阻抗匹配网络的计算

1、附件1：学 号： 0121011350415基础训练题 目阻抗匹配网络的计算学 院自动化学院专 业电气工程及其自动化班 级1004班姓 名南杨指导教师朱国荣2012年7月4日基础强化训练的目的1. 较全面的了解常用的数据分析与处理原理及方法2. 能够运用相关软件进行模拟分析3. 掌握基本的文献检索和文献阅读的方法4. 提高正确的撰写论文的基本能力训练内容与要求阻抗匹配网络的计算使信号源（其内阻Rs=12）与负载（RL=3）相匹配插入一阻抗匹配网络求负载吸收的功率初始条件Matlab软件基本操作及其使用方法指导老师签名 日期：年月日目录1.摘要42.MATLAB简介.53.阻抗及阻抗匹配的概念.

2、63.1阻抗的概念.63.2阻抗匹配的概念.64.阻抗匹配网络的计算.64.1对阻抗匹配网络进行原理分析.74.2 建模：.74.3应用MATLAB对上面的题目编程.84.4 结果 .95.结果对比与分析.106.心得体会. .117.参考文献. .121. 摘要本文主要是通过训练使学生掌握相关的理论知识及实际处理方法，熟练使用MATLAB语言编写所需应用程序，上机调试，输出实验结果，并对实验结果进行分析。MATLAB 的名称源自 Matrix Laboratory ，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。 MATLAB 将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，

3、从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。本文运用了MATLAB的M程序编程的方法对于一个电路进行了分析。体现了MATLAB的强大功能。关键字：MATLAB，M文件，矩阵，计算AbstractThis paper is mainly to ask students to master relevant theoretical knowledge and practical operating methods by training. We should use MATLAB to write applications, computer debugging,

4、then output results and analysis it. The full name of MATLAB is Matrix Laboratory. It is a kind of special scientific calculation software with the matrix form data processing. Because MATLAB not only combines the high-performance numerical calculation and visualization, but also provided a lot of b

5、uilt-in functions, it widely used in scientific calculations, the control system, information processing, simulation and design work.This paper is based on the M programming and design methods of module simulink. We use these two methods to analyzes the circuit.We can see the strong function of MATL

6、AB.keyword: MATLAB, M files, simulation module, Matrix, calculating2.MATLAB简介标点符号统一，如， 。段前空两格MATLAB是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境,除了具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能.MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言简捷得多.MATLAB是国际公认的优秀数学应用软件之一. 概括地讲,整个MATLAB系统由

7、两部分组成,即MATLAB内核及辅助工具箱,两者的调用构成了MATLAB的强大功能.MATLAB语言以数组为基本数据单位,包括控制流语句,函数,数据结构,输入输出及面向对象等特点的高级语言,它具有以下主要特点: 1运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高,MATLAB除了提供和C语言一样的运算符号外,还提供广泛的矩阵和向量运算符.利用其运算符号和库函数可使其程序相当简短,两三行语句就可实现几十行甚至几百行C或FORTRAN的程序功能. 2既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句,if语句和switch语句,又有面向对象的编程特性. 3图形功能强大 它既包括对二维

8、和三维数据可视化,图像处理,动画制作等高层次的绘图命令,也包括可以修改图形及编制完整图形界面的,低层次的绘图命令. 4功能强大的工具箱 工具箱可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱.功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互的功能.而学科性工具箱是专业性比较强的,如优化工具箱,统计工具箱,控制工具箱,小波工具箱,图象处理工具箱,通信工具箱等. 3.阻抗及阻抗匹配的概念3.1. 阻抗的概念在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。常用Z来表示，它的值由交流电的频率、电阻R、电感L、电容C相互作用来决定。由此可见，一个具体的电路，

9、其阻抗是随时变化的，它会随着电流频率的改变而改变。3.2. 阻抗匹配的概念阻抗匹配是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达到所有高频微波信号都能传至负载的目的，不会有信号反射回来源点，从而提高能源效益。如果不匹配有什么后果呢？如果不匹配，则会形成反射，能力传递不过去，降低效率，会在传输线上形成驻波，导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，则会产生震荡，辐射干扰等。其对整个系统的影响是非常严重的。而在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线

10、可以看成是“短线”,反射可以不考虑（因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的）。当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢？第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换。第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用，在一般电路设计较为少用。第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法，即为串联终端匹配和并联终端匹配。4： 阻抗匹配网络的计算为使信号源（其内阻Rs=12）与负载（RL=3）相匹配，在其间插入一阻抗匹配网络，如右图所示，已知Z1=-j6，Z2=-j10，Z3=j6。若 求负载吸收的功率。解：4.1-对阻抗匹配网络进行原理分析：在上题中为使信号源与负载相匹配而插入了一阻抗匹配

11、网络，要我们求负载吸收的功率，而负载是已知的，我们只要求出流经负载的电流就可以求出负载所吸收的功率，要求出流经负载的电流，我们可以采用网孔电流法或者是回路电流法，在本题中应用回路电流法相对简单一些。我们以Us,Rs,Z1这三个元件组成的电路为树，以Z2那条线为一支路，以Z3和负载Rl为另外一支路，从而组成两回路，根据这两个回路我们可以建立两个方程从而求得这两个回路的回路电流，根据回路电流就可求得负载所吸收的功率4.2-建模:用网孔法，可列得一下方程：Im1（Rs+Z1）+Im2（Rs+Z1+Z3+R1）=Us（1）Im1（Rs+Z1+Z2）+Im2(Rs+Z1=Us（2）I=Im2(3P=I*

12、I*R1(4我们可以把这两个方程转换成矩阵，设A矩阵为Im1和Im2的序数，B矩阵为右边的Us，设Im1和Im2就为要求的未知量X，由此我们可以写出一个矩阵方程AX=B；两边同时左乘A的逆，就可以得到X=A的逆乘以B.在A矩阵中a11=Rs=Z1，a12=Rs+Z1+Z3+R1,a21=Rs+Z1+Z2,a22=Rs+Z1在X矩阵中X11=Im1，X21=Im2；在B矩阵中b11=Us，b21=Us .通过计算我们就可以求出两支路的电流及流经负载那支路电流的绝对值，从而我们就可以求出负载所吸收的功率。我们求得：I=2A;P=12W.4.3-应用MATLAB对上面的题目编程clear;clc;U

13、s=24;Rs=12;Rl=3;Z1=-j*6;Z2=-j*10;Z3=j*6; %为给定元件赋值a11=Rs+Z1;a12=Rs+Z1+Z3+Rl;a21=Rs+Z1+Z2;a22=Z1+Rs; %对A矩阵各元素赋值b11=24;b21=24; %对B矩阵各元素赋值A=a11 a12;a21 a22;B=b11;b21;I=AB %方程求解Im2=I(2; %解出流经负载Rl的电流I2=abs(Im2; %求出流经负载Rl的有效电流P=I2*I2*Rl %求出负载Rl消耗的功率4.4-运行结果运行程序后得到的结果：（用截图形式）I =-0.6000 + 1.2000i1.6000 - 1.2

14、000iP =12.00005 MALAB中使用的函数功能介绍第一行，第二行：clear清理内存； clc 清屏；第八行：inv（）求出双括号内矩阵的逆矩阵；第十一行：subplot（a，b，c）创建子图，使多份图形能同时出现在一个对话框内；第十二行：plot函数用于绘制xy平面上的线性坐标曲线图，因此需要提供一组x坐标及其各点对应的y坐标，这样就可以绘制分别以x和y为横、纵坐标的二维曲线，plot函数的基本调用格式为：plot（x，y）第十三行：xlabel（），ylabel（），title（）分别定义二维曲线图的横坐标、纵坐标、标题。6结果对比与分析6.1程序运行的结果与我们手算分析的结果

15、一致。由此可见，我们的程序是正确的6.2通过两者的对比我们不难发现在本题中的含耦合电感的电路中，当电源电压一定时各支路中电流的值也是一定的，而当电源电压的值变化时，各支路中电流至也随之变化且两者成正比关系7心得体会作为一名自动化的学生，我已经接触过很多的软件，VC、VF、VB、protel、proteus等等，这当中有专门编程的也有仿真的。MATLAB的功能无疑是强大的，它是矩阵实验室。基础强化训练是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，MATLAB已成为当今应用软件中空前活跃的领

16、域，在生活中的应用中十分的广泛，因此掌握MATLAB这个软件基本的使用方法对我们是十分有益的。回顾此次实践的整个过程，从刚开始一窍不通到最后可以自己着手编写程序，进行SIMULINK仿真，虽然也有困难，但是真的在这个自己独立学习的过程中学到了好多东西。这次强化训练教会我们要学着独立自主学习，不再一味的依赖老师的课堂讲解，提高自己独立学习能力。大家一起探讨电路，一起查阅资料，让本来专业课程有点厌倦的我重新提起了兴趣。当我们看到自己的设计终于成功的时候，我们是十分欣慰的，满足从心底到言语。这次的基础强化训练，不仅让我开始了解MATLAB这个十分有用的软件，对简单的M文件编程有了一定的认识，也能运用它对某一电路图进行仿真，与理论上相结合，从而进一步验证理论的正确性，也是理论运用于实践的很好的证明。我再次认识到学习一些有用的软件的重要性，在过程中也重新温习了很多以前书中的知识。期间，我还认识到了网络的重要性，网络上有着很多丰富的资源可以查询，对我应用这款软件起到了不可估量的作用。在今后我应该要更加广泛的在网上求助，自主学习。这次实验我明白了认真的态度和相互的帮助对于学习是非常重要的。8参考文献1 Cha