Impedance Matching: インピーダンス・マッチング

意味

インピーダンスマッチングとは、信号反射の最小化または電力伝達の最大化のためにソースおよび負荷インピーダンスを設計することである。DC回路では、ソースと負荷を同等にする。AC回路では、目的に応じて、ソースを負荷または負荷の複素共役のいずれかと同等にする。

インピーダンス(Z)は電気の流れの反対の尺度となる複素数で、実部は抵抗(R)として定義され、虚部はリアクタンス(X)と呼ばれる。インピーダンスの式は定義によりZ = R + jXであり、ここでjは虚数単位である。DCシステムでは、リアクタンスはゼロのため、インピーダンスは抵抗と同じである。

なぜインピーダンスマッチングが必要か？

インピーダンスの不整合は信号反射および非効率的な電力伝達につながる。これらの反射は破壊的な干渉を引き起こし、電圧のピークと谷が生じる。そのため、インピーダンスマッチングは目的のVSWR (電圧定在波比)を得るために重要である。

共役マッチングと無反射マッチング

インピーダンスマッチングの目的が電力伝達の最大化か信号反射の最小化かによって、共役マッチングまたは無反射マッチングのいずれかが必要になる。

最大の電力伝達は、ソースの出力インピーダンスが負荷の入力インピーダンスの複素共役に等しいとき(Z_S = R_L - jX_L)に得られる。これは共役マッチングと呼ばれる。

最小の信号反射は、ソースインピーダンスが負荷インピーダンスに等しいとき(Z_S = R_L + jX_L)に得られ、これは無反射マッチングと呼ばれる。

DCシステムではリアクタンスがゼロのため、これはどちらの場合も2つの抵抗が同じであることと等価である。DCシステムでは、インピーダンスマッチングによって最小の信号反射と最大の電力伝達の両方が実現する。

インピーダンスマッチングデバイスとは何か？

マッチング回路はソースおよび負荷インピーダンスのマッチングに使用される構成で、インピーダンスマッチングデバイスはこれらの回路を構成する部品である。これらの部品の値は、コンピュータシミュレーション、手計算、またはスミスチャートなどのツールによって見つけることができる。スミスチャートを使用したRFインピーダンスマッチングの方法については、チュートリアル742｢インピーダンスマッチングとスミスチャートのチュートリアル｣を参照。

インピーダンスマッチング用のスミスチャート