インピーダンス整合に関して

質問

今、インピーダンス整合について調べています。

ある物体（RとCの並列抵抗）に対して、ある装置から渦電流を発生させることについて考えています。

装置の出力にはコイルとコンデンサが含まれていると考えると、装置のコイルの容量を変化させれば、生体とのインピーダンス整合があうというものなのですが、考え方としては、物体側のインピーダンスと装置の出力側のインピーダンスがあっていれば、最大電力を得られる。そのために装置のコンデンサの容量を変化させて、装置の出力インピーダンスを物体のインピーダンスに合わせているということでよろしいのでしょうか。

どなたかお願いします。

回答No.4

imoriimori · ベストアンサー

ふーむ。どうやら
生体に渦電流を発生させる。生体の電気特性はRとCで模擬される。ある装置というのはコイルに高周波電流を流して高周波磁場を発生させるものだ。「装置のコイルの容量を変化させれば」とあるのは、コイルとコンデンサが共振回路を形成していてコンデンサを変化させるという意味だ。ということだと推測します。
そうだとして、

この場合、コンデンサでインピーダンス整合を取っているのは、高周波電流出力回路（通常はRFアンプ？）の出力インピーダンス（通常は同軸ケーブルを含めて５０オーム）に共振回路のインピーダンスを合わせていることになります。（共振回路だと無限大とか０とか思われそうですが、共振回路にはロス抵抗があり、このために共振回路インピーダンスは有限の実数になります。５０オームに整合させることは可能です。）
この直接の目的は、高周波なので＃１様の言われる反射の問題を避けるためです。

直接的には反射回避のために整合をとっているわけではありますが、
電力伝達効率という点で考えてみると、もし十分に出来の良いコイルであれば、上記共振回路のロス抵抗はコイル自身の抵抗の他に実は生体に流れる渦電流によるジュール損の抵抗表現も足されたものです（ここはかなり高度の話です）。反射最小の条件というのは、ロス抵抗に最大効率で電力が供給されるということを意味し、従って効率よく生体に渦電流でエネルギーをぶちこんでいる状況ともなっている。

というように考えられます。

なお、インピーダンス整合を、「負荷に最大の電力を供給するために装置側の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させる」と理解するのは誤りです。なぜって、負荷インピーダンスが決まっていれば、装置側の出力インピーダンスが低ければ低いほどが負荷にたくさんの電力を供給できます。
そうではなくて、「装置側の出力インピーダンスが決まっているときに、最大の電力を負荷に取り出すためには、負荷インピーダンスは出力インピーダンスに整合させる」と解釈すべきです。

回答No.3

tadys

負荷と信号源との間で整合を取るにはそれぞれのインピーダンスを複素共役の状態にする必要があります。
複素共役とは複素数の虚数部の符号を反転した状態で
例えばＺａ＝Ｒａ＋ｊＸａと、Ｚｂ＝Ｒｂ＋ｊＸｂとの間で整合が取れるのはＲａ＝Ｒｂ、Ｘａ＝－Ｘｂが両立した場合です。
コンデンサを変化させるとＸａ（又はＸｂ）を変化できますが整合条件にならない事もあります。
Ｒａ≠Ｒｂの場合にはコンデンサだけでは整合できません。

整合回路にはトランスを使う方法、コイルとコンデンサを使う方法、伝送線路を使う方法、抵抗を挿入する（損失を導入する）方法、これらを組み合わせる方法があります。
どの方法がいいのかは具体的な条件が分からないと決定できません。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%BC%E3%83%80%E3%83%B3%E3%82%B9%E6%95%B4%E5%90%88

回答No.2

tance

インピーダンスマッチングをどのように取ろうとしているのかがイマイチ
解りません。

「RとCの並列抵抗」というのは、RとCの並列回路のことですか？この
RとCの輪に渦電流を流したいのでしょうか。普通、渦電流というと
金属の塊の中に流れる電流を言います。

「装置のコイルの容量」とはコイルのインダクタンスのことですか？

「生体とのインピーダンス整合」とは上記RC回路のことですか？　生体
という単語が突然でてきて解釈ができません。

リアクタンス分を含むインピーダンスにマッチングさせる場合は
インピーダンスを合わせる訳ではありません。共役インピーダンスに
合わせることをマッチング（整合）と言います。

また、R,C,Lで表した等価回路の構成によって、どのパラメータを調整
するのが良いのかが異なります。具体的に等価回路を示していただくと
回答できると思います。

補足

間違えが多く申し訳ありません。

「装置のコイルの容量」とはコイルのインダクタンスのことですか？
→間違えました。装置のコンデンサの容量です。

また、等価回路ですが、生体はRとCの並列回路で表わされると仮定します。
　装置側はLとCの並列回路だと思います。

装置は渦巻き状のプリントコイル基板(コイルの成分？)から渦電流が流れる。また、プリントコイル基盤にコンデンサが並列につながっており、コンデンサの容量を変えることで、プリントコイル基板のインダクタンスと整合する容量とすることで、生体のインピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスが簡単に行えるというものです。

私は勉強不足で意味が理解できません。
装置のインピーダンスと人体のインピーダンスが複素共役にならないといけないのはわかりました。

前記の「コンデンサの容量を変えることで、プリントコイル基板のインダクタンスと整合する容量とする」というのは装置の中のことで、装置内でも整合をとらなければならないのでしょうか。

また、これをすることで、生体のインピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスの整合調整が行えるらしいのですが‥。

わかりづらくて申し訳ないのですが、アドバイスお願いします。

回答No.1

ymmasayan

インピーダンス整合には２つの意味があります。
低周波域と高周波域で全く異なります。

低周波域・・おっしゃるとおり、電力の最大供給のために必要です。
高周波域・・上に加えて、マッチングしていないと反射が起きます。
　　　　　　これによって、波形が歪んだり、反射による電力損が生じたりします。