω。

    这个问题的示意图如下:

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    常见的L型匹配电路有两种,左L和右L,具体选择哪种,可根据源阻抗与负载阻抗的大小关系来定S(不得不掌握的几种常见的集总参数阻抗匹配电路)。

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    首先我们将负载阻抗ZL归一化得到zL=2-j,把这个点标注在Smith 圆图上。这个点在1+jx的圆内部,所以我们选用右L型匹配电路,或者按照我们上节学习到的规律RL>RS(不得不掌握的几种常见的集总参数阻抗匹配电路)。从负载看过去,第一个元件时并联电纳B,通过负载话SWR圆,且从负载过圆心画一条直线,就可以把负载阻抗转换成导纳,才能与该并联导纳相加。

    我们加上这个并联导纳之后再转换回阻抗,将它画在1+jx圆上,这样我们才能加上一个串联电抗来抵消jx并与负载匹配。也就是说,这个并联电纳B能够将YL转移到Smith圆图的1+jx圆上。我们可以看到在外加一个jb=j0.3电纳之后,便能沿着等电导圆移动到y=0.4+j0.5处,再将导纳转换成相应的阻抗z=1-j1.2,在此处接上串联电抗x=j1.2就可实现匹配。使我们回到Smith圆图的中心点。

    详细过程如下:

     

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    如果该匹配电路是由一个并联电容和串联电感组成,如下图所示,在频率f=500MHz处,可求出该匹配电路的电容值和电感值。

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    如果我们用一个b=-j0.7的并联电纳来替换之前外加的b=j0.3的并联电纳,则在移位后的1+jx圆的下班圆移动这个点到y=0.4-j0.5处,然后转换回阻抗并且加上一个x=-1,2 的串联电抗,也可以达到匹配。这时,匹配网络使一个有并联电感和串联电容来实现。在频率f=500MHz时的电感和电容值可以计算得出:

     

     

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    对于这两种匹配网络,其反射系数的大小与频率的关系如下图所示。

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    如果单纯从匹配角度来说,两种方案都可以选择,匹配带宽没有明显的区别。但是实际应用中,可以根据射频电路的需求进行选择。比如是否需要隔直?是否需要滤波?实际电感和电容的选型等等。

     

    No4.3 短截线匹配法

    用集总参数元器件进行阻抗匹配,大家理解起来比较容易,但是在微波电路中,我们常常不喜欢加进去那些林林总总的电感电容,一个原因是贵,另一个原因则是对应值的电感电容很难取寻找。我们通常希望直接在线上进行匹配。今天,我们一起来看一下如何利用一段传输线来进行阻抗匹配?

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    最常用到的短截线匹配法有单支节和双支节,有双支节了,当然还会有多支节。我们就最常用的单支节和双支节进行讨论。

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    单支节就是使用单个开路或者短路的传输线段在距离负载某一确定位置处,通过与传输线的并联或者串联,实现阻抗匹配。如下图所示。在这种单支节短截线匹配电路中,有两个可调节的参数,第一个是从负载到短截线的距离d,第二个就是短截线所能提供的电纳或者电抗,短截线所能提供的电纳或者电抗实际上是由短截线本身的特性阻抗Z0和短截线的长度决定。因此,单支节短截线匹配法实际上是对短截线到负载距离d和短截线特性阻抗Z0,以及短截线长度L这三个参数组合优化。

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    对于并联短截线,其基本思路是首先确定短截线到负载的距离d,在此点向传输线方向看过去的导纳为:Y=Y0+jB,然后选择短截线的电纳为-jB,就可以达到匹配条件。

    对于串联短截线,短截线到负载的距离d,在此位置,向传输线方向看过去的阻抗为Z=Z0+jX,那么选择短截线的电抗为-jX,便达到阻抗匹配的条件。

    另一个就是双短截线匹配。双短截线匹配,增加了设计参量,提高了设计的灵活度。双短截线匹配电路如下图所示,负载到第一个短截线的距离不再有特殊要求,但是两个短截线直接的距离d是有要求的。

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    在《微波工程》中,作者通过两个例子,利用Smith圆图对单路短截线的参数进行求解。具体过程,请参照书籍。推荐在设计中,利用仿真软件进行匹配,因此,理论推导过程不再赘述。

    No4.4 四分之一波长阻抗变换器

    常用的阻抗匹配方法很多,我们今天一起来学习下四分之一阻抗变换器匹配的原理。

     

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    四分之一波长阻抗变换器是有一段长度为lambda0/4,阻抗为Z01的传输线构成,其中Lambda0是传输线所传输信号的中心频率所对应的相波长,与信号频率f0,传输线的结构,填充介质等因素有关。当传输线的终端接纯电阻负载RL时,在中心频率上的输入阻抗为:

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    为了计算该式在图片时的值,我们可以用图片去除上式的分子分母,并取图片的极限,即可得:

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    为了使反射系数等于0,必须有Z0=Zin,可得四分之一波长变换器的特性阻抗为:

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    可以看出了,这个阻抗就是负载阻抗和传输线阻抗的几何平均。因此在传输线上就没有驻波,反射系数为0,但是在四分之一阻抗变换器内还是有驻波存在。变换器上的驻波系数为:

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    注意:上式是基于信号的中心频率f0来求解的,因此只能在这个点上实现匹配,或者匹配线的长度是该频率的四分之一波长或者四分之一波长的奇数倍(2n+1)处实现完全匹配,在其他频率上将会失配。

    上式只能用于实阻抗匹配,即负载的阻抗为纯电阻。但是对于一般的复阻抗负载,ZL=RL+jXL,时,一般先经过一个适当长度的传输线把负载阻抗变换为实阻抗负载。下面介绍两种常用的匹配方法:
    方法一:终端接四分之一波长阻抗变换器的同时,并联一段特性阻抗为Z0,长度为s的终端段路线。
     

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    终端短路线在负载处提供一个纯电抗,只要选择合适的长度s,就可以使其在负载处所呈现的电抗来抵消负载的电抗部分,从而使负载的总阻抗为实数,然后利用四分之一波长阻抗变换器将负载处的等效阻抗变换为Z0,实现阻抗匹配。
    方法二:在靠近终端的电压波腹点或者波节点处接入四分之一波长阻抗变换器来实现复阻抗匹配。

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    传输线上电压波节点或者波腹点的阻抗为实数,所以如果在这两个位置剪短传输线,接入特性阻抗为Z01的四分之一波长变换器就可以进行阻抗匹配。负载与电压波节点或者波腹点位置的传输线称为相移段。
    1,当电压波腹点接入四分之一波长变换器时,相移段长度L和变换器特性阻抗分别为:

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    2,当电压波节点接入四分之一波长变换器时,相移段长度L和变换器特性阻抗分别为:

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    这个时候阻抗变换器上的驻波系数为:

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    为了更深入的了解四分之一波长阻抗变换器的特性,我们一起来看一下多次反射的概念。
     

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    对于上图给出的四分之一波长变换器,它具有一下的反射系数:

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    这些反射系数可以表示为:

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    我们可以想象一下,当电磁波信号沿着传输线进入四分之一波长变换器时,它首先看到的阻抗是Z1,因为还没有到达负载RL,因而负载还看不到它的影响。一部分电磁波被反射,另一部分被传输进入四分之一波长变换器,然后被传输的电磁波到达负载时遇到了组在阻抗RL,再次被反射,经过四分之一波长到达传输线和变换器的交界处,遇到阻抗Z0,再次被反射回到负载,电磁波在变换器内不断额被反射吸收,每次反射波都要经过往返两次四分之一波长,产生相位差180°,总的反射系数就是这无数次反射系数的和:

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    经过一系列的计算:

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    我们发现,当时,上式为0,那么总的反射系数也为0,传输线是匹配的。
    那么我们发现四分之一波长变换器匹配的原理就是通过选择恰当的匹配段的特性阻抗,和长度,使得所有的部分反射的结果叠加为0,来消除组播,形成整个传输线上的行波。可见变换器内部的斗争还是蛮激烈的。

     

    小结:其实到这里,阻抗匹配还远远没有结束。在很多的射频电路中,宽带阻抗匹配才更利于整个系统设计。但是最为高级的一个阻抗匹配方式就是滤波器的设计。让我们在以后的章节慢慢完善阻抗匹配吧。

    全文完。。。

    参考文献

    • 1,David M Pozer  《微波工程》

    • 2,雷振亚,谢拥军 等  《微波工程导论》

    • 3,栾秀珍,王钟葆,傅世强,房少军   《微波技术与微波器件》

    • 4,梁昌洪,谢拥军   《简明微波》

     

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  • 传输线阻抗理论

    千次阅读 2019-06-26 09:43:44
    一、理想元件阻抗特性:对于所有的理想元件,传输线“阻抗”为该导体两端的电压和流经该导体的电流的比值,一般包括阻抗、感抗和容抗的统称。 电阻阻抗: 电感感抗: 电容容抗: 显然,对于理想电感和电容,其...
  • 关注+星标公众号,不错过精彩内容编排 |strongerHuang微信公众号 |嵌入式专栏简单的PCB设计可能不需要考虑阻抗问题,但是,相对负责一点的系统都会考虑组考问题。今天来讲讲阻...
  • 分析 考虑到铜导线的内部直流阻抗,负载电容和电路板的分布电容等干扰因素影响,我们需要仿真排除各种干扰因素。在多次试验后,确认这些都不是出现扫频图异常的主要原因。随后根据电感的datasheet,发现使用的...
  • 变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。 贴片绕线电感的作用似乎有些对立,我们说过电容是通交阻直,而电感恰好相反,它的作用是通直阻交,本来嘛!直流电通过电感时产生的磁场方向大小是一致的,不会...
  • PCB的阻抗匹配

    2021-03-27 08:59:46
    一、什么是阻抗? 在一般状态下,导体多少都存有阻止电流流动的作用,其阻止程度可用电阻表示,单位是欧姆。在交流电路中,除电阻外,还有还有电感和电容等器件,皆有阻碍电流流动的作用。通常将阻碍交流电流作用的...
  • 阻抗计算公式、polar si9000(教程)

    万次阅读 2015-10-29 22:16:45
    一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义。 传输线阻抗的...
  • 同时,煤体破碎导致波阻抗及冲击波衰减速度增大,限制有效改造半径扩展;地应力增大,破裂半径、破裂度存在临界值,水平主应力差对CSW冲击裂隙形态、扩展方位及缝网连通程度存在显著影响。研究揭示,CSW煤岩致裂效果...
  •  我们已经处于数字示器时代,与仅考虑模拟放大器的带宽相比,应更多的考虑示器的带宽,为了保证示器为应用提供足够的带宽,您必需考虑示器将要考察的信号带宽。  带宽是示器最重要的特点,因为它决定这...
  • 关于造成管道式污水流量计误差的主要三类影响因素分析(图1) 测量管道中没有节流部分,因此不会有额外的压力损失;测量管道中没有运动部件,因此传感器的寿命非常长。由于感应电压信号是在充满磁场的整个空间内形成的...
  • 射频基础之阻抗匹配与Smith图

    万次阅读 多人点赞 2017-09-06 10:57:09
    一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出...
  • 图中,Vs为单位阶跃信号源,Rs为信号源电阻,Cs为负载电容,Vsign为目标信号,Ri与Ci为电压探头的输入阻抗。未施加探头时,由RC电路的阶跃响应函数易得目标信号的上升时间tr,sign为2.2RsCs。同理,施加电压探头后,...
  • 阻抗匹配

    2016-09-05 08:25:03
    一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出...
  • 由于电磁的无线传播特性,决定了其在传输过程中必然会受到来自外界和自身内部的多种因素影响。  这里我们只讨论通信系统内部产生EMI的原因及如何消除EMI的影响。在通信系统内部,各种电子器件应用很多,导致了...
  • 由于电磁的无线传播特性,决定了其在传输过程中必然会受到来自外界和自身内部的多种因素影响。  这里我们只讨论通信系统内部产生EMI的原因及如何消除EMI的影响。在通信系统内部,各种电子器件应用很多,导致了...
  • 设计出了隔离电路(如变压器隔离和光电隔离等)解决通过电源线、信号线和地线进人电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;设计出了能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;或通过选择...
  • 传输线理论 特征阻抗

    万次阅读 多人点赞 2018-08-13 15:05:23
    特征阻抗: 传输线理论  电流永远都是一个回路。 信号频率: 如果传输线上传输的信号是低频信号,假设是1KHz,那么信号的波长就是300公里(假设信号速度为光速),即使传输线的长度有1米长,相对于信号来说还是很...
  • 为了研究其在配电网中的工作特性,文章主要介绍了消弧线圈在中性点电压突然升高即发生单相接地故障时的暂稳态过程,找出影响响应时间和接地残流的因素,并为此设计新的控制策略并通过仿真分析证明可提高消弧线圈的响应...
  • 高输入阻抗和低输出阻抗

    千次阅读 2014-05-29 07:16:42
    一般我们常耳闻的说法是:扩大机的输入阻抗是愈高愈好,而输出阻抗是愈低愈好。为什么呢?因为输入阻抗高了,从讯号源来的讯号功率强度就可以不必那么大。这么说也许还有读者不甚了解,让我们再回想一下欧姆定律;...
  • 为了研究瞬变电磁场分布变化规律,在理论上推导了不同阻尼状态下的瞬变电磁暂态响应方程,并采用Simulink对瞬变电磁场暂态过程进行...电路仿真结果对于抑制非地质因素影响和指导瞬变电磁观测系统设计具有重要意义。

空空如也

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影响波阻抗的因素