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阻抗变换器的设计与仿真

摘要

射频设计的主要工作之一，就是使电路的某一部分与另一部分相匹配，在这两部分之间实现最大功率传输，这就需要在射频电路中加入阻抗变换器从而达到阻抗匹配的目的。本文介绍了一种中心频率为400MHz、频宽为40MHz的50～75欧姆T型阻抗变换器的设计与仿真过程。文中概述了射频阻抗变换器的种类、用途及发展。在分析了阻抗匹配理论基本知识的基础上，论述了射频阻抗变换器的设计过程，然后通过ADS软件进行设计和仿真,并对仿真结果进行了分析总结。

关键词:射频；阻抗匹配；阻抗圆图；VSWR（电压驻波比）；ADS

摘要 (1)

ABSTRACT................................................ 错误！未定义书签。第一章引言 (2)

1.1 概述 (2)

1.2 射频阻抗变换电路的类型 (2)

1.3 射频阻抗变换器的用途 (2)

1.4射频阻抗变换器设计的发展 (3)

第二章基本原理 (3)

2.1 阻抗匹配 (3)

2.2 史密斯圆图 (4)

2.2.1 等反射圆 (4)

2.2.2 等电阻圆图和等电抗圆图 (5)

2.2.3 Smith圆图（阻抗圆图） (7)

2.3 电压驻波比 (8)

第三章 T型阻抗变换器的设计 (9)

3.1 T型阻抗变换器（R

）的设计步骤 (9)

3.2 T型阻抗变换器的设计过程 (10)

第四章阻抗变换器电路仿真 (11)

4.1 ADS 软件简介 (11)

4.2 T型阻抗变换器的仿真结果及分析 (11)

第五章总结 (14)

参考文献................................................ 错误！未定义书签。致谢.................................................. 错误！未定义书签。

表目录

图1. 1 T型变换电路 (2)

图1. 2 R s + jX s = R L - jX L时的共轭匹配 (2)

图1. 3 天线与接收端的阻抗匹配 (3)

图2. 1 传输线终端连接不同的Z L在等反射圆图的表示 (5)

图2. 2 等电阻圆图2. 3 等电抗圆 (6)

图2. 4 smith圆图 (8)

图3. 1 T型匹配电路 (9)

图3. 2 T型匹配电路实际电路类型 (10)

图3. 3 T型阻抗变换器电路 (11)

图4. 1 T型阻抗变换器仿真电路 (12)

图4. 2 T型阻抗变换器电路仿真结果 (13)

第一章引言

1.1 概述

在处理RF系统的实际应用问题时，总会遇到一些非常困难的工作，对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下，需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、

LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。

在高频端，寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时，理论计算和仿真已经远远不能满足要求，为了得到适当的最终结果，还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值.

1.2 射频阻抗变换电路的类型

L型电路阻抗匹配：此型电路结构仅用两个电抗性元件提供了阻抗匹配，匹配电路的设计都基于Q因数。

π型变换电路：在L型匹配电路中引入第三个电路元件，即在串联元件的另一个并联电纳，就可以把电路的Q作为一个设计参数，从而为电路设计提供了必要的灵活性。

T型变换电路：T型变换电路如图1.1所示，它是一个双重π型变换电路。然而在这个电路中，串联电抗X1首先把电抗提高到R'，而余下的并联电纳降低电阻。

图1. 1 T型变换电路

其余还有分支电容变换器、并行双调谐变换器（需精确控制宽带时使用）。

1.3 射频阻抗变换器的用途

阻抗变换器是使传输线阻抗和负载阻抗达到匹配，简单说就是使Z0=Z L。可确保传输到最终负载的电磁能量值或功率能达到最大量。要使信号源传送到负载的功率最大，信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗，即

R s + jX s = R L - jX L

图1. 2 R s+jX s=R L-jX L时的共轭匹配

在这个条件下，从信号源到负载传输的能量最大。另外，为有效传输功率，满足这个条件可以避免能量从负载反射到信号源，尤其是在诸如视频传输、RF或微波网络的高频应用环境更是如此。阻抗变换器经常应用在天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间。例如：天线的阻抗匹配就需要在天线与接收端之间加入射频阻抗变换器，电路图如图1.3所示。

图1. 3 天线与接收端的阻抗匹配阻抗变换器还可应用于内阻抗匹配技术中，例如：管内阻抗匹配问题就需要内阻抗匹配技术，其中就用到了阻抗变换器。

1.4射频阻抗变换器设计的发展

射频阻抗变换器的设计方法由原先的手工计算、史密斯圆图法，发展到了现今使用的计算机软件仿真。原先的手工计算是一种极其繁琐的方法，因为需要用到较长计算公式、并且被处理的数据多为复数。现今的计算机软件仿真使设计更为方便，而且通过其仿真结果可以得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性等指标。射频电路设计的仿真软件也在不断的发展，之前射频电路仿真主要用ANSOFT 、Microwave office 软件进行仿真，现在的主流仿真软件为ADS 仿真软件，此软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用更为方便。

第二章基本原理

2.1 阻抗匹配

阻抗匹配是电路学里的重要议题，也是射频微波电路的重点。传输线的阻抗匹配通常有以下两种类型：

（1）信号源与传输线之间的阻抗匹配。由于信号源的内阻抗不等于传输线的特性阻抗。因而需要在信号源与传输线之间加入匹配装置。

信号源与传输线的阻抗匹配又有两种情况：

① 信号源的共轭匹配。信号源的共轭匹配是指负载得到最大功率的一种措施，实现

方法是使负载阻抗in Z (即传输线入端的输入阻抗)等于信号源内阻抗的共轭值*g Z ，此时

负载吸收的功率为最大(可以证明g g R E P 8/max )。

② 信号源的阻抗匹配。信号源的阻抗匹配是指选择信号源内阻使0Z Z g =或0=Γg ，满足0Z Z g =的电源称为匹配源，实用中0Z Z g =的条件难以完全满足，为此通常在信号源后接一隔离器，吸收反射波。

（2）传输线与负载之间的阻抗匹配。由于负载阻抗l Z 不等于传输线的特性阻抗0Z ，当传输波到达负载时将产生反射，因而需要在传输线与负载之间加入匹配装置，消除负载的反射，从而使传输线工作在行波状态。

负载与传输线之间的阻抗匹配方法很多。对这类匹配装置的基本要求是引入的附加损耗应可能小、频带宽、能适应各种负载。常见的基本匹配装置有三类：4λ阶梯阻抗变换器、支节匹配器和指数线匹配器。

一般的传输线都是一端接电源，另一端接负载，此负载可能是天线或任何具有等效阻抗Z L 的电路。传输线阻抗和负载阻抗达到匹配的定义，简单说就是使Z 0=Z L 。在阻抗匹配的环境中，负载端是不会反射电波的，换句话说，电磁能量完全被负载吸收。因为传输线的主要功能就是传输能量和传送电子讯号或数字数据，一个阻抗匹配的负载和电路网络，将可确保传输到最终负载的电磁能量值能达到最大量。

最简单的阻抗匹配方法是设计负载电路使其满足Z L = Z 0的条件。可惜这是理想的情况，在设计实务上，因为负载电路必须先满足其它必需的条件，否则负载电路就无法提供应用所需的性能，这通常都会影响它和传输线的阻抗匹配。解决方案是在传输线与最终负载之间加入阻抗匹配网络，加入此网络的目的就是为了减少传输线和此网络之间的电波反射作用。如果阻抗匹配网络是无耗损的，而且其输入阻抗Z L 等于传输线的特性阻抗Z0，则能量将可以透过它全部到达负载端。

2.2 史密斯圆图

Smith 圆图是解决传输线、阻抗匹配等问题的有效图形工具。

2.2.1 等反射圆

等反射圆是一组同心圆，半径为0~1。等反射圆可以用来表示向量形式的反射系数。传输线的反射系数Γ0的表达式为

L j i r L L e j Z Z Z Z θ0000

00Γ=Γ+Γ=+-=Γ （2-1）其中 θL =arctan(Γ0i /Γ0r ) 。

图2. 1 传输线终端连接不同的Z L 在等反射圆图的表示

2.2.2 等电阻圆图和等电抗圆图

1.归一化阻抗公式

一端连接负载无耗传输线的输入阻抗可表示为

r i r o in j j Z d Z Γ-Γ-Γ+Γ+=11)( (2-2) 式中，Z 0为特性阻抗。

对传输线的特性阻抗进行归一化处理可得

r i r in in j j d d jx r Z Z d Z Γ-Γ-Γ+Γ+=Γ-Γ+=+==11)(1)(1/)(0 (2-3) 式中，Z in 为归一化阻抗。

用分母的复共轭乘以上式的分子和分母，得到

2222)1(21i

r i i r in j jx r Z Γ+Γ-Γ+Γ-Γ-=+= (2-4) 可分别求得归一化电阻r 和电抗x 的表达式为

222)1(1i r i r r Γ+Γ-Γ-Γ-= (2-5) 2

2)1(2i r i x Γ+Γ-Γ= (2-6) 重新排列后得

222)1

1()1(+=Γ++-Γr r r i r (2-7) 2

22)1()1()1(x x i r =-Γ+-Γ (2-8)

2.等电阻圆和等电抗圆

公式（2-7）和公式（2-8）分别表示直角平面r Γ和i Γ上的两组圆，等电阻圆如图2.2所示，等电抗圆如图2.3所示。

图2. 2 等电阻圆图2. 3 等电抗圆

(1) 等电阻圆

对于等电阻圆有

半径：1

1+r

圆心：0,1=Γ+=

Γi r r r r 的范围是0≤r ＜∞。当r=0时，圆的中心在原点，半径为1。当r=1时，圆的中心向正r Γ方向位移1/2单位，半径为1/2。当r→∞时，圆的中心位移收敛到+1点，圆的半径→0。

(2) 等电抗圆

对于等电抗圆

半径：x

1 圆心：x

i r 1,1=Γ=Γ x 的范围为－∞＜x ＜＋∞,x 可为负（即电容性），也可为正（即电感性）。所有的圆的中心都在过1+=Γr 点并垂直于实数轴（r Γ）的线（虚线）上。对于x=∞，可以得到一个半径为零的圆，即是位于1+=Γr 和0=Γi 的一个点。当x→0时，圆的半径和圆的中心沿着垂直于实数轴（r Γ）的线（虚线）的位移趋于无限大。从图3可以看出，代表电感性阻抗的正值位于Γ平面的上半部分，代表电容性阻抗的负值位于Γ平面的下半部分。

2.2.3 Smith 圆图（阻抗圆图）

将等电阻圆和等电抗圆组合在一起，在1≤Γ的圆内可得到如图2.4所示的Smith 圆图。在Smith 圆图中，上半部分x 为正数，表示阻抗具有电感性，下半部分为x 为负数，表示阻抗具有电容性。水平轴表示的是纯电阻。圆图上的任何一点描述的是电阻和电抗的串联，即z=r+jx 形式。

图2. 4 smith圆图

2.3 电压驻波比

两频率相同、振幅相近的电磁波能量流面对面地相撞在一起，会产生驻波，这种电磁波的能量粒子在空间中是处于静止状态的，此暂停运动的时间长度比两电磁波能量流动的时间要长。因为驻波的能量粒子是静止不动的，所以，没有能量流进驻波或从驻波流出来。上述叙述较抽象，但是这里举个类似的例子，就可说明什么是驻波：做个物理实验，将两个口径、流速都相同的水管，面对面相喷，在两水管之间将会激起一个上下飞奔的水柱，这个水柱就是驻波。如果是在无地心引力的空间中，这个水柱将静止在那里不会坠地。

电磁波在传输线流动，入射波和反射波相遇时就会产生驻波。在阻抗不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Ｖmax ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Ｖmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。

反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为，即

反射波幅度（ＺL－Ｚ0）

Γ＝───────＝───────

入射波幅度（ＺL＋Ｚ0）

波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为 VSWR

波腹电压幅度Ｖmax （1 + Γ）

VSWR ＝────────＝────────

波节电压辐度Ｖmin （1 –Γ ）

终端负载阻抗ＺL 和特性阻抗Ｚ0 越接近，反射系数Γ越小，驻波比VSWR 越接近于1，匹配也就越好。当VSWR=∞时，表示电磁波能量完全无法传递到负载上，传输线阻抗完全不匹配。

第三章 T 型阻抗变换器的设计

3.1 T 型阻抗变换器（R S

步骤1：决定工作频率fc 、负载Q 值、输入阻抗R S 及输出阻抗R L 。并求出 R small =min(R S ,R L )

步骤2：依图3.1中所示及下列公式计算出1S X 、1P X 、2P X 、2S X 。

()

21small R R Q =+，1S S X QR =， Q

R X P =1 12-=L R R Q ，22Q R X P =，22S L X Q R =

图3. 1 T 型匹配电路

步骤3：根据电路选用元件的不同，可有4种形式。如图3.2（a ）、（b ）、（c ）、（d ）所示。其中电感、电容值的求法为：

C f X L π2=，12C C f X

π=

Cs1Cp2

Cp1Cs2

Lp1Ls2Ls1Lp2

（a ） (b)

Cs1

Cs2Cp 1Cp 2

Ls1

Ls2Lp2Lp1

图3. 2 T 型匹配电路实际电路类型 3.2 T 型阻抗变换器的设计过程

设计一中心频率为400MHz ，频宽为40MHz 的50~75ΩT 型阻抗变换器（Ω=50s R ，

75L R =Ω）

。步骤1：决定工作频率MHz f C 400=，负载Q 值=400/40=10,输入阻抗Ω=50S R 及输出阻抗75L R =Ω。

求出：()Ω==50min L s sm all R R R ，

步骤2：根据图3.1所示及下列公式计算出1S X 、1P X 、2P X 、2S X 。

()215050small R R Q =+=Ω

1500S s X QR ==Ω；Ω==

5051Q

R X P 218.145L R Q R =-= 22

620P R X Q ==Ω；22610.8S L X Q R ==Ω 步骤3: 根据电路选用元件的不同，有4种组成形式。如图3.2所示，选用图3.2(C)所示电路，其电感、电容值的计算如下

nH f X L C

X S 9.198211==π 11

10.792P C P C pF f X π==

222432S S C X L nH f π=

= 22

10.642P C P C pF f X π==

将计算出的L S1、C P2、L S2、C P2所对应的元件代入图3.1中，便可得到T 型阻抗变换器电路,如图3.3所示。

C1C2

L1199nH

243nH Z=50Ohm 0.79pF 0.64pF

Z=75Ohm

图3. 3 T 型阻抗变换器电路第四章阻抗变换器电路仿真

4.1 ADS 软件简介

ADS – Advanced Design System ，由美国Agilent 公司推出的微波电路和通信系统仿真软件，是当今业界最流行的微波射频电路、通信系统、RFIC 设计软件；也是国内高校、科研院所和大型IT 公司使用最多的软件之一。其功能非常强大，仿真手段丰富多样，可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析手段，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，是非常优秀的微波射频电路、系统信号链路的设计工具。主要应用于：射频和微波电路的设计，通信系统的设计，RFIC 设计，DSP 设计和向量仿真。

4.2 T 型阻抗变换器的仿真结果及分析

本文设计仿真所用软件为ADS 软件，ADS 软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便，对信号特性可进行S 参量仿真，设计仿真电路如图4.1所示

图4. 1 T型阻抗变换器仿真电路对上图所示电路进行S参数仿真，结果如图4.2所示

图4. 2 T型阻抗变换器电路仿真结果

从仿真结果图中可看出，S(1,1)代表电路反射系数，S（1,1）波谷的频率为电路工作中心频率400MHz，此时反射系数为最小值，从电压驻波比角度分析可知终端负载阻抗ＺL和特性阻抗Ｚ0越接近，反射系数越小，驻波比VSWR 越接近于1，匹配也就越好。S(2,1)代表电路的传输系数，S(2,1)波峰的频率也为电路工作中心频率400MHz，此时传输系数为最大值，说明此电路可确保传输到最终负载的能量和传送电子讯号或数字数据能达到最大量。还可由图看出S(1,1)波谷的频率和S（2,1）波峰的频率同为电路的工作频率400MHz，说明此时电路既能达到最大值的输出又能最大量的减少反射。并且在电路要求的频宽（40MHz）范围内也有较大的传输系数和较小的反射系数。由以上对仿真结果的分析可说明此T型阻抗变换器的电路设计和元件数值计算是正确的。

第五章总结

本论文研究的是射频阻抗变换器，目的是使电路的输入阻抗与输出阻抗相匹配，具体实现的是一中心频率为400MHz，频宽为40Mhz的50～75欧姆T型阻抗变换器。本设计具体总结如下：

（1）概述了射频阻抗变换器的种类、用途及发展。

（2）对基本理论的论述，其中主要阐述了阻抗匹配、阻抗圆图、电压驻波比的基本知识。

（3）对T型阻抗变换器的电路进行设计，文中介绍了T型阻抗变换器的设计基本步骤，并对元件的数值进行了详细的公式计算，然后确定了T型阻抗变换器

的电路类型。

（4）对所设计的T型阻抗变换器电路进行软件仿真，通过电路仿真结果分析电路设计是否达到设计要求及更深一步理解电路所实现的功能。

本次设计虽然经过了反复的设计、计算及仿真，但最终取得了满意的结果，满足了设计要求并实现了电路功能，从这一点上说此设计是成功的。然而本设计中也有不足之处，由于时间仓促，此设计没有进行硬件测试，这是我要在日后继续完善之处。总之本次设计让我收获很多，它不仅让我巩固了所学的专业知识，更重要的是提高了我的应用知识分析问题、解决问题的能力，我想它是我从学习走向工作的桥梁！

电路分析实验报告

电压源与电流源的等效变换一、实验目的 1、加深理解电压源、电流源的概念。 2、掌握电源外特性的测试方法。二、原理及说明 1、电压源是有源元件，可分为理想电压源与实际电压源。理想电压源在一定的电流范围内，具有很小的电阻，它的输出电压不因负载而改变。而实际电压源的端电压随着电流变化而变化，即它具有一定的内阻值。理想电压源与实际电压源以及它们的伏安特性如图4-1所示(参阅实验一内容)。 2、电流源也分为理想电流源和实际电流源。理想电流源的电流是恒定的，不因外电路不同而改变。实际电流源的电流与所联接的电路有关。当其端电压增高时，通过外电路的电流要降低，端压越低通过外电路的电并联来表示。图4-2为两种电流越大。实际电流源可以用一个理想电流源和一个内阻R S 流源的伏安特性。

3、电源的等效变换一个实际电源，尤其外部特性来讲，可以看成为一个电压源，也可看成为一个电流源。两者是等效的，其中I S=U S/R S或 U S=I S R S 图4-3为等效变换电路，由式中可以看出它可以很方便地把一个参数为U s 和R s 的电压源变换为一个参数为I s 和R S 的等效电流源。同时可知理想电压源与理想电流源两者之间不存在等效变换的条件。三、仪器设备电工实验装置： DG011、 DG053 、 DY04 、 DYO31 四、实验内容 1、理想电流源的伏安特性 1)按图4-4(a)接线，毫安表接线使用电流插孔，R L 使用1KΩ电位器。 2)调节恒流源输出，使I S 为10mA。， 3)按表4-1调整R L 值,观察并记录电流表、电压表读数变化。将测试结果填入表4-1中。 2、实际电流源的伏安特性按照图4-4(b)接线，按表4-1调整R L 值，将测试的结果填入表4-1中。

4.3负阻抗变换器

4.3负阻抗变换器的应用实验报告要求 1.（1）RL=500Ω RL=500Ω U1/V 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -R 的平均值(Ω) UR1/V -1.04 -2.02 -3.04 -4.04 -5.06 -5.6 -499.0124542 I1/mA -1.04 -2.02 -3.04 -4.04 -5.06 -5.6 -R/Ω -480.7692308 -495.049505 -493.4210526 -495.049505 -494.0711462 -535.7142857 RL=1000Ω U1/V 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -R 的平均值（Ω） UR1/V -0.5 -0.98 -1.48 -1.97 -2.47 -3 -1010.215975 I1/mA -0.5 -0.98 -1.48 -1.97 -2.47 -3 -R/Ω -1000 -1020.408163 -1013.513514 -1015.228426 -1012.145 749 -1000

2.负内阻的电压源的伏安特性曲线 Rs=30 0Ω RL/Ω 3 5 7 9 15 30 70 90 无穷 U2/V 5.48 5.24 5.15 5.07 5.03 4.99 4.95 4.94 4.93 UR2/V -1.85 -1.04 -0.74 -0.33 -0.23 -0.16 -0.06 -0.02 -0.01 I2/mA 1.85 1.04 0.74 0.33 0.23 0.16 0.06 0.02 0.01 Rs=1k Ω RL/Ω 3 5 7 9 15 30 70 90 无穷 U2/V 7.39 6.16 5.74 5.54 5.27 5.09 4.99 4.97 4.92 UR2/V -2.46 -1.23 -0.82 -0.61 -0.35 -0.17 -0.07 -0.06 0 I2/mA 2.46 1.23 0.82 0.61 0.35 0.17 0.07 0.06

阻抗变换

1变压器的简介变压器是利用电磁感应原理传输电能或电信号的器件, 它具有变压、变流和变阻抗的作用。变压器的种类很多, 应用十分广泛。比如在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电, 到达目的地后再用变压器把电压降低以便用户使用, 以此减少传输过程中电能的损耗; 在电子设备和仪器中常用小功率电源变压器改变市电电压, 再通过整流和滤波, 得到电路所需要的直流电压; 在放大电路中用耦合变压器传递信号或进行阻抗的匹配等等。变压器虽然大小悬殊, 用途各异, 但其基本结构和工作原理却是相同的。 1.1变压器的工作原理变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E 型和C 型铁心。变压器是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一电压的交流电的能量的变换装备。变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图（1）所示。一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为1N ，副绕组匝数为2N 。图（1）变压器结构示意图

当一次绕组两端加上交流电压u 1时，绕组中通过交流电流i 1，在铁心中将产生既与一次绕组交链，又与二次绕组交链的主磁通φ。 m 1144.4? ? Φ-=f N j E （1-1-1） 1111.1111.)(? ??+-=++-=I Z E I jX R E U （1-1-2） m 2244.4? ? Φ-=f N j E （1-1-3） 2222. 2222. )(? ? ? -=+-=I Z E I jX R E U （1-1-4） k N N E E U U ===2 1 2121 （1-1-5） k U U 1 2= （1-1-6）说明只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。 1.1.2 电流变换变压器在工作时，二次电流2I 的大小主要取决于负载阻抗模|1Z |的大小，而一次电流 1I 的大小则取决于2I 的大小。 012211? ??=+I N I N I N （1-2-7） K I I U U I 22121== （1-2-8）说明变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。

功分器的设计原理

设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法拟制：审核：会签：批准：二00六年一月

微带功率分配器设计方法 1. 功率分配器论述： 1.1定义：功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。 1.2分类： 1.2.1功率分配器按路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。 1.2.2功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。 1.2.2根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。 1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。 1.3概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。

下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。 2．设计原理： 2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。 2.2阶梯阻抗变换：在微波电路中，为了解决阻抗不同的元件、器件相互连接而又不使其各自的性能受到严重的影响，常用各种形式的阻抗变换器。其中最简单又最常用的四分之一波长传输线阶梯阻抗变换器（图2）。它

通用阻抗变换器在有源滤波器中的应用.

通用阻抗变换器在有源滤波器中的应用引言在音频系统中，为了避免因采用半导体或其它有源器件带来的非线性和频率特性畸变，保证实现平坦而宽阔的高频响应，通常选用分立元件构成的滤波器来满足DSD（直接数据流）对频率带宽的苛刻要求。而在分立元件有源滤波器的设计与实现过程中，通常要寻找大量数值不同、但精度要求十分严格的元件又非常困难。而采用通用阻抗变换器（GIC）由于电路中只有固定电阻和电容，利用若干个可变数值电阻即可完成电路设计，所以实现起来异常方引言在音频系统中，为了避免因采用半导体或其它有源器件带来的非线性和频率特性畸变，保证实现平坦而宽阔的高频响应，通常选用分立元件构成的滤波器来满足DSD（直接数据流）对频率带宽的苛刻要求。而在分立元件有源滤波器的设计与实现过程中，通常要寻找大量数值不同、但精度要求十分严格的元件又非常困难。而采用通用阻抗变换器（GIC）由于电路中只有固定电阻和电容，利用若干个可变数值电阻即可完成电路设计，所以实现起来异常方便。下面就将其具体设计及应用方法加以详细分析。该方法中的l／S变换实现法可用于设计低通滤波器，而S变换实现法则可用于设计高通滤波器。 1 通用阻抗变换器通用阻抗变换器（GIC）的典型电路如图1所示，其驱动点阻抗ZIN可以表示为：如果把Z4变换为阻抗为1／SC（其中S=jω）的虚拟元件，其它元件为电阻，则驱动点的阻抗为：这样，该阻抗即与频率成正比，它相当于一个电感，可计算其电感值为：如果引入两个电容取代Z1和Z3，而Z2、Z4、Z5仍为电阻，则驱动点的阻抗表达式可变为：可见，该阻抗正比于1／S2，可称为D元件。它的驱动点阻抗为：

阻抗变换器的设计与仿真

摘要射频设计的主要工作之一，就是使电路的某一部分与另一部分相匹配，在这两部分之间实现最大功率传输，这就需要在射频电路中加入阻抗变换器从而达到阻抗匹配的目的。本文介绍了一种中心频率为400MHz、频宽为40MHz的50～75欧姆T型阻抗变换器的设计与仿真过程。文中概述了射频阻抗变换器的种类、用途及发展。在分析了阻抗匹配理论基本知识的基础上，论述了射频阻抗变换器的设计过程，然后通过ADS软件进行设计和仿真,并对仿真结果进行了分析总结。关键词:射频；阻抗匹配；阻抗圆图；VSWR（电压驻波比）；ADS 目录摘要 (1) ABSTRACT................................................ 错误！未定义书签。第一章引言 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 射频阻抗变换电路的类型 (2) 1.3 射频阻抗变换器的用途 (2) 1.4射频阻抗变换器设计的发展 (3) 第二章基本原理 (3) 2.1 阻抗匹配 (3) 2.2 史密斯圆图 (4) 2.2.1 等反射圆 (4) 2.2.2 等电阻圆图和等电抗圆图 (5) 2.2.3 Smith圆图（阻抗圆图） (7) 2.3 电压驻波比 (8) 第三章 T型阻抗变换器的设计 (9) 3.1 T型阻抗变换器（R S

负阻抗变换器的仿真分析

五．负阻抗变换器的仿真分析一.实验目的：（1）利用运算放大器实现的负阻抗变换器的仿真分析（2）使用multisim 仿真电路。二．实验原理利用回转器还可以制造负阻抗变换器，它也是一个二端口元件，NIC 的端口特性可以用T 参数来描述为。还有电压反响型，同理称为电流方向型，这种电流经传输后改变方向经传输后变为为常数，式中电流其中NIC NIC NIC I k -I k 0012 12211? ???? ?? ? ? ? ?????-? ?????-=??? ?????I U k I U 在NIC 的输出端口2—2’ 接上负载Z L ，则有U 2= -I 2Z L 。对于CNIC ，从输入端口看入的阻抗为 L in Z K I K U I U Z 1 2 121 111- === 对于VNIC ，从输入端口看入的阻抗为 L in Z K I U K I U K I U Z 22 22 2 221 11-==--== 若倒过来，把负载Z L 接在输入端口，则有U 1=-I 1Z L ，从输出端口看入，对于CNIC ，有 L in Z K I U K I K U I U Z 11 111 1 12 221-=== = NIC 还可用受控源来实现，如图

、如下图所示二端口网络中k>0 (1)求其T 参数矩阵，指出其特性。 (2)在2端接入负载RL 后，在1端的输入电阻为何值根据KVL 和KCL 有电阻。端的输入电阻是一个负为负值，说明从可见端的输入电阻为后，端接入在）（。电流方向型为负阻抗变换器，且为参数矩阵可见该二端口由上面导出的得：1R )(1R 1R 22NIC T 100110 011u i 2 21 1i 2211212 11122 21L L kR R k i k u i u k T i u k i u i k i u ki R u u i u u -=-=== ??? ? ?? ??-=∴?? ? ???-????????-=?????????? ??==?? ???+-== 三．仿真实验

实验五负阻抗变换器的研究-USTC

实验五负阻抗变换器的研究一、实验目的 1．了解负阻抗变换器的原理及其运放实现。 2．通过负阻器加深对负电阻(阻抗)特性的认识,掌握对含有负阻的电路的分析测量方法。二、实验原理负阻抗变换器(NIC)是一种二端口器件，如图5—1所示。图5—1 通常，把端口1—1’ 处的U 1和I 1称为输入电压和输入电流，而把端口2—2’ 处的U 2和-I 2 称为输出电压和输出电流。U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如图5—1中所示。根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(CNIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于CNIC ，有 U 1 =U 2 I 1=( 1K -)（2I -）式中K 1为正的实常数，称为电流增益。由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-I 2不仅大小与输入电流I 1不同(为I 1的1/ K 1倍)而且方向也相反。换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时，输出电流的实际方向与它的参考方向相反(即和I 2的参考方向相同)。对于VNIC ，有 U 1= 2K - U 2 I 1 = 2I - 式中K 2是正的实常数，称为电压增益。由上式可见，输出电流-I 2与输入电流I 1相同，但输出电压U 2不仅大小与输入电压U 1不同(为U 1的1/K 2倍)而且方向也相反。若在NIC 的输出端口2—2’ 接上负载Z L ，则有U 2= -I 2Z L 。对于CNIC ，从输入端口1—1’ 看入的阻抗为 L in Z K I K U I U Z 1 2121111 -=== 对于VNIC ，从输入端口1—1`看入的阻抗为 L in Z K I U K I U K I U Z 22 22222111-==--== 若倒过来，把负载Z L 接在输入端口1—1’ ，则有U 1=-I 1Z L ，从输出端口2—2’ 看入，对于 CNIC ，有

1001007-0220-13-220kV240MVA三相三绕组电力变压器高-中阻抗1高-低阻抗35,低压105专用技术规范-18页word资

（2009年版）国家电网公司物资采购标准（交流变压器卷 220kV变压器册） 220kV/240MVA三相三绕组电力变压器（高-中阻抗14%、高-低阻抗35%，低压10.5）专用技术规范（编号：1001007-0220-13）国家电网公司二〇〇九年十二月

目录 1. 标准技术参数表 (1) 表1 技术参数和性能要求响应表 (1) 2. 项目需求部分 (9) 表2 货物需求及供货范围一览表 (9) 表3 必备的备品备件、专用工具和仪器仪表供货表 (10) 2.1 图纸资料提交单位 (10) 2.2 工程概况 (10) 2.3 使用条件 (11) 2.4 可选技术参数表 (11) 2.5 项目单位技术差异表 (12) 2.6 报警和跳闸触点表 (12) 2.7 一次、二次及土建接口要求（适用于扩建工程） (13) 2.8 招标人提出的其他资料 (13) 3. 投标人提供信息 (13) 表9 销售运行业绩表 (13) 表10 推荐的备品备件、专用工具和仪器仪表供货表（投标人填写） (13) 表11 主要部件材料表 (13) 3.1 投标人技术偏差表 (14) 3.2 投标人应提供的其他资料 (14)

1. 标准技术参数表投标人应认真逐项填写技术参数表（见表1）中投标人保证值，不能空格，也不能以“响应”两字代替，不允许改动招标人要求值。如有差异，请填写表12：投标人技术偏差表。注：1. 打“*”的项目，如不能满足要求，将被视为实质性不符合招标文件要求。 2.空载和负载损耗单项超过要求值15%或总损耗超过10%，将被视为实质性不符合招标文件要求。表1 技术参数和性能要求响应表

阻抗变换器设计

射频电路设计实训报告设计题目阻抗变换器设计系别年级专业设计组号学生姓名/学号指导教师

摘要：射频设计的主要工作之一，就是使电路的某一部分与另一部分相匹配，在这两部分之间实现最大功率传输，这就需要在射频电路中加入阻抗变换器从而达到阻抗匹配的目的。阻抗变换器就是起到将压电传感器的高阻抗变换为信号放大处理部分需要的低阻抗。本设计是关于阻抗匹配和阻抗转换器的一些阻抗匹配电路以及阻抗匹配的方法，用以实现匹配以及50Ω到75Ω以及75Ω到50Ω的阻抗转换器。从而得到所需要的输出阻抗以达到变换的目的。本次实验以2个无源阻抗匹配器为例，分别采用简单的电容电感的方式设计所需要的阻抗转换器，制作出实物并进行测试。 Abstract: One of the main RF design is a part of the circuit and the other part of the match between the two parts to achieve maximum power transfer, which requires adding the RF circuit impedance converter to achieve impedance matching purposes. Impedance transformer is played to a high impedance piezoelectric sensor signal amplification process is transformed into some of the needs of low impedance. This design is about impedance matching and impedance converter circuit and impedance matching impedance matching some of the methods used to achieve matching and 50Ω to 75Ω and 75Ω to 50Ω impedance converter. In order to get the required output impedance of achieving the purpose of transformation. The experiment with two passive impedance matching device, for example, capacitance and inductance, respectively, a simple way to design the required impedance converter to produce a physical and tested. 关键词：射频设计阻抗变换器阻抗匹配无源一、基本阻抗匹配理论当负载阻抗与传输线特性阻抗不相等或连接两段特性阻抗不同的传输线时，由于阻抗不匹配会产生反射现象，从而导致传输系统的功率容量和传输效率下降，负载不能获得最大功率。为了消除这种不良反射现象，可在其间接入阻抗变换器，以获得良好的匹配。由图2－1（a ）可知，当R L =R S 时可得最大输出功率，称此状况为匹配状态。图（a ）输入输出功率关系图图（b ）广义阻抗匹配此时：2 2 2 () S out L L S L V P I R R R R =?=?+ L S R k R =? 22 (1) S S in S L S V V P R R R k == ++ ? 1o u t i n k P P k =?+ 推而广之，如图2－1（b ）所示，当输入阻抗Z S 与负载阻抗Z L 互为共轭，即Z S =Z L * 时，形成广义阻抗匹配。因此，阻抗匹配电路亦可称为阻抗变换器。

2.4GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告详解

2.4GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告一、设计任务 1.1名称：设计一个工作频率为 2.4GHZ，输入阻抗为50Ω，输出阻抗为30Ω的阻抗变换器。 1.2主要技术指标：S11<-20dB,S21<-0.7dB,re(Z0)=50Ω,VWAR尽量接近于1。二、设计过程 2.1原理： 2.1.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配元件在微波系统中用的很多，匹配的实质是设法在终端负载附近产生一新的反射波，使它恰好和负载引起的反射波等幅反相，彼此抵消，从而达到匹配传输的目的。一旦匹配完善，传输线即处于行波工作状态。在微波电路中，常用的匹配方法有：（1）电抗补偿法：在传输线中的某些位置上加入不消耗的匹配元件，如纯电抗的膜片、销钉、螺钉调配器、短路调配器等，使这些电抗负载产生的反射与负载产生的反射相互抵消，从而实现匹配传输，这些电抗负载可以是容性，也可以是感性，其主要有点是匹配装置不耗能，传输效率高。（2）阻抗变换法：采用λ/4阻抗变换器或渐变阻抗变换器使不匹配的负载或两段特性阻抗不同的传输线实现匹配连接。（3）发射吸收法：利用铁氧体元件的单体传输特性（如隔离器等）

将不匹配负载产生的反射波吸收掉。传输线的核心问题之一是功率传输。对一个由信号源、传输线和负载构成的系统，希望信号源在输出最大功率的同时负载能全部吸收，以实现高效稳定的传输。这就要求信号源内阻与传输线阻抗实现共轭匹配，同时要求负载与传输线实现无反射匹配。 2.1.2 阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法是在负载与传输线之间接入匹配器，使其输入阻抗作为等效负载与传输线的特性阻抗相等。图3-1 阻抗匹配匹配器是一个两端口的微波元件，要求可调以适应不同负载，其本身不能有功率损耗，应由电抗元件构成。匹配阻抗的原理是产生一种新的反射波来抵消实负载的反射波(二者等幅反相)，即“补偿原理”。常用的匹配器有有λ/4阻抗变换换器和支节匹配器。本论文主要采用λ/4阻抗变换器。 2.1.3 λ/4阻抗变换器 λ/ 4阻抗变换器是特征阻抗通常与主传输线不同、长度为λ/ 4的传输线段，它可以用于负载阻抗或信号源内阻与传输线的匹配，以保

1／4波长阻抗变换器地分析报告

1/4波长阻抗变换器的分析摘要：阻抗匹配网络已经成为射频微波电路中的重要组成部分，主要是由于匹配使得电路中的反射电压波变少，从而损耗减少。同时，匹配网络对器件的增益，噪声，输出功率还有着重要的影响。在微波传输系统，它关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性，关系到微波测量的系统误差和测量精度，以及微波元器 λ 件的质量等一系列问题。本文讨论了传输线的阻抗匹配方法，并着重分析了4 λ阻抗变换器的优点。阻抗变换器，并举例说明了多节4 关键字：阻抗匹配;匹配网络；匹配方法，阻抗变换器

1引言传输理论指出，通常情况下，传输线传输的电压或电流是由该点的入射波和反射波叠加而成的，或者说是由行波和驻波叠加而成的。在由信号源及负载组成的微波系统中，如果传输线和负载不匹配，传输线上将形成驻波。有了驻波一方面使传输线功率容量降低，另一方面会增加传输线的衰减。如果信号源和传输线不匹配，既会影响信号源的频率和输出功率的稳定性，又会使信号源不能给出最大功率、负载又不能得到全部的入射功率。因此传输线一定要匹配。匹配可分为始端匹配和终端匹配。始端匹配是为了使信号源的输出功率最大，采用的方法是共轭匹配；终端匹配是为了使传输线上无反射波，使传输功率最大，采用的方法是阻抗匹配。 2.匹配理论 2.1共轭匹配共轭匹配的目的是使信号源的功率输出最大，这就要求传输线信号源的内阻和传输线的输入阻抗互成共轭值。假设信号源的内组为g g g jX R Z +=，传输线的输入阻抗为in in in jX R Z +=，如图1.1所示。则 * =g in Z Z 即 g in g in X X R R -==,

GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告

微带渐变阻抗变换器设计报告一、设计任务名称：设计一个工作频率为，输入阻抗为50Ω，输出阻抗为30Ω的阻抗变换器。主要技术指标：S11低于-20dB,S21接近,re(Z0)接近50Ω,VWAR接近1。二、设计过程 1.原理： 1．1 阻抗匹配的概念阻抗匹配元件在微波系统中用的很多，匹配的实质是设法在终端负载附近产生一新的反射波，使它恰好和负载引起的反射波等幅反相，彼此抵消，从而达到匹配传输的目的。一旦匹配完善，传输线即处于行波工作状态。在微波电路中，常用的匹配方法有：（1）电抗补偿法：在传输线中的某些位置上加入不消耗的匹配元件，如纯电抗的膜片、销钉、螺钉调配器、短路调配器等，使这些电抗负载产生的反射与负载产生的反射相互抵消，从而实现匹配传输，这些电抗负载可以是容性，也可以是感性，其主要有点是匹配装置不耗能，传输效率高。（2）阻抗变换法：采用λ/4阻抗变换器或渐变阻抗变换器使不匹配的负载或两段特性阻抗不同的传输线实现匹配连接。（3）发射吸收法：利用铁氧体元件的单体传输特性（如隔离器等）

将不匹配负载产生的反射波吸收掉。传输线的核心问题之一是功率传输。对一个由信号源、传输线和负载构成的系统，希望信号源在输出最大功率的同时负载能全部吸收，以实现高效稳定的传输。这就要求信号源内阻与传输线阻抗实现共轭匹配，同时要求负载与传输线实现无反射匹配。 .阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法是在负载与传输线之间接入匹配器，使其输入阻抗作为等效负载与传输线的特性阻抗相等。图3-1 阻抗匹配匹配器是一个两端口的微波元件，要求可调以适应不同负载，其本身不能有功率损耗，应由电抗元件构成。匹配阻抗的原理是产生一种新的反射波来抵消实负载的反射波(二者等幅反相)，即“补偿原理”。常用的匹配器有有λ/4阻抗变换换器和支节匹配器。本论文主要采用λ/4阻抗变换器。 . λ/4阻抗变换器 λ/ 4阻抗变换器是特征阻抗通常与主传输线不同、长度为λ/ 4的传输线段，它可以用于负载阻抗或信号源内阻与传输线的匹配，以保证最大功率的传输；此外，在微带电路中，将两段不同特性阻抗的微带线连接在一起是为了避免线间反射，也应在两者之间加四分之一波长变阻器。

实验六-50-75T型阻抗转换器设计1

实验六50-75ΩT型阻抗转换器设计姓名：吕秀品专业：通信工程学号：2011117051

一、实验内容设计制作一个50-75ΩT型阻抗转换器。要求用Matlab软件进行设计计算，Ansoft软件进行仿真和参数调整并生成PCB线路板，制作线路板并进行调试和测试。二、技术指标中心频率：400MHz；带宽：40MHz； S参数：S11≤-6dB，S21=0±2dB；三、实验设备 Ansoft软件；四、实验原理阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，有三种：负载阻抗匹配，源阻抗匹配，共轭阻抗匹配，本实验主要设计的是负载阻抗匹配即输入阻抗R S=负载阻抗R L，常用的同轴线阻抗变换器有直线渐变式和阶梯式两种，最简单的阻抗变换器是四分之一波长阻抗变换器，其长度L=λg/4，特性阻抗阻抗变换器公式（Z1和Z2分别为入端和出端阻抗）。为了扩展阻抗变换器的带宽，常采用多级阶梯阻抗变换器或渐变式阻抗变换器，阶梯阻抗变换器按其频率特性可分为二项式（最大平滑式）或切比雪夫式（等波纹式）阶梯阻抗变换器；渐变式阻抗变换器按其特性阻抗渐变形式可分为直线式、指数式和抛物线式等。它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系，当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输．反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。对于二端口网络，输入电压U1(s)、输入电流I1(s)与输出电压U2(s)、输出电流I2(s)的关系，可根据电路传输方程写为参数A、B、C、D由网络的结构、元件性质和数值决定。若一网络的构成使得这四个参数中B＝C＝0，但A、D不为0，那么这个网络的输入阻抗Zi(s)将为

实验一阻抗匹配实验报告

实验一 :阻抗匹配实验报告一、实验目的 1. 了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。 2. 利用实验模组实际测量以了解匹配电路的特性。二、实验内容 1、型阻抗转换器的S11及S21测量以了解Π型阻抗匹配电路的特性；测量MOD-2B: T 型阻抗转换器的S11及S21测量以了解T 型阻抗匹配电路的特性。二、试验仪器项次设备名称数量备注 1 MOTECH RF2000 测量仪 1套亦可用网络分析仪 2 阻抗交换器模组 1组 RF2KM2-1A (T 型，π型 3 50ΩBNC 连接线 2条 CA-1、CA-2 4 1M Ω BNC 连接线 2条 CA-3、CA-4 三、实验原理（一）基本阻抗匹配理论：如图2-1（a ）所示：输入信号经过传输以后，其输出功率与输入功率之间存在以下关系，信号的输出功率直接决定于输入阻抗与输出阻抗之比。 in out S S in S L L L S S L P k k P R V P R k R R R R V R I Pout ?+= ?=?=?+=?=2 2 2 2 2) 1()( 当R L =R S 时可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。阻抗匹配电路也可以称为阻抗变换器。（二)阻抗匹配电路 T 型阻抗匹配电路： Rs RL Vs V out

π 型阻抗匹配电路：五、实验步骤 1、测量T 型阻抗转换器的S11及S21，了解T 型阻抗匹配电路的特性；测量π型阻抗转换器的S11及S21，了解π型阻抗匹配电路的特性。 2、准备电脑、RF2000、连线、50Ω电阻等。 3、将RF-2000频段设定为Band3，将信号输入T 型阻抗转换器，再连接50Ω电阻，测量S11、S21；移除电阻，并将信号输回FR2000，测量S11、S21。记录实验结果。 4、将RF-2000频段设定为Band3，将信号输入π型阻抗转换器，再连接50Ω电阻，测量S11、S21；移除电阻，并将信号输回FR2000，测量S11、S21。记录实验结果。六、实验内容记录一．T 型： (1)连接50Ω 电阻： R S Vs R S R L Pout R L X S1 X P1 图 2-4(a) 型匹配电路 X P2 X S2 R

kV180MVA三相双绕组电力变压器高-低阻抗16专用技术规范

（2009年版）国家电网公司物资采购标准（交流变压器卷 220kV变压器册） 220kV/180MVA三相双绕组电力变压器（高-低阻抗16%）专用技术规范（编号：1001007-0220-01）国家电网公司二〇〇九年十二月

目录 1 .标准技术参数表 (1) 表1 技术参数和性能要求响应表 (1) 2.项目需求部分 (6) 表2 货物需求及供货范围一览表 (6) 表3 必备的备品备件、专用工具和仪器仪表供货表 (7) 2.1 图纸资料提交单位 (7) 2.2 工程概况 (8) 2.3 使用条件 (8) 2.4 可选技术参数表 (9) 2.5 项目单位技术差异表 (9) 2.6 报警和跳闸触点表 (9) 2.7 一次、二次及土建接口要求（适用于扩建工程） (10) 2.8 招标人提出的其他资料 (10) 3. 投标人提供信息 (10) 表9 销售运行业绩表 (10) 表10 推荐的备品备件、专用工具和仪器仪表供货表（投标人填写） (11) 表11 主要部件材料表 (11) 3.1 投标人技术偏差表 (12) 3.2 投标人应提供的其他资料 (12)

1. 标准技术参数表投标人应认真逐项填写技术参数表（见表1）中投标人保证值，不能空格，也不能以“响应”两字代替，不允许改动招标人要求值。如有差异，请填写表12：投标人技术偏差表。注:1. 打“*”的项目，如不能满足要求，将被视为实质性不符合招标文件要求。 2. 空载和负载损耗单项超过要求值15%或总损耗超过10%，将被视为实质性不符合招标文件要求。

绕组电阻（，75℃）

电力变压器设计手册5阻抗计算

设计手册油浸电力变压器阻抗计算

目录 1 概述第1页漏磁通及漏抗电势第1页短路阻抗第1页短路阻抗允许偏差第2页 2 电抗分量计算第2页电抗计算公式中的符号代表意义第2页双绕组变压器电抗计算第5页双绕组有载变压器电抗计算第6页双绕组变压器 (高－低－高) 电抗计算第7页双绕组变压器(高－低－高)电抗计算方法之一第7页双绕组变压器(高－低－高)电抗计算方法之二第8页双绕组变压器 ( 高－低－高－低 ) 电抗计算第9页三绕组变压器电抗计算第10页三绕组自耦变压器电抗计算第11页双绕组变压器 ( 低压Z 形联结) 电抗计算第12页分裂变压器电抗计算第13页单相分裂变压器电抗计算第13页三相径向分裂变压器电抗计算第14页三相轴向分裂变压器电抗计算第15页单相旁轭有载调压自耦变压器（低压励磁）电抗计算第16页 3 电阻分量计算第17页 4 短路阻抗计算第17页共页第页 01 01 油浸电力变压器阻抗计算

1 概述漏磁通及漏抗电势在变压器中 , 凡没有全部链着所有绕组及所有匝数的磁通称为漏磁通。在双绕组变压器中, 如果其中一绕组内有电流流过, 并产生磁势, 而与其相平衡的另一绕组内也会产生电流和磁势, 从而产生漏磁通。并在两个绕组中分别感应出漏抗电势。双绕组变压器一相的漏磁分布如图所示。根据电磁感应定律, 绕组的漏抗电势正比于该绕组的漏磁链。因此, 绕组的漏抗电势也正比于漏磁通, 即正比于产生它的磁势 (安匝) , 反比于磁路的磁阻。故它取决于绕组的电流和匝数, 同时也取决于绕组的几何尺寸。漏磁通在绕组所占据空间里流动的方向是与绕组轴向方向平行的, 常称为纵向漏磁通。相应的纵向漏磁通所产生的漏抗电势, 称为纵向漏抗电势。由于变压器的一次、二次绕组的磁势(安匝)总是平衡的, 但由于绝缘结构及调压线段等缘故, 从而沿绕组整个高度上一次、二次绕组的安匝数并不完全处于平衡状态, 即在一些区域里, 一次、二次绕组的安匝数不相等, 各等效绕组的有效安匝数等于各区域内一次、二次绕组的安匝数之差。这样, 相当于在绕组整个高度上交错地排列着几个等效绕组。某等效绕组的有效安匝数必然与其相邻的一个或几个区域的等效绕组的有效安匝数相平衡。而相互平衡的磁势将产生漏磁通。此漏磁通在绕组所占据空间里流动的方向是与绕组轴向方向相垂直的, 称为横向漏磁通。横向漏磁通所产生的漏抗电势,称为横向漏抗电势。因此, 绕组的漏抗电势, 实际上是由纵向漏抗电势与横向漏抗电势两部分组成。不过一般横向漏抗电势比纵向漏抗电势小得多, 所以, 在变压器计算中, 往往仅计算纵向漏抗电势。但在某些大型变压器中, 当横向漏抗电势占一定比例时, 才需要计算横向漏抗电势。短路阻抗变压器的短路阻抗是指在额定频率和参考温度下, 一对绕组中某一绕组端子之间的等效串联阻抗 Z = R + j X(Ω)。确定此值时，另一绕组的端子短路，而其他绕组（如果有）开路。短路阻抗，它是由折到某一绕组同一匝数的两个绕组的漏电抗之和的电抗分量及由变压器的负载损耗计算而得的电阻分量组成。在变压器的阻抗中, 电抗分量所占比例较大, 随着变压器容量的增大, 此比例也将增大。在大型变压器中, 完全可用电抗值来代替阻抗值。对于三相变压器, 表示为每相的阻抗。短路阻抗一般常以无量纲的相对值来表示, 即表示为该对绕组中同一绕组的参考阻抗Z ref = U 2 ／P r 的分数值(标么值)或百分数表示,则有: Z % = 100 Z ／ Z ref ⊙ 资料来源编制校核标审提出部门审定标记处数更改文件号签字日期实施日期批准代替共 17 页第 1 页油浸电力变压器阻抗计算设计手册图双绕组变压器一相的漏磁分布

微带线阶梯型阻抗变换器(50ohm到100ohm)设计with HFSS

1◆已知介质基片厚度h=1mm 、相对介电常数r =4.4、工作频率0f =2.4GHz 2◆计算得1w =1.912mm 2w =1.012mm 3w =0.442mm 2l =17.572mm 取1l =3l =3mm 介质基片宽度w =22mm 3◆HFSS 建模如下图仿真得到理想结果曲线时的模型的尺寸数据 width of substrate height of ground height of substrate width of the strip whose function is to convert the impedance length of the strip whose function is to convert the impedance height of strip width of the strip whose impedance is 100 ohm length of the strip whose impedance is 100 ohm length of the strip whose impedance is 50 ohm width of the strip whose impedance is 50 ohm width of port 4◆仿真结果仿真结果在下一页。仿真结果很好，但与后来网分仪的结果差别很大。不过从网分仪上看出此次所做的实物还是实现了在2.4GHz 频率信号下做阻抗变换的功能，同时可观察到该器件在2.556GHz 信号下效果最好。

11S 12S 5◆制作的实物

6◆网分仪结果

负阻抗变换器及其应用

实验十四负阻抗变换器及其应用一、实验目的 1、学习用线性集成运算放大器构成负阻抗变换器。 2、学习负阻抗变换器的测量方法。 3、了解负阻抗变换器的应用。二、实验属性（综合性）三、实验仪器设备及器材计算机及其EWB 软件。四、实验要求 1、预习时仔细阅读实验指导书，复习教材的有关内容。 2、了解实验目的、原理和任务。五、实验原理 1、负阻抗变换器负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，在工程实践中有广泛的应用。负阻抗的产生除某些非线性元件（如隧道二极管）在某个电压或电流的范围内具有负阻抗特性外，一般都有一个有源双网络来形成一个等值的线性负阻抗。该网络由线性集成电路组成，这样的网络称作负阻抗变换器。按有源网络输入电压和电流与输出电压和电流的关系，可分为电流反向型和电压反向型两种（INIC 及VNIC ），INIC 的电路模型如图14--1所示。图14—1 INIC 在理想情况下，其电压、电流关系为：对于INIC 型：21U U =，21I k I =（k 为电流增益）对于VNIC 型：21U k U -=,2 1I I -=（k 为电压增益）如果在INIC 的输出端接上负载Z L ，如图14--2所示，则它的输入阻抗Z i 为： L i Z k I k U I U Z 1 2 211-=== 2 1 I I ' 12 L Z

图14-2 本实验用线性运算放大器组成如图14-3所示的INIC 电路，在一定的电压、电流的范围内可获得良好的线性度。图14-3 根据运放理论可知： 2 1U U U U ===-+ 31I I = , 42I I = ∴ 2211Z I Z I = L i Z Z Z I k U I U Z 212 21 1-== = 当Ω==K R Z 111，Ω==30022R Z 时； 10 3121 2== =R R Z Z k 若 L i L L R Z R Z 3 10 -==时，；若 ω jc Z L 1 = ，则 i Z 310-=C j ω1L j ω=, C L 21310ω= 若 =L Z L j ω， = i Z L j ω3 10 - = C j ω1 ,=C L 21103ω 2、应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源,电路如图14-4所示 i Z L Z

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