Was ist Impedanzanpassung?

Unter Impedanz versteht man in der Elektrotechnik das Verhältnis von Spannung zu Strom unter Berücksichtigung des Phasenwinkels. Nach dem Ohmschen Gesetz ist V= IR, wobei V die Spannung, I der Strom und R der Widerstand des Netzwerks ist. 

 Bei der HF besteht die Idee der Impedanzanpassung darin, die Quellen- und Lastimpedanz anzugleichen, um eine maximale Leistungsübertragung zu erreichen. Die Impedanz wird als Z dargestellt und ist komplexer als nur der Widerstand des Netzwerks. Vereinfacht ausgedrückt besteht die Impedanzanpassung darin, die Quell- und Lastimpedanz so ähnlich wie möglich zu machen, um Verluste zu minimieren.

Zweck der Impedanzanpassung

Maximiert die Leistungsübertragung vom Sender zur Last und erhöht die Effizienz. Bei niedrigem Leistungspegel ist die Vermeidung von Signalverlusten sehr wichtig und ein perfekt abgestimmtes Netzwerk ist erforderlich.

Schützen Sie die Geräte vor Reflexion. In Hochleistungsübertragungssystemen kann jede Leistungsreflexion die Geräte wie Verstärker und andere Geräte schwer beschädigen.

Passende Netzwerke
In der Netzwerkanalyse sind die beiden am häufigsten verwendeten Matching-Netzwerke das Pi-Netzwerk und das T-Netzwerk. Die Hauptidee dieses Netzwerks besteht darin, die vollständige Kontrolle über die Güte der Schaltung zu erlangen. Dies ist in den meisten Fällen sehr nützlich, in denen die Designspezifikationen strenger sind und weniger Möglichkeiten zur Implementierung bestehen. 

Pi- und T-Netzwerke bieten die Vielfalt, um mit unterschiedlichen Situationen umzugehen und das Netzwerk für maximale Effizienz zu optimieren. Der gebräuchlichste Netzwerkimpedanzstandard ist 50 Ohm, ein weiterer Standard ist der 75 Ohm-Standard. Um ein besser angepasstes Netzwerk zu erhalten, ist es notwendig, alle Komponenten in der Schaltung auf 50 Ohm anzupassen, wie Leiterplatten, Kabel, Anschlüsse usw. Induktivitäten, Kondensatoren und Impedanztransformatoren sind die am häufigsten verwendeten Komponenten für die Netzwerkanpassung.
 
Q = f / BW: Q ist der Qualitätsfaktor des Netzwerks, der als Verhältnis zwischen der Betriebsfrequenz (f) und der Bandbreite (BW) beschrieben wird.

pi-t-Netzwerk
Pi-Netzwerk wird häufig als Lösung verwendet, um eine Quelle mit hoher Impedanz an eine niedrigere Lastimpedanz und eine Quelle mit niedriger Impedanz an eine Last mit höherer Impedanz anzupassen. Pi-Netzwerke eignen sich für einen weiten Frequenzbereich und eine Impedanztransformation.

T-Netzwerke sind eine weitere gängige Topologie für die Impedanzanpassung, die üblicherweise als LLC-Schaltungen mit einer Kombination aus zwei Induktivitäten und einem Kondensator im Shunt bezeichnet wird. Die Konvertierung von einem Pi-Netzwerk in ein T-Netzwerk ist ebenfalls möglich und wird bei einigen komplexen Netzwerkanalysen erforderlich sein.

Smith-Diagramm
Das Smith-Diagramm ist eine Diagrammdarstellung des Impedanz- und Admittanzgitters, die Philip Smith in den 1930er Jahren in Bell's Radio-Forschungslabor entwickelt hat. Seitdem ist das Smith-Diagramm bei Ingenieuren für elektrische und elektronische Netze weit verbreitet, um Probleme zu lösen und einen komplexen Netzzustand zu veranschaulichen. Seit den Anfängen des Netzwerkanalysators ist Smith Chart eines der wichtigsten Formate, um die Reflexion einzelner Ports und die leicht zu ermittelnde Nichtübereinstimmung im Netzwerk darzustellen.

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