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引用 :  http://allenluadvance.blogspot.tw/2009/10/rf-impedance-matching.html

常用的 RF Simulation 軟體如 ADS, Microwave Office, 或是 SpectreRF 動則數十萬。對於大多數 RF 工程師日常的工作實在是大材(財)小用。

本文想要介紹兩個好用而且免費的 RF simulation 軟體,以及如何用這兩個軟體來做阻抗匹配。

第一個軟體是 Smith,是由 Bern 大學的 Fritz Dellsperger 教授所提供。正式版收費 $100 元;demo 版免費,但只能用五個元件而且不能存檔。說實在話這個軟體並不值得花錢買,也只能做一些簡單的事。五個元件也差不多夠用,因此只要用 demod 版就可以了。我先用 Smith 來介紹 Smith Chart 以及幾個阻抗匹配的做法。

Smith Chart 基本介紹

可參考另一篇文章 "Smith Chart"。重點摘要如下:

1.  Open load 位於 (+1, 0), Short load 位於 (-1, 0), 50Ohm load 位於 (0, 0).

2. 上半平面為 inductive load; 下半平面為 capacitive load; x-axis 為 resistive load.  因此大多 DC open 電路的 S11 位於第四象限 (如 dipole antenna); DC short 電路的 S11 位於第二象限。

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引用大哥牛 為什麼要用50歐姆?

 

問題:為什麼大多數工程師喜歡用50歐姆作為PCB的傳輸線阻抗(有時候這個值甚至就是PCB板的缺省值),為什麼不是60或者是70歐姆呢?

 

回答:對於寬度確定的走線,3個主要的因素會影響PCB走線的阻抗。首先,是PCB走線近區場的EMI(電磁干擾)和這個走線距參考平面的高度是成一定的比例關係的,高度越低意味著輻射越小。其次,串擾會隨走線高度有顯著的變化,把高度減少一半,串擾會減少到近四分之一。最後,高度越低阻抗越小,不易受電容性負載影響。

 

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1、dBm
dBm 是一個考征功率絕對值的值,計算公式為︰10lgP(功率值/1mw)。
[例1] 如果發射功率P 為1mw,折算為dBm 後為0dBm。
[例2] 對於40W 的功率,按dBm 單位進行折算後的值應為︰
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。


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天線是一個無源體,即不需要提供電力或其它能源,它亦非功率放大器,不會把 輸入的無線訊號放大,相反由於饋線及接頭帶來的訊號衰減,發放的無線能量會 比輸入到天線接點的能量為少,其實天線只是擔當一個方向性放大器的角色,使 收發能量集中於空間的某個特定區域,改變能量的發放區域到需要的地方是天線 的唯一目的,若把能量發放到一些沒有無線設備的地方,或者把能量過度發放到 某一個區域都是浪費,根據能量不變定律,把發放到一個方向能量加強即把其它 區域的能量減少。


▽ 增益
增益是一個通用的天線特性表示方法,它是指相對於以下兩種理想標準收發模式 在某一個區域的強度增益,理想標準收發模式一是以輻射體的能量從一個 isotropic 天線發出 ( 如右圖 ),它是一個等方性輻射體,在空間中的任何方向放 射出,所有方向都是 0dB,根據此標準作為參考計算出來的增益單位為 dBi,另 一種理想標準收發模是基於一個自由空間半波長雙極子放射出來的能量作為參考,計算出來的益單位為dBd,很明顯後者的輻射體相對於前者的輻射體已存在增益,計算所得為 2.16,即 1 dBd = 2.16 dBi ,現時大多天線都採用 dBi 為計算單位, 2.4GHz 的典型增益由 2 dBi 到 15 dBi。

認識 1.bmp     

▽ 輻射分佈圖

增益只能作為選擇天線一個參考,它只能顯示能量最強方向的增益,郤沒有提供任何能量的分佈情況,輻射分佈圖便能精確顯示能量在自由空間的分佈情況,常用的為水平輻射分佈圖 ( horizontal / azimuth sweep plane ) 及垂直輻射分佈圖 ( vertical / elevation sweep plane ) 兩種,右圖為本公司出產 8dB 全向增益天線 OP2408 的水平及垂直輻射分佈圖,紅色線 (H plane) 為水平分佈,幻想你從天線的頂點望到訊號覆蓋情況,你會發現 8dB 全向增益天線的能量在以天線為中 心的360 度四周發放;籃色線 (E plane) 為垂直分佈,幻想你從天線的旁邊望到訊號覆蓋情況,能量只在同水平發放出去,而訊號並不會幅射到天空或地面。

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