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Warum Impedanzanpassung notwendig ist
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Der größte Unterschied zwischen Radiofrequenz (RF) und Hardware liegt in der Impedanzanpassung, und der Grund für die Impedanzanpassung ist die Übertragung elektromagnetischer Felder. Wie wir alle wissen, ist ein elektromagnetisches Feld die Wechselwirkung zwischen einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld. Der Verlust im Übertragungsmedium entsteht, weil das elektrische Feld Schwingungen in seiner Wirkung auf Elektronen verursacht. Je höher die Frequenz , je mehr Zyklen elektromagnetischer Wellen es in einer Übertragungsleitung gleicher Länge gibt und desto höher die Frequenz der Stromänderungen. Infolgedessen steigt der durch Schwingungen erzeugte Wärmeverlust, was zu größeren Verlusten in der Übertragungsleitung führt.
Da bei niedrigen Frequenzen die Wellenlänge viel länger als die Übertragungsleitung ist, bleiben Spannung und Strom auf der Übertragungsleitung im Schaltkreis nahezu unverändert, sodass der Übertragungsleitungsverlust sehr gering ist.
Wenn es während der Wellenausgabe zu Reflexionen kommt, kann die Überlagerung der reflektierten Welle mit der ursprünglichen Eingangswelle zu einer Verschlechterung der Signalqualität führen und auch die Effizienz der Signalübertragung .
Ob Sie an der Hardware arbeiten oder HF-Systeme ist das Ziel, bessere Signalübertragung , und niemand möchte, dass im Stromkreis Energie verloren geht.
Wenn der Lastwiderstand gleich dem Innenwiderstand der Signalquelle ist, kann die Last die maximale Ausgangsleistung erzielen. Dies wird oft als Impedanzanpassung bezeichnet.
Es ist wichtig zu beachten, dass die konjugierte Anpassung der maximalen Leistungsübertragung dient.
Gemäß der Formel für den Spannungsreflexionskoeffizienten \( \Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} \) ist \( \Gamma \) zu diesem Zeitpunkt ungleich 0, was bedeutet, dass eine Spannungsreflexion vorliegt.
Bei der verzerrungsfreien Anpassung sind die Impedanzen völlig gleich, es kommt also zu keiner Spannungsreflexion. Allerdings wird in diesem Fall die Lastleistung nicht maximiert.
Rückflussdämpfung (RL) = \( -20\log|\Gamma| \)
Stehwellenverhältnis (VSWR) = \( \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|} \)
Die Beziehung zwischen Stehwellenverhältnis und
Übertragungseffizienz
ist in der folgenden Tabelle dargestellt:
Die Impedanzanpassung ist ein recht aufwendiger Berechnungsprozess. Glücklicherweise gibt es das Smith-Diagramm, ein unverzichtbares Werkzeug für die Impedanzanpassung. Das Smith-Diagramm ist ein Diagramm, das aus vielen sich kreuzenden Kreisen besteht. Bei richtiger Anwendung ermöglicht es uns, die Anpassungsimpedanz eines scheinbar komplexen Systems ohne Berechnungen zu ermitteln. Wir müssen lediglich die Daten entlang der Kreislinien ablesen und verfolgen.
## Smith-Diagramm-Methode
1. Nach dem Anschluss einer Kondensatorkomponente in Reihenschaltung bewegt sich der Impedanzpunkt gegen den Uhrzeigersinn entlang des Kreises mit konstantem Widerstand, auf dem er sich befindet.
2. Nach dem Anschließen einer Shunt-Kondensatorkomponente bewegt sich der Impedanzpunkt im Uhrzeigersinn entlang des Kreises mit konstanter Leitfähigkeit, auf dem er sich befindet.
3. Nach dem Anschluss einer Reiheninduktorkomponente bewegt sich der Impedanzpunkt im Uhrzeigersinn entlang des Kreises mit konstantem Widerstand, auf dem er sich befindet.
4. Nach dem Anschließen einer Shunt-Induktorkomponente bewegt sich der Impedanzpunkt gegen den Uhrzeigersinn entlang des Kreises mit konstanter Leitfähigkeit, auf dem er sich befindet.
5. Nach dem Anschließen einer Shunt-Open-Stub-Komponente bewegt sich der Impedanzpunkt im Uhrzeigersinn entlang des Kreises mit konstanter Leitfähigkeit, auf dem er sich befindet.
6. Nach dem Anschließen einer Shunt-Kurzschlusskomponente bewegt sich der Impedanzpunkt gegen den Uhrzeigersinn entlang des Kreises mit konstanter Leitfähigkeit, auf dem er sich befindet.
7. Nach dem Anschluss einer Übertragungsleitungskomponente in Reihe bewegt sich der Impedanzpunkt im Uhrzeigersinn entlang des Kreises der konstanten Stehwelle.
