開題報(bào)告 ---阻抗變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）</p><p><b>　　開題報(bào)告 </b></p><p>　　題　　目 阻抗變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　　　</p><p>　　系　　別 電子信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專　　業(yè) 電子信息工程

2、 </p><p>　　班 級(jí) 　 </p><p>　　姓　　名 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　完成時(shí)間

3、 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　學(xué)生： 班級(jí)： </p><p><b>　　附頁：</b></p><p><b>　　一、研究背景</b></p><

4、p>　　阻抗變換器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為微波射頻電路以及最大功率傳輸系統(tǒng)中的基本部件。阻抗變換通常采用兩種方法，集總參數(shù)法和傳輸線法。傳輸線阻抗變換器有很多形式，主要有1／4傳輸線組成的階梯式阻抗變換器和連續(xù)式阻抗變換器兩大類。這兩類變換器的分析和設(shè)計(jì)，都是針對(duì)某個(gè)頻率點(diǎn)或某個(gè)頻率范圍內(nèi)的純電阻實(shí)現(xiàn)阻抗匹配而進(jìn)行的。大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力（lumped-circuit matching），另一種則是調(diào)整傳輸線

5、的波長（transmission line matching）。</p><p>　　改變阻抗力，把電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會(huì)沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動(dòng)。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會(huì)以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動(dòng)，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ?。調(diào)整傳輸線，由負(fù)載點(diǎn)至來源點(diǎn)加長傳輸線，在圖表上的圓點(diǎn)會(huì)

6、沿著圖中心以逆時(shí)針方向走動(dòng)，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配。阻抗匹配則傳輸功率大，對(duì)于一個(gè)電源來講，單它的內(nèi)阻等于負(fù)載時(shí)，輸出功率最大，此時(shí)阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對(duì)于普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號(hào)波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時(shí),要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻

7、抗相等,此時(shí)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生反射,這表明所有能量都被負(fù)載吸收了.反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB布線時(shí)，為了防止信號(hào)的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個(gè)大約的數(shù)字,一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆,頻帶75歐姆,對(duì)絞線則為 1</p><p><b>　　二、主要內(nèi)容</b></p><p>　　當(dāng)負(fù)載阻抗與傳輸線阻抗不相等或連接兩段特性阻抗不同的傳輸線時(shí)，由于阻

8、抗不匹配會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致傳輸系統(tǒng)的功率容量和傳輸效率下降，負(fù)載不能獲得最大功率。工程中為了消除這種不良反射現(xiàn)象，可在其間介入阻抗變換器，以獲得良好的匹配。阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對(duì)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(dāng)負(fù)載電阻等于激勵(lì)源內(nèi)阻時(shí)，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。</p><p>　　在音頻系統(tǒng)中，為

9、了避免因采用半導(dǎo)體或其它有源器件帶來的非線性和頻率特性畸變，保證實(shí)現(xiàn)平坦而寬闊的高頻響應(yīng)。通常選用分立元件構(gòu)成的濾波器來滿足DSD(直接數(shù)據(jù)流)對(duì)頻率帶寬的苛刻要求。在分立元件有源濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中，通常要尋找大量數(shù)值不同、但精度要求十分嚴(yán)格的元件又非常困難。而采用通用阻抗變換器(GIC)是由于電路中只有固定電阻和電容，利用若干個(gè)可變數(shù)值電阻即可完成電路設(shè)計(jì)，所以實(shí)現(xiàn)起來異常方便。下面就將其具體設(shè)計(jì)及應(yīng)用方法加以詳細(xì)分析。如圖1所

10、示，該方法中的l／S變換實(shí)現(xiàn)法可用于設(shè)計(jì)低通濾波器，而S變換實(shí)現(xiàn)法則可用于設(shè)計(jì)高通濾波器。</p><p>　　一般情況下，1／S變換實(shí)現(xiàn)法可用于低通濾波器的設(shè)計(jì)，S變換實(shí)現(xiàn)法可用于高通濾波器的設(shè)計(jì)。目前，通用阻抗變換器GIC (generalimpedance converter)的S變換實(shí)現(xiàn)法已可廣泛應(yīng)用于音頻系統(tǒng)和超音頻系統(tǒng)的濾波器。事實(shí)上，本設(shè)計(jì)方法已經(jīng)多次在設(shè)計(jì)中使用，效果良好。</p>

11、<p>　　圖1 通用阻抗變換器的典型電路</p><p>　　三、設(shè)計(jì)方案與技術(shù)路線</p><p>　　通用阻抗變換器(GIC)也可作為模擬電感使用，其電感值為。若取，C=1F，則可得到歸一化電感=。這種模擬電感特別適合作為高通臂接地電感。下面給出通用阻抗變換器(GIC)的S變換實(shí)現(xiàn)法。所謂S變換，就是用S乘以R、C、L。其結(jié)果就是把電阻變換為電感，電容變換為電阻，并將電感

12、變換為頻變電阻。但這里的頻變電阻是與S2成正比的。圖2給出了S變換的元件變換關(guān)系圖。</p><p>　　圖2 S變換的元件參數(shù)圖</p><p>　　下面用GIC實(shí)現(xiàn)S2L變換具體應(yīng)用方法。本設(shè)計(jì)要求在高通1590 Hz處的最大衰減為0.1773dB，而在465 Hz處的最小衰減為40 dB。其具體的實(shí)現(xiàn)方法如下。</p><p>　　(1) 計(jì)算陡度系數(shù)：；&

13、lt;/p><p>　　(2) 因?yàn)V波特性非常陡峭，所以選擇橢圓函數(shù)型，參數(shù)如下 n=3 =0.18dB =3.4203 =41.7dB 此時(shí)對(duì)應(yīng)的歸一化低通電路如圖3所示，它表明的是低通原型；</p><p>　　(3) 為了將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為歸一化高通模式，可用電容代替電感，其元件值為其倒數(shù)。歸一化高通模式的電感也取電容值的倒數(shù)，其電路如圖4所示。</p><p>

14、　　圖3 歸一化低通電路</p><p>　　圖4 歸一化高通電路</p><p>　　(4) 對(duì)圖4取S變換，將電容取倒數(shù)變?yōu)殡娮?，將電阻代替為電感，并將電感用頻變負(fù)阻代替，即可獲得如圖5所示的S變換歸一化電路；</p><p>　　(5) 繼續(xù)反歸一化即可得到實(shí)際元件值，并最終得到如圖6所示的實(shí)際電路。</p><p>　　圖5 S

15、變換歸一化電路</p><p>　　圖6 阻抗變換器應(yīng)用電路</p><p><b>　　四、關(guān)鍵問題</b></p><p>　　1、通用阻抗變換器GIC(generalimpedance converter)的S變換實(shí)現(xiàn)原理及電路設(shè)計(jì)；</p><p>　　2、各模塊及電路設(shè)計(jì)；</p><p&

16、gt;　　3、裝置的硬件制作。</p><p><b>　　五、時(shí)間安排</b></p><p>　　1、第5-6周 確定總體設(shè)計(jì)方案及各模塊的功能；</p><p>　　2、第7-10周 各模塊具體電路的實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　3、第11-14周 電路調(diào)試、制作實(shí)物，撰寫畢業(yè)論文；</p>&l