阻抗匹配網(wǎng)絡的計算

1、附件1：學 號： 0121011350415基礎訓練題 目阻抗匹配網(wǎng)絡的計算學 院自動化學院專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級1004班姓 名南楊指導教師朱國榮2012年7月4日基礎強化訓練的目的1. 較全面的了解常用的數(shù)據(jù)分析與處理原理及方法2. 能夠運用相關(guān)軟件進行模擬分析3. 掌握基本的文獻檢索和文獻閱讀的方法4. 提高正確的撰寫論文的基本能力訓練內(nèi)容與要求阻抗匹配網(wǎng)絡的計算使信號源（其內(nèi)阻Rs=12）與負載（RL=3）相匹配插入一阻抗匹配網(wǎng)絡求負載吸收的功率初始條件Matlab軟件基本操作及其使用方法指導老師簽名 日期：年月日目錄1.摘要42.MATLAB簡介.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.阻抗匹配網(wǎng)絡的計算.64.1對阻抗匹配網(wǎng)絡進行原理分析.74.2 建模：.74.3應用MATLAB對上面的題目編程.84.4 結(jié)果 .95.結(jié)果對比與分析.106.心得體會. .117.參考文獻. .121. 摘要本文主要是通過訓練使學生掌握相關(guān)的理論知識及實際處理方法，熟練使用MATLAB語言編寫所需應用程序，上機調(diào)試，輸出實驗結(jié)果，并對實驗結(jié)果進行分析。MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory ，它是一種科學計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，

3、從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作。本文運用了MATLAB的M程序編程的方法對于一個電路進行了分析。體現(xiàn)了MATLAB的強大功能。關(guān)鍵字：MATLAB，M文件，矩陣，計算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簡介標點符號統(tǒng)一，如， 。段前空兩格MATLAB是由美國MathWorks公司推出的用于數(shù)值計算和圖形處理計算系統(tǒng)環(huán)境,除了具備卓越的數(shù)值計算能力外,它還提供了專業(yè)水平的符號計算,文字處理,可視化建模仿真和實時控制等功能.MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣,它的指令表達式與數(shù)學,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C,FORTRAN等語言簡捷得多.MATLAB是國際公認的優(yōu)秀數(shù)學應用軟件之一. 概括地講,整個MATLAB系統(tǒng)由

7、兩部分組成,即MATLAB內(nèi)核及輔助工具箱,兩者的調(diào)用構(gòu)成了MATLAB的強大功能.MATLAB語言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位,包括控制流語句,函數(shù),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),輸入輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c的高級語言,它具有以下主要特點: 1運算符和庫函數(shù)極其豐富,語言簡潔,編程效率高,MATLAB除了提供和C語言一樣的運算符號外,還提供廣泛的矩陣和向量運算符.利用其運算符號和庫函數(shù)可使其程序相當簡短,兩三行語句就可實現(xiàn)幾十行甚至幾百行C或FORTRAN的程序功能. 2既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句(如for循環(huán),while循環(huán),break語句,if語句和switch語句,又有面向?qū)ο蟮木幊烫匦? 3圖形功能強大 它既包括對二維

8、和三維數(shù)據(jù)可視化,圖像處理,動畫制作等高層次的繪圖命令,也包括可以修改圖形及編制完整圖形界面的,低層次的繪圖命令. 4功能強大的工具箱 工具箱可分為兩類:功能性工具箱和學科性工具箱.功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能,圖示建模仿真功能,文字處理功能以及與硬件實時交互的功能.而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的,如優(yōu)化工具箱,統(tǒng)計工具箱,控制工具箱,小波工具箱,圖象處理工具箱,通信工具箱等. 3.阻抗及阻抗匹配的概念3.1. 阻抗的概念在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。常用Z來表示，它的值由交流電的頻率、電阻R、電感L、電容C相互作用來決定。由此可見，一個具體的電路，

9、其阻抗是隨時變化的，它會隨著電流頻率的改變而改變。3.2. 阻抗匹配的概念阻抗匹配是微波電子學里的一部分，主要用于傳輸線上，來達到所有高頻微波信號都能傳至負載的目的，不會有信號反射回來源點，從而提高能源效益。如果不匹配有什么后果呢？如果不匹配，則會形成反射，能力傳遞不過去，降低效率，會在傳輸線上形成駐波，導致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至會損壞發(fā)射設備。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時，則會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。其對整個系統(tǒng)的影響是非常嚴重的。而在低頻電路中,我們一般不考慮傳輸線的匹配問題,只考慮信號源跟負載之間的情況,因為低頻信號的波長相對于傳輸線來說很長,傳輸線

10、可以看成是“短線”,反射可以不考慮（因為線短,即使反射回來,跟原信號還是一樣的）。當阻抗不匹配時,有哪些辦法讓它匹配呢？第一,可以考慮使用變壓器來做阻抗轉(zhuǎn)換。第二,可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法,這在調(diào)試射頻電路時常使用，在一般電路設計較為少用。第三,可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法，即為串聯(lián)終端匹配和并聯(lián)終端匹配。4： 阻抗匹配網(wǎng)絡的計算為使信號源（其內(nèi)阻Rs=12）與負載（RL=3）相匹配，在其間插入一阻抗匹配網(wǎng)絡，如右圖所示，已知Z1=-j6，Z2=-j10，Z3=j6。若 求負載吸收的功率。解：4.1-對阻抗匹配網(wǎng)絡進行原理分析：在上題中為使信號源與負載相匹配而插入了一阻抗匹配

11、網(wǎng)絡，要我們求負載吸收的功率，而負載是已知的，我們只要求出流經(jīng)負載的電流就可以求出負載所吸收的功率，要求出流經(jīng)負載的電流，我們可以采用網(wǎng)孔電流法或者是回路電流法，在本題中應用回路電流法相對簡單一些。我們以Us,Rs,Z1這三個元件組成的電路為樹，以Z2那條線為一支路，以Z3和負載Rl為另外一支路，從而組成兩回路，根據(jù)這兩個回路我們可以建立兩個方程從而求得這兩個回路的回路電流，根據(jù)回路電流就可求得負載所吸收的功率4.2-建模:用網(wǎng)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我們可以把這兩個方程轉(zhuǎn)換成矩陣，設A矩陣為Im1和Im2的序數(shù)，B矩陣為右邊的Us，設Im1和Im2就為要求的未知量X，由此我們可以寫出一個矩陣方程AX=B；兩邊同時左乘A的逆，就可以得到X=A的逆乘以B.在A矩陣中a11=Rs=Z1，a12=Rs+Z1+Z3+R1,a21=Rs+Z1+Z2,a22=Rs+Z1在X矩陣中X11=Im1，X21=Im2；在B矩陣中b11=Us，b21=Us .通過計算我們就可以求出兩支路的電流及流經(jīng)負載那支路電流的絕對值，從而我們就可以求出負載所吸收的功率。我們求得：I=2A;P=12W.4.3-應用MATLAB對上面的題目編程clear;clc;U

13、s=24;Rs=12;Rl=3;Z1=-j*6;Z2=-j*10;Z3=j*6; %為給定元件賦值a11=Rs+Z1;a12=Rs+Z1+Z3+Rl;a21=Rs+Z1+Z2;a22=Z1+Rs; %對A矩陣各元素賦值b11=24;b21=24; %對B矩陣各元素賦值A=a11 a12;a21 a22;B=b11;b21;I=AB %方程求解Im2=I(2; %解出流經(jīng)負載Rl的電流I2=abs(Im2; %求出流經(jīng)負載Rl的有效電流P=I2*I2*Rl %求出負載Rl消耗的功率4.4-運行結(jié)果運行程序后得到的結(jié)果：（用截圖形式）I =-0.6000 + 1.2000i1.6000 - 1.2

14、000iP =12.00005 MALAB中使用的函數(shù)功能介紹第一行，第二行：clear清理內(nèi)存； clc 清屏；第八行：inv（）求出雙括號內(nèi)矩陣的逆矩陣；第十一行：subplot（a，b，c）創(chuàng)建子圖，使多份圖形能同時出現(xiàn)在一個對話框內(nèi)；第十二行：plot函數(shù)用于繪制xy平面上的線性坐標曲線圖，因此需要提供一組x坐標及其各點對應的y坐標，這樣就可以繪制分別以x和y為橫、縱坐標的二維曲線，plot函數(shù)的基本調(diào)用格式為：plot（x，y）第十三行：xlabel（），ylabel（），title（）分別定義二維曲線圖的橫坐標、縱坐標、標題。6結(jié)果對比與分析6.1程序運行的結(jié)果與我們手算分析的結(jié)果

15、一致。由此可見，我們的程序是正確的6.2通過兩者的對比我們不難發(fā)現(xiàn)在本題中的含耦合電感的電路中，當電源電壓一定時各支路中電流的值也是一定的，而當電源電壓的值變化時，各支路中電流至也隨之變化且兩者成正比關(guān)系7心得體會作為一名自動化的學生，我已經(jīng)接觸過很多的軟件，VC、VF、VB、protel、proteus等等，這當中有專門編程的也有仿真的。MATLAB的功能無疑是強大的，它是矩陣實驗室?；A強化訓練是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術(shù)發(fā)展的日新月異，MATLAB已成為當今應用軟件中空前活躍的領

16、域，在生活中的應用中十分的廣泛，因此掌握MATLAB這個軟件基本的使用方法對我們是十分有益的?；仡櫞舜螌嵺`的整個過程，從剛開始一竅不通到最后可以自己著手編寫程序，進行SIMULINK仿真，雖然也有困難，但是真的在這個自己獨立學習的過程中學到了好多東西。這次強化訓練教會我們要學著獨立自主學習，不再一味的依賴老師的課堂講解，提高自己獨立學習能力。大家一起探討電路，一起查閱資料，讓本來專業(yè)課程有點厭倦的我重新提起了興趣。當我們看到自己的設計終于成功的時候，我們是十分欣慰的，滿足從心底到言語。這次的基礎強化訓練，不僅讓我開始了解MATLAB這個十分有用的軟件，對簡單的M文件編程有了一定的認識，也能運用它對某一電路圖進行仿真，與理論上相結(jié)合，從而進一步驗證理論的正確性，也是理論運用于實踐的很好的證明。我再次認識到學習一些有用的軟件的重要性，在過程中也重新溫習了很多以前書中的知識。期間，我還認識到了網(wǎng)絡的重要性，網(wǎng)絡上有著很多豐富的資源可以查詢，對我應用這款軟件起到了不可估量的作用。在今后我應該要更加廣泛的在網(wǎng)上求助，自主學習。這次實驗我明白了認真的態(tài)度和相互的幫助對于學習是非常重要的。8參考文獻1 Cha