阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算

1、附件1：學(xué) 號(hào)： 0121011350415基礎(chǔ)訓(xùn)練題 目阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)1004班姓 名南楊指導(dǎo)教師朱國(guó)榮2012年7月4日基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)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(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行模擬分析3. 掌握基本的文獻(xiàn)檢索和文獻(xiàn)閱讀的方法4. 提高正確的撰寫論文的基本能力訓(xùn)練內(nèi)容與要求阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算使信號(hào)源（其內(nèi)阻Rs=12）與負(fù)載（RL=3）相匹配插入一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)求負(fù)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(dǎo)老師簽名 日期：年月日目錄1.摘要42.MATLAB簡(jiǎn)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(luò)的計(jì)算.64.1對(duì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行原理分析.74.2 建模：.74.3應(yīng)用MATLAB對(duì)上面的題目編程.84.4 結(jié)果 .95.結(jié)果對(duì)比與分析.106.心得體會(huì). .117.參考文獻(xiàn). .121. 摘要本文主要是通過訓(xùn)練使學(xué)生掌握相關(guān)的理論知識(shí)及實(shí)際處理方法，熟練使用MATLAB語(yǔ)言編寫所需應(yīng)用程序，上機(jī)調(diào)試，輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory ，它是一種科學(xué)計(jì)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(jì)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(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。本文運(yùn)用了MATLAB的M程序編程的方法對(duì)于一個(gè)電路進(jìn)行了分析。體現(xiàn)了MATLAB的強(qiáng)大功能。關(guān)鍵字：MATLAB，M文件，矩陣，計(jì)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(jiǎn)介標(biāo)點(diǎn)符號(hào)統(tǒng)一，如， 。段前空兩格MATLAB是由美國(guó)MathWorks公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境,除了具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外,它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算,文字處理,可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能.MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣,它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),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(yǔ)言簡(jiǎn)捷得多.MATLAB是國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)秀數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一. 概括地講,整個(gè)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(qiáng)大功能.MATLAB語(yǔ)言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位,包括控制流語(yǔ)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(diǎn)的高級(jí)語(yǔ)言,它具有以下主要特點(diǎn): 1運(yùn)算符和庫(kù)函數(shù)極其豐富,語(yǔ)言簡(jiǎn)潔,編程效率高,MATLAB除了提供和C語(yǔ)言一樣的運(yùn)算符號(hào)外,還提供廣泛的矩陣和向量運(yùn)算符.利用其運(yùn)算符號(hào)和庫(kù)函數(shù)可使其程序相當(dāng)簡(jiǎn)短,兩三行語(yǔ)句就可實(shí)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(yǔ)句(如for循環(huán),while循環(huán),break語(yǔ)句,if語(yǔ)句和switch語(yǔ)句,又有面向?qū)ο蟮木幊烫匦? 3圖形功能強(qiáng)大 它既包括對(duì)二維

8、和三維數(shù)據(jù)可視化,圖像處理,動(dòng)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(qiáng)大的工具箱 工具箱可分為兩類:功能性工具箱和學(xué)科性工具箱.功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能,圖示建模仿真功能,文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互的功能.而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的,如優(yōu)化工具箱,統(tǒng)計(jì)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(duì)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(gè)具體的電路，

9、其阻抗是隨時(shí)變化的，它會(huì)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(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來達(dá)到所有高頻微波信號(hào)都能傳至負(fù)載的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回來源點(diǎn)，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(huì)形成反射，能力傳遞不過去，降低效率，會(huì)在傳輸線上形成駐波，導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響是非常嚴(yán)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(hào)源跟負(fù)載之間的情況,因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長(zhǎng)相對(duì)于傳輸線來說很長(zhǎng),傳輸線

10、可以看成是“短線”,反射可以不考慮（因?yàn)榫€短,即使反射回來,跟原信號(hào)還是一樣的）。當(dāng)阻抗不匹配時(shí),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(shí)常使用，在一般電路設(shè)計(jì)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(luò)的計(jì)算為使信號(hào)源（其內(nèi)阻Rs=12）與負(fù)載（RL=3）相匹配，在其間插入一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，如右圖所示，已知Z1=-j6，Z2=-j10，Z3=j6。若 求負(fù)載吸收的功率。解：4.1-對(duì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行原理分析：在上題中為使信號(hào)源與負(fù)載相匹配而插入了一阻抗匹配

11、網(wǎng)絡(luò)，要我們求負(fù)載吸收的功率，而負(fù)載是已知的，我們只要求出流經(jīng)負(fù)載的電流就可以求出負(fù)載所吸收的功率，要求出流經(jīng)負(fù)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(yīng)用回路電流法相對(duì)簡(jiǎn)單一些。我們以Us,Rs,Z1這三個(gè)元件組成的電路為樹，以Z2那條線為一支路，以Z3和負(fù)載Rl為另外一支路，從而組成兩回路，根據(jù)這兩個(gè)回路我們可以建立兩個(gè)方程從而求得這兩個(gè)回路的回路電流，根據(jù)回路電流就可求得負(fù)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(gè)方程轉(zhuǎn)換成矩陣，設(shè)A矩陣為Im1和Im2的序數(shù)，B矩陣為右邊的Us，設(shè)Im1和Im2就為要求的未知量X，由此我們可以寫出一個(gè)矩陣方程AX=B；兩邊同時(shí)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(jì)算我們就可以求出兩支路的電流及流經(jīng)負(fù)載那支路電流的絕對(duì)值，從而我們就可以求出負(fù)載所吸收的功率。我們求得：I=2A;P=12W.4.3-應(yīng)用MATLAB對(duì)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(duì)A矩陣各元素賦值b11=24;b21=24; %對(duì)B矩陣各元素賦值A(chǔ)=a11 a12;a21 a22;B=b11;b21;I=AB %方程求解Im2=I(2; %解出流經(jīng)負(fù)載Rl的電流I2=abs(Im2; %求出流經(jīng)負(fù)載Rl的有效電流P=I2*I2*Rl %求出負(fù)載Rl消耗的功率4.4-運(yùn)行結(jié)果運(yùn)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(hào)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(shí)出現(xiàn)在一個(gè)對(duì)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(biāo)曲線圖，因此需要提供一組x坐標(biāo)及其各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y坐標(biāo)，這樣就可以繪制分別以x和y為橫、縱坐標(biāo)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(biāo)、縱坐標(biāo)、標(biāo)題。6結(jié)果對(duì)比與分析6.1程序運(yùn)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(duì)比我們不難發(fā)現(xiàn)在本題中的含耦合電感的電路中，當(dāng)電源電壓一定時(shí)各支路中電流的值也是一定的，而當(dāng)電源電壓的值變化時(shí)，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(huì)作為一名自動(dòng)化的學(xué)生，我已經(jīng)接觸過很多的軟件，VC、VF、VB、protel、proteus等等，這當(dāng)中有專門編程的也有仿真的。MATLAB的功能無疑是強(qiáng)大的，它是矩陣實(shí)驗(yàn)室?；A(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，MATLAB已成為當(dāng)今應(yīng)用軟件中空前活躍的領(lǐng)

16、域，在生活中的應(yīng)用中十分的廣泛，因此掌握MATLAB這個(gè)軟件基本的使用方法對(duì)我們是十分有益的?；仡櫞舜螌?shí)踐的整個(gè)過程，從剛開始一竅不通到最后可以自己著手編寫程序，進(jìn)行SIMULINK仿真，雖然也有困難，但是真的在這個(gè)自己獨(dú)立學(xué)習(xí)的過程中學(xué)到了好多東西。這次強(qiáng)化訓(xùn)練教會(huì)我們要學(xué)著獨(dú)立自主學(xué)習(xí)，不再一味的依賴?yán)蠋煹恼n堂講解，提高自己獨(dú)立學(xué)習(xí)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(diǎn)厭倦的我重新提起了興趣。當(dāng)我們看到自己的設(shè)計(jì)終于成功的時(shí)候，我們是十分欣慰的，滿足從心底到言語(yǔ)。這次的基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練，不僅讓我開始了解MATLAB這個(gè)十分有用的軟件，對(duì)簡(jiǎn)單的M文件編程有了一定的認(rèn)識(shí)，也能運(yùn)用它對(duì)某一電路圖進(jìn)行仿真，與理論上相結(jié)合，從而進(jìn)一步驗(yàn)證理論的正確性，也是理論運(yùn)用于實(shí)踐的很好的證明。我再次認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)一些有用的軟件的重要性，在過程中也重新溫習(xí)了很多以前書中的知識(shí)。期間，我還認(rèn)識(shí)到了網(wǎng)絡(luò)的重要性，網(wǎng)絡(luò)上有著很多豐富的資源可以查詢，對(duì)我應(yīng)用這款軟件起到了不可估量的作用。在今后我應(yīng)該要更加廣泛的在網(wǎng)上求助，自主學(xué)習(xí)。這次實(shí)驗(yàn)我明白了認(rèn)真的態(tài)度和相互的幫助對(duì)于學(xué)習(xí)是非常重要的。8參考文獻(xiàn)1 Cha