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    基于Matlab仿真的阻抗匹配問題的研究

    2013-03-29 02:11:22王月愛侯艷紅馮向莉
    現(xiàn)代電子技術(shù) 2013年2期
    關(guān)鍵詞:阻抗匹配

    王月愛 侯艷紅 馮向莉

    摘要:阻抗匹配在高頻設(shè)計中是一個常用的概念。對于不同特性的電路,匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中,當負載電阻等于激勵源內(nèi)阻時,則輸出功率為最大,這種工作狀態(tài)稱為匹配,否則稱為失配。為了實現(xiàn)射頻電路信號傳輸?shù)耐暾裕埂靶盘栙|(zhì)量奇跡般的改善”,必須做好電路的阻抗匹配。利用Matlab仿真解決阻抗匹配問題,設(shè)計了一套調(diào)節(jié)可調(diào)電容的算法,編寫了算法和仿真的可視化Matlab程序,通過程序驗證了算法的可行性;詳細介紹了射頻電路數(shù)學(xué)模型的建立,確定分段調(diào)節(jié)和同步調(diào)節(jié)兩種阻抗匹配方案,并對四種參數(shù)情況下的仿鎮(zhèn)結(jié)果和算法進行比較和討論,得出算法存在的不足及改進方向。

    關(guān)鍵詞:阻抗匹配; 可調(diào)電容; 射頻電路; Matlab

    中圖分類號:TN911?34 文獻標識碼:A 文章編號:1004?373X(2013)02?0103?04

    阻抗匹配在高頻設(shè)計中是一個常用的概念,其目的就是實現(xiàn)信號功率的最大傳輸,從而實現(xiàn)從信號源到負載的無電壓相移最大功率傳輸。由電磁學(xué)理論可知,任何阻抗突變都會引起電壓信號的反射與失真,這自然會使得信號的質(zhì)量出現(xiàn)問題。而射頻電路應(yīng)用中為了保持信號的完整性,使“信號質(zhì)量奇跡般的改善”,更要“千方百計”把阻抗給匹配好了。本文利用Matlab軟件來仿真射頻電路的阻抗匹配,通過分析射頻電路中的數(shù)學(xué)條件,建立數(shù)學(xué)模型,采用先調(diào)節(jié)導(dǎo)納實部,再調(diào)節(jié)導(dǎo)納虛部的算法。同時為了提高算法效率,還嘗試了同時調(diào)節(jié)多個可控元件,并取得了滿意的效果。

    1 問題提出

    (1) 類可行解。步數(shù)最多的情況為[CL1=1 000],[CL2=0]時,遠大于另外3種情況,而產(chǎn)生這種情況的原因是由于在[C2]步數(shù)在238步處,算法認為導(dǎo)納的實部已經(jīng)達到要求,進而對[C1]進行了一次遍歷,并未考慮到[C1]的取值范圍能否滿足要求。所以還需要通過一定的改進以幫助其避免這樣的“類可行解”產(chǎn)生的影響。

    (2)超調(diào)現(xiàn)象。對于第4種情況的仿真進行分析:雖然其步數(shù)最少,但是[C1]的變化仍然出現(xiàn)了一定的反復(fù),導(dǎo)致算法與最優(yōu)步驟相差了大約40步。這種現(xiàn)象顯然是由于算法并未預(yù)測到[C2]的變化產(chǎn)生的影響,導(dǎo)致[C1]產(chǎn)生了超調(diào)的結(jié)果,在最優(yōu)解附近產(chǎn)生了一定的振蕩。

    3.2 算法改進方向

    (1)設(shè)法對[C2]與導(dǎo)納的非線性關(guān)系進行線性近是近似處理,從而實現(xiàn)總導(dǎo)納的提前預(yù)測,以此做出合適的控制策略,減少超調(diào)量,并減小過渡過程時間(即總步數(shù))。

    (2)利用Smith圓圖,每經(jīng)過一步后都將該點標示在Smith圓圖上。由于最終的匹配目標反應(yīng)在Smith圓圖上即為原點,所以,可以試圖畫出一條由初態(tài)直到末態(tài)的直線,使得調(diào)整軌跡能夠與該直線重合。

    同時,應(yīng)當認識到,由于[C1],[C2]的步進特性與非線性特性,不可能使軌跡完全與期望直線重合。但是,依然可以利用該直線判斷出兩個電容下一步的變化方向,得到一個較優(yōu)的狀態(tài),再利用這個狀態(tài)與原點的直線獲得后續(xù)狀態(tài)。

    4 結(jié) 語

    (1)可同時調(diào)節(jié)兩個可調(diào)電容,其效率比分別調(diào)節(jié)兩個電容要高。

    (2)在調(diào)節(jié)[C2]的過程中,會有一個[C2]的值使得實部符合要求,但此時無論怎樣調(diào)節(jié)[C1]都不能使虛部達到要求,在這個點的遍歷是降低算法效率的主要因素。

    (3)在某些初試條件下,由于[C1]、[C2]取值的限制,無論怎樣調(diào)節(jié),都難以實現(xiàn)阻抗匹配。

    參考文獻

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