임피던스 매칭: 공식, 회로 및 응용분야

임피던스 매칭이란?

임피던스 매칭은 전기 부하의 입력 임피던스와 출력 임피던스를 설계하여 신호 반사를 최소화하거나 부하의 전력 전송을 최대화하는 과정으로 정의됩니다.

전기 회로는 증폭기나 발전기와 같은 전원과 전구 또는 전송선과 같은 전기 부하로 구성되며, 이러한 전기 부하에는 소스 임피던스가 있습니다. 이 소스 임피던스는 저항과 반응성의 병렬 연결에 해당합니다.

최대 전력 전송 정리에 따르면, 부하 저항이 소스 저항과 같고 부하 반응성이 소스 반응성의 음수일 때, 소스에서 부하로 최대 전력이 전송됩니다. 즉, 부하 임피던스가 소스 임피던스의 복소 공액과 같을 때 최대 전력이 전송됩니다.

직류 회로의 경우 주파수가 고려되지 않습니다. 따라서 부하 저항이 소스 저항과 같으면 조건이 만족됩니다. 교류 회로의 경우 반응성이 주파수에 따라 달라집니다. 따라서 특정 주파수에서 임피던스가 일치해도 주파수가 변경되면 일치하지 않을 수 있습니다.

스미스 차트 임피던스 매칭

스미스 차트는 필립 H 스미스와 T. 미즈하시가 발명한 그래픽 계산기로, 전송선 및 매칭 회로의 복잡한 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 이 방법은 또한 하나 이상의 주파수에서 RF 파라미터의 동작을 표시하는 데에도 사용됩니다.

스미스 차트는 임피던스, 어드미턴스, 노이즈 피규어 원, 산란 파라미터, 반사 계수, 기계 진동 등을 표시하는 데 사용됩니다. 따라서 대부분의 RF 분석 소프트웨어에는 RF 엔지니어에게 가장 중요한 방법 중 하나인 스미스 차트가 포함되어 있습니다.

세 가지 유형의 스미스 차트가 있습니다.

• 임피던스 스미스 차트 (Z 차트)

• 어드미턴스 스미스 차트 (Y 차트)

• 임피던스-어드미턴스 스미스 차트 (YZ 차트)

임피던스 매칭 회로 및 공식

주어진 부하 저항 R에 대해, 주파수 ω0에서 구동 저항 R’을 일치시키는 회로를 찾겠습니다. 그리고 아래 그림과 같이 L 매칭 회로를 설계하겠습니다.

위 회로의 어드미턴스 (Yin)를 찾아보겠습니다.

저항 (R)과 인덕터 (L)가 직렬로 연결되어 있으며, 이 조합은 커패시터 (C)와 병렬로 연결되어 있습니다. 따라서 임피던스는 다음과 같습니다.