整流回路との整合の取り方について

質問

大学で高周波の勉強をしています。
周波数13.56MHzで50Ωの伝送線路と整流回路（平滑C、負荷R付き）の整合を取りたいのですが、やり方がわからず困っています。

Silvaco社のgatewayというスケマとsmartspiceというシミュレータを用いてシミュレーションを行っており、伝送線路と整流回路間のノードの電圧、電流、位相差から整流回路の入力インピーダンスを計算し、それからスミスチャートにプロットして整合回路を決めるつもりでしたが、位相差が90度以上あり、入力インピーダンスの抵抗成分R=|Z|cosθなので負になってしまいます。

Sパラメータに関しては勉強中なのですが、gatewayでのSパラのシミュレーションのかけ方がわかりません...
一応マニュアルは読んだのですが、いまいちピンとこず...

・整流回路等非線形素子を含む回路への整合の取り方について。
・Silvaco社gateway, smartspiceでSパラをシミュレーションする方法（出来れば具体例があればありがたいです...）
以上二点について、何かご存じでしたらご教授頂きたいです。
よろしくお願い致します。

回答No.1

tadys · ベストアンサー

非線形回路ですから、信号レベルによってインピーダンスが変化します。
すべての信号レベルでインピーダンスマッチングを取ることは出来ません。

マッチングをとる目的は何ですか？
１．伝送路での反射を最小にする。
２．出力の電圧を最大にする。
３．出力の電力を最大にする。

１．の場合、
最も簡単な答えは、適当なアッテネータを挿入する。
たとえば、６ｄBのアッテネータを挿入すれば反射は－１２ｄBになります。
他の答えは一方通行の素子を挿入する。
一方通行の例としては、増幅器があります。

２．の場合、
ハイインピーダンスになるようにインピーダンス変換を行う。
整流回路の負荷はそれに合わせた値にする。

３．の場合、
信号のレベルを定めて整流回路のインピーダンスを求める。
（シミュレーション、又は実測）
求めたインピーダンスに合わせて回路を設計する。

インピーダンスを測定するにはネットワークアナライザを使うのが良いでしょう。

シミュレーションだけでは出来上がった回路が希望の特性になっているかは分かりません。
現物を測定器でチェックする必要があります。
現物には色々な寄生素子が付随しています。
純粋なLや、C、Rというものは存在していません。
寄生素子を考慮しないと、シミュレーションの結果と実際の回路で差が出ます。

スミスチャート（イミタンスチャート）によるマッチング回路の設計法、検波回路（整流回路）などの考え方は下記サイトの回路教室に記述があります。
http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/

お礼

回答ありがとうございます。

目的は、最大電力を得る、です。
ネトアナはうちの研究室にないので、方向性結合器で反射を見るだけで何とかしようと思っていたのですが...
別の研究室に使わせてもらうのがよさそうですね。

サイトの紹介ありがとうございます。
勉強します。