Impedansmatching - Impedance matching

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Skjematisk diagram over kilde- og lastkretsimpedans
Kilde- og lastkretsimpedans

I elektronikk er impedanstilpasning praksis for å designe inngangsimpedansen til en elektrisk belastning eller utgangsimpedansen til den tilsvarende signalkilden for å maksimere kraftoverføringen eller minimere signalrefleksjon fra belastningen. En kilde til elektrisk kraft som en generator , forsterker eller radiosender har en kildeimpedans som tilsvarer en elektrisk motstand i serie med en frekvensavhengig reaktans . Likeledes har en elektrisk belastning som en lyspære , overføringsledning eller antenne en impedans som tilsvarer en motstand i serie med en reaktans .

Den maksimale kraft teorem angir at maksimal effekt blir overført fra kilden til belastningen når den belastningsmotstand er lik kildemotstanden og lasten reaktansen er lik det negative av kilden reaktans: reaktansene opphever hverandre med sine motstående avhengighet av frekvensen. En annen måte å si dette på ved hjelp av komplekse tall er at lastimpedansen må være lik det komplekse konjugatet til kildeimpedansen. Hvis denne tilstanden er oppfylt, sies det at de to delene av kretsen er samsvarende med impedansen .

I en likestrømskrets er tilstanden tilfredsstilt hvis lastmotstanden er lik kildemotstanden. I en vekselstrømskrets avhenger reaktansen av frekvensen , slik at kretser som er impedansmatchet med en frekvens, kanskje ikke blir impedansmatchet hvis frekvensen endres. Impedanstilpasning over et bredt bånd vil generelt kreve komplekse, filterlignende strukturer med mange komponenter bortsett fra i trivielt tilfelle av konstant kilde- og lastmotstand når en transformator kan brukes.

I tilfelle av et kompleks kilde impedans Z S og belastningsimpedans Z- L , blir maksimal kraftoverføring oppnås når

der stjernen angir det komplekse konjugatet til variabelen. Hvor Z S representerer den karakteristiske impedans av en transmisjonslinje , er minimal refleksjon oppnås når

Konseptet med impedansmatching fant første applikasjoner innen elektroteknikk , men er relevant i andre applikasjoner der en form for energi, ikke nødvendigvis elektrisk, overføres mellom en kilde og en belastning. Et alternativ til impedansmatching er impedansbroing , der lastimpedansen er valgt for å være mye større enn kildeimpedansen og å maksimere spenningsoverføring, i stedet for kraft, er målet.

Teori

Impedans er et systems motstand mot strømmen av energi fra en kilde. For konstante signaler kan denne impedansen også være konstant. For varierende signaler endres det vanligvis med frekvens. Energien som er involvert kan være elektrisk , mekanisk , akustisk , magnetisk , optisk eller termisk . Konseptet med elektrisk impedans er kanskje det mest kjente. Elektrisk impedans, som elektrisk motstand, måles i ohm . Generelt har impedans en kompleks verdi; Dette betyr at belastninger som regel har en motstandskomponent (symbol: R ) som danner den virkelige del av Z , og en reaktans komponent (symbol: X ) som danner den imaginære delen av Z .

I enkle tilfeller (for eksempel kraftoverføring med lav frekvens eller likestrøm) kan reaktansen være ubetydelig eller null; impedansen kan betraktes som en ren motstand, uttrykt som et reelt tall. I det følgende sammendraget vil vi vurdere det generelle tilfellet når motstand og reaktans begge er viktige, og det spesielle tilfellet der reaktansen er ubetydelig.

Refleksjonsfri matching

Impedanstilpasning for å minimere refleksjoner oppnås ved å gjøre lastimpedansen lik kildeimpedansen. Hvis kildeimpedansen, lastimpedansen og overføringslinjens karakteristiske impedans er rent motstandsdyktig, er refleksjonsfri matching den samme som maksimal kraftoverføringstilpasning.

Maksimal samsvar med kraftoverføring

Kompleks konjugattilpasning brukes når maksimal kraftoverføring er nødvendig, nemlig

der et overskrift * indikerer det komplekse konjugatet . En konjugatkamp er forskjellig fra en refleksjonsfri kamp når enten kilden eller belastningen har en reaktiv komponent.

Hvis kilden har en reaktiv komponent, men belastningen er rent motstandsdyktig, kan samsvar oppnås ved å legge til en reaktans av samme størrelse, men motsatt tegn til belastningen. Dette enkle matchende nettverket, som består av et enkelt element , vil vanligvis oppnå en perfekt match på bare en enkelt frekvens. Dette er fordi det tilførte elementet enten vil være en kondensator eller en induktor, hvis impedans i begge tilfeller er frekvensavhengig, og generelt ikke vil følge frekvensavhengigheten til kildeimpedansen. For applikasjoner med bred båndbredde må det utformes et mer komplekst nettverk.

Kraftoverføring

Når en kraftkilde med en fast utgangsimpedans , slik som et elektrisk signal kilde, en radio -sender eller en mekanisk lyd (for eksempel en høyttaler ) drives inn i en belastning , den maksimalt mulige effekt leveres til belastningen når impedansen av lasten ( lastimpedans eller inngangsimpedans ) er lik det komplekse konjugatet til impedansen til kilden (det vil si dens interne impedans eller utgangsimpedans ). For at to impedanser skal være komplekse konjugater, må deres motstand være lik, og reaktansene må være like store, men med motsatte tegn. I lavfrekvente eller DC-systemer (eller systemer med rent resistive kilder og belastninger) er reaktansene null eller små nok til å bli ignorert. I dette tilfellet oppstår maksimal kraftoverføring når lastens motstand er lik kildens motstand (se maksimal effektteorem for et matematisk bevis).

Impedansmatching er ikke alltid nødvendig. For eksempel, hvis en kilde med lav impedans er koblet til en belastning med høy impedans, er effekten som kan passere gjennom forbindelsen begrenset av den høyere impedansen. Denne maksimalspenningstilkoblingen er en vanlig konfigurasjon som kalles impedansbro eller spenningsbro , og er mye brukt i signalbehandling. I slike applikasjoner er det ofte viktigere å levere en høy spenning (for å minimere signalnedbrytning under overføring eller å forbruke mindre strøm ved å redusere strømmer) enn maksimal kraftoverføring.

I eldre lydsystemer (avhengig av transformatorer og passive filternettverk, og basert på telefonsystemet ), ble kilde- og lastmotstanden matchet til 600 ohm. En grunn til dette var å maksimere kraftoverføringen, da det ikke var noen forsterkere tilgjengelig som kunne gjenopprette mistet signal. En annen grunn var å sikre korrekt drift av hybridtransformatorene som brukes på sentralt sentralutstyr for å skille utgående fra innkommende tale, slik at disse kunne forsterkes eller mates til en firetråds krets . De fleste moderne lydkretser bruker derimot aktiv forsterkning og filtrering og kan bruke spenningsbroforbindelser for størst nøyaktighet. Strengt tatt gjelder impedanstilpasning bare når både kilde- og lastenheter er lineære ; det kan imidlertid oppnås samsvar mellom ikke-lineære enheter innenfor visse driftsområder.

Impedansmatchende enheter

Justering av kildeimpedansen eller lastimpedansen kalles generelt "impedansmatching". Det er tre måter å forbedre en impedansmatching, som alle kalles "impedansmatching":

  • Enheter ment å presentere en tilsynelatende belastning til kilden til Z- belastning  =  Z- kilde * (kompleks konjugattilpasning). Gitt en kilde med fast spenning og fast kildeimpedans, sier maksimaleffektsetningen at dette er den eneste måten å trekke ut maksimal effekt fra kilden.
  • Enheter ment å presentere en tilsynelatende belastning på Z- belastning  =  Z- linje (kompleks impedansmatching), for å unngå ekko. Gitt en overføringslinjekilde med en fast kildeimpedans, er denne "refleksjonsløse impedanstilpasningen" på slutten av overføringslinjen den eneste måten å unngå å reflektere ekko tilbake til overføringslinjen.
  • Enheter ment å presentere en tilsynelatende kildemotstand så nær null som mulig, eller å presentere en tilsynelatende kildespenning så høyt som mulig. Dette er den eneste måten å maksimere energieffektiviteten, og det brukes derfor i begynnelsen av elektriske ledninger. En slik impedansbroforbindelse minimerer også forvrengning og elektromagnetisk interferens ; den brukes også i moderne lydforsterkere og signalbehandlingsenheter.

Det finnes en rekke enheter som brukes mellom en energikilde og en belastning som utfører "impedanstilpasning". For å matche elektriske impedanser bruker ingeniører kombinasjoner av transformatorer , motstander , induktorer , kondensatorer og overføringslinjer . Disse passive (og aktive) impedanstilpasningsenhetene er optimalisert for forskjellige applikasjoner og inkluderer baluner , antennetunere (noen ganger kalt ATU eller berg-og-dalbane på grunn av utseendet), akustiske horn, matchende nettverk og terminatorer .

Transformatorer

Transformatorer brukes noen ganger for å matche impedansene til kretsene. En transformator konverterer vekselstrøm ved en spenning til samme bølgeform ved en annen spenning. Strøminngangen til transformatoren og utgangen fra transformatoren er den samme (bortsett fra konverteringstap). Siden med lavere spenning har lav impedans (fordi dette har lavere omdreininger), og siden med høyere spenning har høyere impedans (ettersom den har flere svinger i spolen).

Et eksempel på denne metoden innebærer en TV- balun- transformator. Denne transformatoren konverterer et balansert signal fra antennen (via 300 ohm tvillingkabel ) til et ubalansert signal (75 ohm koaksialkabel som RG-6 ). For å matche impedansene til begge enhetene, må begge kablene kobles til en matchende transformator med et svingforhold på 2 (for eksempel en 2: 1-transformator). I dette eksemplet er 75 ohm kabelen koblet til transformatorsiden med færre svinger; 300-ohm-linjen er koblet til transformatorsiden med flere svinger. Formelen for beregning av transformatorens svingforhold for dette eksemplet er:

Motstandsdyktig nettverk

Motstandsimpedansmatcher er enklest å designe og kan oppnås med en enkel L-pute som består av to motstander. Strømtap er en uunngåelig konsekvens av bruk av resistive nettverk, og de brukes bare (vanligvis) til å overføre linjenivåsignaler .

Trinnet transmisjonslinje

De fleste enheter med klumpet element kan matche et bestemt utvalg av belastningsimpedanser. For eksempel, for å matche en induktiv belastning til en reell impedans, må en kondensator brukes. Hvis lastimpedansen blir kapasitiv, må det matchende elementet erstattes av en induktor. I mange tilfeller er det behov for å bruke den samme kretsen for å matche et bredt spekter av lastimpedans og dermed forenkle kretsdesignen. Dette problemet ble løst av den trinnvise overføringslinjen, hvor flere, serieplasserte, kvartbølgede dielektriske snegler brukes til å variere en overføringslednings karakteristiske impedans. Ved å kontrollere posisjonen til hvert element, kan et bredt spekter av lastimpedanser matches uten å måtte koble til kretsen igjen.

Filtre

Filtre brukes ofte for å oppnå impedanstilpasning innen telekommunikasjon og radioteknikk. Generelt er det ikke teoretisk mulig å oppnå perfekt impedanstilpasning ved alle frekvenser med et nettverk av diskrete komponenter. Impedansmatchingsnettverk er designet med en bestemt båndbredde, har form av et filter og bruker filterteori i utformingen.

Programmer som bare krever en smal båndbredde, for eksempel radiomottakere og sendere, kan bruke et enkelt innstilt filter, for eksempel en stubbe . Dette vil bare gi en perfekt match på en bestemt frekvens. Bred båndbreddeavstemning krever filtre med flere seksjoner.

L-seksjon

Grunnleggende skjematisk for matching R 1 til R 2 med en L-blokk. R 1 > R 2 er imidlertid enten R 1 og R 2 kan være kilden og den andre lasten. Den ene av X 1 eller X 2 må være en induktor og den andre må være en kondensator.
L-nettverk for smalbånd som matcher en kilde eller lastimpedans Z til en overføringslinje med karakteristisk impedans Z 0 . X og B kan hver være enten positive (induktor) eller negative (kondensator). Hvis Z / Z 0 er inne i 1 + jx-sirkelen på Smith-diagrammet (dvs. hvis Re ( Z / Z 0 )> 1), kan nettverk (a) brukes; ellers kan nettverk (b) brukes.

Et enkelt nett med samsvar med elektrisk impedans krever en kondensator og en induktor. I figuren til høyre, R 1 > R 2 er imidlertid enten R 1 og R 2 kan være kilden og den andre lasten. Den ene av X 1 eller X 2 må være en induktor og den andre må være en kondensator. Den ene reaktansen er parallell med kilden (eller belastningen), og den andre er i serie med belastningen (eller kilden). Hvis en reaktans er parallell med kilden , samsvarer det effektive nettverket fra høy til lav impedans.

Analysen er som følger. Tenk på en reell kildeimpedans og reell belastningsimpedans på . Hvis en reaktans er parallell med kildeimpedansen, kan den kombinerte impedansen skrives som:

Hvis den imaginære delen av impedansen ovenfor blir kansellert av seriereaktansen, er den virkelige delen det

Løs for

.
.
hvor .

Merk at reaktansen parallelt har en negativ reaktans fordi den vanligvis er en kondensator. Dette gir L-nettverket den ekstra funksjonen ved harmonisk undertrykkelse, siden det også er et lavpasfilter.

Den omvendte forbindelsen (impedansoppstigning) er rett og slett det motsatte - for eksempel reaktans i serie med kilden. Impedansforholdet er begrenset av reaktansstap som induktorens Q. Flere L-seksjoner kan kobles til i kaskade for å oppnå høyere impedansforhold eller større båndbredde. Transmisjonslinjematchende nettverk kan modelleres som uendelig mange L-seksjoner kablet i kaskade. Optimal matchende kretser kan utformes for et bestemt system ved hjelp av Smith-diagrammer .

Kraftfaktorkorreksjon

Kraftfaktorkorrigeringsinnretninger er ment å avbryte de reaktive og ikke-lineære egenskapene til en belastning på slutten av en kraftledning. Dette fører til at belastningen sett av kraftledningen er rent motstandsdyktig. For en gitt ekte kraft som kreves av en belastning, minimerer dette den virkelige strømmen som tilføres gjennom kraftledningene, og minimerer kraften som er bortkastet i motstanden til disse kraftlinjene. For eksempel brukes en maksimal power point tracker for å trekke ut maksimal effekt fra et solcellepanel og effektivt overføre det til batterier, strømnettet eller andre belastninger. Maksimal teoremet gjelder "oppstrøms" tilkobling til solcellepanelet, slik at det emulerer en belastningsmotstand som er lik solcellepanelens kildemotstand. Imidlertid gjelder maksimal effektteoremet ikke den "nedstrøms" tilkoblingen. Den forbindelsen er en impedansbroforbindelse ; den emulerer en høyspennings kilde med lav motstand for å maksimere effektiviteten.

kraftnettet er den totale belastningen vanligvis induktiv . Følgelig oppnås effektfaktorkorreksjon oftest med kondensatorbanker . Det er bare nødvendig at korreksjon oppnås ved en enkelt frekvens, forsyningsfrekvensen. Komplekse nettverk kreves bare når et frekvensbånd må matches, og dette er grunnen til at enkle kondensatorer er alt som vanligvis kreves for effektfaktorkorreksjon.

Overføringslinjer

Skjematisk diagram av koaksialkabel
Koaksial overføringsledning med en kilde og en belastning

Impedansbro er uegnet for RF-tilkoblinger, fordi det får kraft til å reflekteres tilbake til kilden fra grensen mellom høye og lave impedanser. Refleksjonen skaper en stående bølge hvis det er refleksjon i begge ender av overføringsledningen, noe som fører til ytterligere kraftavfall og kan forårsake frekvensavhengig tap. I disse systemene er impedanstilpasning ønskelig.

I elektriske systemer som involverer overføringslinjer (for eksempel radio og fiberoptikk ) - hvor lengden på linjen er lang sammenlignet med bølgelengden til signalet (signalet endres raskt sammenlignet med tiden det tar å reise fra kilde til belastning) - impedanser i hver ende av linjen må matches med overføringslinjens karakteristiske impedans ( ) for å forhindre refleksjoner av signalet ved endene av linjen. (Når lengden på linjen er kort sammenlignet med bølgelengden, er impedansmatching grunnlaget for transmisjonslinjeimpedansstransformatorer; se forrige avsnitt.) I radiofrekvenssystemer (RF) er en felles verdi for kilde- og lastimpedanser 50 ohm . En typisk RF-last er en kvartbølge grunnplanet antenne (37 ohm med en ideell jordplan); den kan matches med 50 ohm ved å bruke et modifisert bakkeplan eller en koaksial matchende seksjon, dvs. en del eller hele materen med høyere impedans.

Den generelle formen for spenning refleksjonskoeffisienten for en bølge som beveger seg fra medium 1 til medium 2 er gitt av

mens spenning refleksjonskoeffisienten for en bølge som beveger seg fra medium 2 til medium 1 er

så refleksjonskoeffisienten er den samme (bortsett fra tegn), uansett fra hvilken retning bølgen nærmer seg grensen.

Det er også en strømrefleksjonskoeffisient, som er den negative av spenningsrefleksjonskoeffisienten. Hvis bølgen møter et åpent ved belastningsenden, overføres positiv spenning og negativ strømpuls tilbake mot kilden (negativ strøm betyr at strømmen går i motsatt retning). Dermed er det fire refleksjonskoeffisienter ved hver grense (spenning og strøm på den ene siden, og spenning og strøm på den andre siden). Alle fire er de samme, bortsett fra at to er positive og to er negative. Spenningrefleksjonskoeffisienten og strømrefleksjonskoeffisienten på samme side har motsatte tegn. Spenning refleksjonskoeffisienter på motsatte sider av grensen har motsatte tegn.

Fordi de alle er de samme bortsett fra tegn, er det tradisjonelt å tolke refleksjonskoeffisienten som spenningsrefleksjonskoeffisienten (med mindre annet er angitt). Hver ende (eller begge ender) av en overføringslinje kan være en kilde eller en belastning (eller begge deler), så det er ingen iboende preferanse for hvilken side av grensen som er medium 1 og hvilken side som er medium 2. Med en enkelt overføringslinje det er vanlig å definere spenningens refleksjonskoeffisient for en bølgehendelse på grensen fra overføringslinjesiden, uavhengig av om en kilde eller belastning er koblet til på den andre siden.

En kilde overføringslinje som kjører en last

Lastforhold

I en overføringslinje beveger en bølge seg fra kilden langs linjen. Anta at bølgen treffer en grense (en brå endring i impedansen). Noe av bølgen reflekteres tilbake, mens noen fortsetter å bevege seg videre. (Anta at det bare er en grense ved belastningen.)

La

og være spenningen og strømmen som hender på grensen fra kildesiden.
og være spenningen og strømmen som overføres til lasten.
og være spenningen og strømmen som reflekteres tilbake mot kilden.

På linjen side av grensen og og på lastsiden der , , , , , , og er phasors .

Ved en grense må derfor spenning og strøm være kontinuerlig

Alle disse vilkårene er oppfylt av

hvor den refleksjonskoeffisienten går fra overføringslinjen til lasten.

Formålet med en overføringslinje er å få maksimal energimengde til den andre enden av linjen (eller å overføre informasjon med minimal feil), så refleksjonen blir så liten som mulig. Dette oppnås ved å matche impedansene og slik at de er like ( ).

Kilde-end forhold

Ved kildeenden av overføringslinjen kan det oppstå bølger både fra kilden og fra linjen; en refleksjonskoeffisient for hver retning kan beregnes med

,

der Zs er kildeimpedansen. Kilden til bølger som kommer fra linjen er refleksjonene fra lastenden. Hvis kildeimpedansen samsvarer med linjen, vil refleksjoner fra lastenden bli absorbert i kildeenden. Hvis overføringslinjen ikke samsvarer i begge ender, reflekteres refleksjon fra lasten på kilden og reflekteres på nytt i uendelig belastning og mister energi ved hver overføring av overføringslinjen. Dette kan forårsake en resonanstilstand og sterkt frekvensavhengig oppførsel. I et smalbåndssystem kan dette være ønskelig for samsvar, men er generelt uønsket i et bredbåndssystem.

Kilde-end impedans

hvor er enveis overføringsfunksjonen (fra den ene enden til den andre) når overføringslinjen samsvarer nøyaktig med kilde og belastning. står for alt som skjer med signalet under transport (inkludert forsinkelse, demping og spredning). Hvis det er perfekt samsvar med lasten, og

Overføringsfunksjon

hvor er åpen krets (eller ulastet) utgangsspenning fra kilden.

Merk at hvis det er en perfekt match i begge ender

og

og så

.

Elektriske eksempler

Telefonsystemer

Telefonsystemer bruker også matchede impedanser for å minimere ekko på langdistanselinjer. Dette er relatert til overføringslinjeteori. Passende også muliggjør telefon hybrid spolen (2- til 4-tråds omforming) for å fungere korrekt. Ettersom signalene sendes og mottas på den samme to-ledningskretsen til sentralkontoret (eller sentralen), er avbestilling nødvendig på telefonhøretelefonen, slik at overdreven sidetone ikke høres. Alle enheter som brukes i telefonsignalbaner, er generelt avhengig av samsvarende kabel-, kilde- og lastimpedanser. I den lokale sløyfen er impedansen valgt 600 ohm (nominell). Avslutningsnettverk er installert på sentralen for å tilby best samsvar med abonnentlinjene. Hvert land har sin egen standard for disse nettverkene, men de er alle designet for å tilnærme ca. 600 ohm over stemmefrekvensbåndet .

Høyttalerforsterkere

Skjematisk diagram av forsterker og høyttaler, med to rør og en impedansmatchende transformator
Typisk push-pull lydrør effektforsterker, tilpasset høyttaleren med en impedansmatchende transformator

Lydforsterkere vanligvis ikke er like impedanser, men gir en utgangsimpedans som er lavere enn den impedans (for eksempel <0,1 ohm i typiske halvlederforsterkere), for forbedret høyttaler demping . For vakuumrørforsterkere brukes impedansendrende transformatorer ofte for å få en lav utgangsimpedans, og for bedre å matche forsterkerens ytelse til lastimpedansen. Noen rørforsterkere har utgangstransformatorkraner for å tilpasse forsterkerutgangen til typiske høyttalerimpedanser.

Utgangen transformator i vakuum-rør -baserte forsterkere har to grunnleggende funksjoner:

Impedansen av høyttaleren på den sekundære viklingen til transformatoren vil bli transformert til en høyere impedans på den primære spole i kretsen av kraft pentoder med kvadratet av viklingsforholdet , som danner impedansen skaleringsfaktoren .

Utgangstrinnet i felles-dren eller halvlederbaserte endetrinn med felles kollektor med MOSFET eller effekttransistorer har en veldig lav utgangsimpedans. Hvis de er riktig balansert, er det ikke behov for en transformator eller en stor elektrolytkondensator for å skille vekselstrøm fra likestrøm.

Ikke-elektriske eksempler

Akustikk

I likhet med elektriske overføringslinjer eksisterer det et impedanstilpasningsproblem når man overfører lydenergi fra ett medium til et annet. Hvis akustikkimpedansen til de to mediene er veldig forskjellige, vil mest lydenergi reflekteres (eller absorberes), i stedet for å overføres over grensen. Gelen som brukes i medisinsk ultralyd, hjelper med å overføre akustisk energi fra svingeren til kroppen og tilbake igjen. Uten gelen reflekterer impedansforskjellen i svinger-til-luft og luft-til-kropp-diskontinuitet nesten all energien, og etterlater veldig lite å gå inn i kroppen.

Benene i mellomøret gir impedansmatching mellom trommehinnen (som påvirkes av vibrasjoner i luften) og det væskefylte indre øret.

Horn i høyttalersystemer brukes som transformatorer i elektriske kretser for å matche transduserens impedans til luftens impedans. Dette prinsippet brukes i både hornhøyttalere og musikkinstrumenter. Fordi de fleste driverimpedanser er dårlig tilpasset impedansen til fri luft ved lave frekvenser, er høyttalerkabinettene designet for både å matche impedansen og minimere destruktive fasekanselleringer mellom utgang fra front og bak på høyttalerkeglen. Lydstyrken av lyd som produseres i luft fra en høyttaler er direkte relatert til forholdet mellom diameteren på høyttaleren og bølgelengden til lyden som produseres: større høyttalere kan produsere lavere frekvenser på et høyere nivå enn mindre høyttalere. Elliptiske høyttalere er en kompleks sak, som fungerer som store høyttalere på langs og små høyttalere på tvers. Akustisk impedanstilpasning (eller mangel på den) påvirker driften av en megafon , et ekko og lydisolering .

Optikk

En lignende effekt oppstår når lys (eller en hvilken som helst elektromagnetisk bølge) treffer grensesnittet mellom to medier med forskjellige brytningsindekser . For ikke-magnetiske materialer er brytningsindeksen omvendt proporsjonal med materialets karakteristiske impedans. En optisk eller bølgeimpedans (som avhenger av forplantningsretningen) kan beregnes for hvert medium, og kan brukes i overføringslinjens refleksjonsligning

å beregne refleksjon og overføringskoeffisienter for grensesnittet. For ikke-magnetiske dielektrikum tilsvarer denne ligningen Fresnel-ligningene . Uønskede refleksjoner kan reduseres ved bruk av et optisk antirefleksbelegg .

Mekanikk

Hvis en kropp med masse m kolliderer elastisk med en annen kropp, vil maksimal energioverføring til den andre kroppen oppstå når den andre kroppen har samme masse m . I en frontkollisjon av like store masser vil energien til den første kroppen overføres til den andre kroppen (som for eksempel i Newtons vugge ). I dette tilfellet fungerer massene som "mekaniske impedanser", som må matches. Hvis og er massene til de bevegelige og stasjonære legemene, og P er momentum i systemet (som forblir konstant gjennom kollisjonen), vil energien til det andre legemet etter kollisjonen være E 2 :

som er analog med kraftoverføringsligningen.

Disse prinsippene er nyttige ved påføring av svært energiske materialer (eksplosiver). Hvis en eksplosiv ladning plasseres på et mål, får plutselig frigjøring av energi kompresjonsbølger til å forplante seg radikalt fra målet fra punktladekontakten. Når kompresjonsbølgene når områder med høy akustisk impedansforskjell (for eksempel motsatt side av målet), reflekterer strekkbølger tilbake og skaper spalling . Jo større uoverensstemmelsen, jo større blir effekten av krølling og spalling. En ladning initiert mot en vegg med luft bak, vil gjøre mer skade på veggen enn en ladning initiert mot en vegg med jord bak.

Se også

Merknader

Referanser

Eksterne linker