一种L型阻抗匹配网络设计方法技术

本发明专利技术公开了一种L型阻抗匹配网络设计方法：建立二维阻抗平面，并在二维阻抗平面内选起始点；根据起始点设计L型阻抗匹配网络，并测量其特征阻抗值Z(n，n)，并判断起始点是否为匹配点，若是，根据匹配点设计L型阻抗匹配网络；否则，继续执行；增加起始点对应的电容值和电感值，并测量出对应的特征阻抗值Z(m，m)，当Z(m，m)比Z(n，n)更接近圆图中心点，则继续执行，否则重新选取；增加对应的电容值和电感值，当Z(m，m)与史密斯原图中心点之间的距离大于其起始距离时，则匹配点位于该点的前一点的阻抗平面内第三象限；缩小匹配点的范围，得出最终匹配区域，并设计L型阻抗匹配网络。

A design method of L type impedance matching network

The invention discloses a network design method of L type impedance matching: a two-dimensional impedance plane, and the starting point in the 2D impedance plane; the starting point according to the design of L type impedance matching network, and measuring the characteristic impedance of Z (n, n), and determine whether the starting point for matching points, if, according to the matching design of L type impedance matching network; otherwise, continue to increase; the starting point corresponds to the value of capacitance and inductance values, and measured the characteristic impedance value corresponding to the Z (m, m), when Z (m, m) than Z (n, n) closer to the center of the chart, execution continues otherwise, re select the corresponding increase; the capacitance and inductance value, when Z (m, m) is greater than the initial distance between Smith and the original center distance, matching the impedance plane point is located in the point of the previous point in the third quadrant; reduce the matching point range, obtains the final match Area, and design L type impedance matching network.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频电路设计领域，具体涉及一种L型阻抗匹配网络设计方法。
技术介绍
阻抗匹配是射频电路中一个非常重要的概念，只有当信号源所驱动电路的输入阻抗和信号源阻抗共轭时，该电路从信号源吸收的功率才能达到最大值，这时称信号源所驱动电路达到了输入阻抗匹配条件。为了满足阻抗匹配条件从而使传输功率达到最大，常常需要将某一阻抗(源阻抗)变换到另一特定的阻抗(负载阻抗)，实现这一功能的电路就是阻抗匹配网络。目前有多种网络可以实现阻抗匹配功能，其中L型阻抗匹配网络是射频电路设计中最常用到的阻抗匹配网络，因其所用元器件最少，拓扑结构最简单，由两个无源元件(电容和电感)组成。为了避免繁琐的手工计算，工程上一般使用Smith圆图来设计阻抗匹配网络，但是设计人员须具备丰富的实践经验才能够操作。所以研究L型阻抗匹配网络设计方法具有重大的理论价值和现实意义。传统的阻抗匹配网络设计需要进行大量复杂的手工计算或者软件模拟仿真，而且得到的参数均为理想值，实际的电子元器件因为存在寄生参数，往往导致计算的理想值和实际值偏差非常大，后期仍然需要借助Smith圆图来精确设计。所以在实际操作中大部分设计人员会凭借经验直接用Smith圆图来设计阻抗匹配网络，通过实验的方法得到电子元器件的参数。所以无论设计人员是否计算仿真，最终都是用Smith圆图来设计阻抗匹配网络。具体设计时因人而异，根据设计人员的水平和习惯，设计方法千差万别，没有固定方法。水平高经验丰富的设计人员可能设计的快速一些，初级的设计人员往往设计的慢一些，甚至设计失败。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种L型阻抗匹配网络设计方法，以解决现有L型阻抗网络设计方法步骤复杂、耗费时间、成功率低的问题。本专利技术采用以下技术方案，一种L型阻抗匹配网络设计方法，包括以下步骤：步骤一、建立二维阻抗平面坐标系，并在二维阻抗平面内选取起始点(n，n)，其中,n>0；步骤二、根据起始点(n，n)设计L型阻抗匹配网络，并测量L型阻抗匹配网络的特征阻抗值Z(n，n)；判断(n，n)是否为匹配点；若是，根据匹配点设计L型阻抗匹配网络；否则，继续执行步骤三；步骤三、增加步骤二中起始点对应的电容值和电感值，直至得出电容值和电感值所对应的点(m，m)，点(m，m)满足以下条件：测量出点(m，m)对应的特征阻抗值Z(m，m)，Z(m，m)与史密斯圆图中心点的距离小于Z(n，n)与史密斯圆图中心点的距离；其中，m>n>0；步骤四、增加步骤三中点(m，m)对应的电容值和电感值，直至得出电容值和电感值所对应的两个相邻点(m1，m1)、(m2，m2)，点(m1，m1)、(m2，m2)满足以下条件：与史密斯原图中心点之间的距离小于步骤三中Z(m，m)与史密斯圆图中心点的距离，且与史密斯原图中心点之间的距离大于步骤三中Z(m,m)与史密斯圆图中心点的距离；则判断匹配点位于以(m1，m1)为坐标原点的阻抗平面内第三象限且m2>m1>m>0，继续执行步骤五；步骤五、缩小步骤四中匹配点所处的范围，得出最终匹配区域，则最终匹配区域内的任一点均为匹配点，并根据匹配点对应的电容值和电感值设计L型阻抗匹配网络。进一步地，步骤一的具体方法为：建立二维阻抗平面坐标系，横轴为电感轴，纵轴为电容轴，在二维阻抗平面内选择起始点(n，n)其中，起始点(n，n)表示在L型阻抗匹配网络中的电感值和电容值均为n，通过起始点(n，n)分别做出平行于电感轴和电容轴的直线，并通过两条直线将二维阻抗平面分为四个象限。进一步地，步骤五中得出最终匹配区域的具体方法为：步骤5.1、选取匹配区域的中心点(m1/2，m1/2)，并通过中心点(m1/2，m1/2)在二维阻抗平面做出分别与电容轴、电感轴平行的直线，将匹配区域分成第一象限、第二象限、第三象限和第四象限四部分，判断匹配点所在象限，得出匹配区域；步骤5.2、重复执行步骤5.1，并得出最终匹配区域；步骤5.3、以匹配区域内任一点所对应的电容值和电感值设计L型阻抗匹配网络。进一步地，步骤5.1中判断匹配点所在象限的具体方法如下：步骤5.1.1、保持中心点(m1/2，m1/2)的电容值不变，增大电感值，当特征阻抗值接近史密斯原图中心点时，则匹配点位于第一象限或第四象限内，否则，匹配点位于第二象限或第三象限内；步骤5.1.2、保持中心点(m1/2，m1/2)的电感值不变，增大电容值，当特征阻抗值接近史密斯原图中心点时，则匹配点位于第一象限或第二象限内，否则，匹配点位于第三象限或第四象限内；步骤5.1.3、根据步骤5.1.1和步骤5.1.2确定匹配点所在的匹配区域。进一步地，在匹配区域内，中心点的右上方为第一象限，中心点的左上方为第二象限，中心点的左下方为第三象限，中心点的右下方为第四象限。本专利技术的有益效果是：通过本专利技术的方法，将阻抗匹配网络设计方法标准化固定化，可以快速成功的设计出阻抗匹配网络，极大地简化了阻抗匹配网络的设计方法，避免了手工计算和反复的实验，节省了设计时间，降低了设计人员所需的理论水平和操作经验。【附图说明】图1为本专利技术中使用的史密斯圆图；图2为本专利技术的阻抗平面及(n，n)点第一象限、(n，n)点第二象限、(n，n)点第三象限和(n，n)点第四象限示意图；图3为本专利技术的阻抗平面及(m1，m1)点第三象限示意图；图4为本专利技术的阻抗平面及(m1，m1)点第一象限、(m1，m1)点第二象限、(m1，m1)点第三象限和(m1，m1)点第四象限示意图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术公开了一种L型阻抗匹配网络设计方法，包括以下步骤：步骤一、建立二维阻抗平面，并在该平面内建立二维阻抗平面坐标系，横轴为电感轴，表示L型阻抗匹配网络中的电感值，纵轴为电容轴，表示L型阻抗匹配网络中的电容值，平面中任意一点表示了L型阻抗匹配网络中的电感值和电容值，假设L型阻抗匹配网络设计成功，那么在此二位阻抗平面中必存在一点与之对应，并且是唯一的，因此，L型阻抗匹配网络设计工作就转化为找出在此二维阻抗平面中的那一个点，命名为匹配点；在二维阻抗平面内选取一个起始点(n，n)，其中,n>0，选起始点时，也可以选择横纵坐标不同的值作为起始点，优选的选取横纵坐标都相同的点，以便于设计L型阻抗网络设计工作更加快捷；起始点(n，n)表示在L型阻抗匹配网络中的电感值为n，单位为nH，电容值为n，单位为pF，起始点的选择可根据个人的经验选择，在本实施例中选取点(5，5)，即起始的电感值为5nH，电容值为5pH；通过起始点(n，n)分别做出平行于电感轴和电容轴的直线，并通过两条直线将二维阻抗平面分为四个象限，如图2所示，优选的我们设定(n，n)点的右上方为第一象限，(n，n)点的左上方为第二象限，(n，n)点的左下方为第三象限，(n，n)点的右下方为第四象限，但是由于n>0，所以(n，n)点的第三象限仅限于原阻抗平面坐标系的坐标原点的右上方部分；在本实施例中，通过起始点(5，5)分别做出平行于电感轴和电容轴的直线，并通过两条直线将二维阻抗平面分为四个象限，设定点(5，5)的右上方为第一象限，点(5，5)的左上方为第二象限，点(5，5)的左下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种L型阻抗匹配网络设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立二维阻抗平面坐标系，并在所述二维阻抗平面内选取起始点(n，n)，其中,n>0；步骤二、根据所述起始点(n，n)设计L型阻抗匹配网络，并测量所述L型阻抗匹配网络的特征阻抗值Z(n，n)；判断(n，n)是否为匹配点；若是，根据所述匹配点设计L型阻抗匹配网络；否则，继续执行步骤三；步骤三、增加步骤二中起始点对应的电容值和电感值，直至得出电容值和电感值所对应的点(m，m)，点(m，m)满足以下条件：测量出点(m，m)对应的特征阻抗值Z(m，m)，Z(m，m)与史密斯圆图中心点的距离小于Z(n，n)与史密斯圆图中心点的距离；其中，m>n>0；步骤四、增加步骤三中点(m，m)对应的电容值和电感值，直至得出电容值和电感值所对应的两个相邻点(m1，m1)、(m2，m2)，点(m1，m1)、(m2，m2)满足以下条件：与所述史密斯原图中心点之间的距离小于步骤三中Z(m，m)与史密斯圆图中心点的距离，且与史密斯原图中心点之间的距离大于步骤三中Z(m,m)与史密斯圆图中心点的距离；则判断匹配点位于以(m1，m1)为坐标原点的阻抗平面内第三象限且m2>m1>m>0，继续执行步骤五；步骤五、缩小步骤四中匹配点所处的范围，得出最终匹配区域，则最终匹配区域内的任一点均为匹配点，并根据匹配点对应的电容值和电感值设计L型阻抗匹配网络。...

【技术特征摘要】
1.一种L型阻抗匹配网络设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立二维阻抗平面坐标系，并在所述二维阻抗平面内选取起始点(n，n)，其中,n>0；步骤二、根据所述起始点(n，n)设计L型阻抗匹配网络，并测量所述L型阻抗匹配网络的特征阻抗值Z(n，n)；判断(n，n)是否为匹配点；若是，根据所述匹配点设计L型阻抗匹配网络；否则，继续执行步骤三；步骤三、增加步骤二中起始点对应的电容值和电感值，直至得出电容值和电感值所对应的点(m，m)，点(m，m)满足以下条件：测量出点(m，m)对应的特征阻抗值Z(m，m)，Z(m，m)与史密斯圆图中心点的距离小于Z(n，n)与史密斯圆图中心点的距离；其中，m>n>0；步骤四、增加步骤三中点(m，m)对应的电容值和电感值，直至得出电容值和电感值所对应的两个相邻点(m1，m1)、(m2，m2)，点(m1，m1)、(m2，m2)满足以下条件：与所述史密斯原图中心点之间的距离小于步骤三中Z(m，m)与史密斯圆图中心点的距离，且与史密斯原图中心点之间的距离大于步骤三中Z(m,m)与史密斯圆图中心点的距离；则判断匹配点位于以(m1，m1)为坐标原点的阻抗平面内第三象限且m2>m1>m>0，继续执行步骤五；步骤五、缩小步骤四中匹配点所处的范围，得出最终匹配区域，则最终匹配区域内的任一点均为匹配点，并根据匹配点对应的电容值和电感值设计L型阻抗匹配网络。2.如权利要求1所述的L型阻抗匹配网络设计方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法为：建立二维阻抗平面坐标系，横轴为电感轴，纵轴为电容轴，在所述二维阻抗平面内选择起始点(n，n)其中，所述起始点(n，n)表示在L型阻抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：申向顺，周文益，
申请(专利权)人：西安航天华迅科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61