對(duì)于射頻工程師而言，阻抗匹配不僅是基礎(chǔ)，更是確保電路性能的關(guān)鍵。雖然其背后的物理原理相對(duì)簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中，正確地實(shí)現(xiàn)阻抗匹配可能會(huì)遇到諸多挑戰(zhàn)。本文旨在通過簡(jiǎn)化復(fù)雜的理論，為你提供一個(gè)易于理解的射頻電路阻抗匹配基礎(chǔ)知識(shí)的概覽，幫助你在實(shí)驗(yàn)室中更加自信地面對(duì)各種射頻匹配任務(wù)。在本討論中，我們暫時(shí)不涉及傳輸線理論，并假設(shè)射頻路徑的長(zhǎng)度相對(duì)于工作頻率下的波長(zhǎng)來說是極其微小的。

大多數(shù)射頻電路，如放大器、變壓器、隔離器、耦合器、雙工器、雙工器、衰減器、濾波器等都有2個(gè)端口，輸入端口和輸出端口，每個(gè)端口都有自己的阻抗。

輸入和輸出端口都需要連接到某些外部網(wǎng)絡(luò)，因此，阻抗匹配以獲得最佳功率傳輸對(duì)于射頻設(shè)計(jì)是必不可少的。

了解一些基本參數(shù)：

• Z  (阻抗，復(fù)數(shù)，以歐姆為單位)

• Zin=Rin+jXin ,輸入阻抗

• Zout=Rout+jXout , 輸出阻抗

• Zs=Rs+jXs , 源阻抗

• ZL=RL+jXL , 負(fù)載阻抗

為了獲得從源到負(fù)載的最佳功率傳輸，源阻抗必須等于負(fù)載阻抗的復(fù)共軛：

Rs+jXs=RL?jXL , so  Rs=RL  and  Xs=?XL

• Z0=R0 , 特性阻抗，通常是真實(shí)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化值，例如50Ω（對(duì)于射頻/微波）和75Ω（對(duì)于電纜）等。除非另有說明，Z0=50Ω默認(rèn) 在[敏感詞]提到的所有電路中。

通過阻抗匹配獲得最大功率輸出

輸入和輸出端口的阻抗需要匹配，才能在輸出端口獲得最大功率。

阻抗匹配完成后，從源和負(fù)載看到的阻抗均為 50Ω。

使用集總元件進(jìn)行阻抗匹配

我們將只關(guān)注使用集總元件的阻抗匹配，因?yàn)檫@是射頻電路設(shè)計(jì)中[敏感詞]的方法。

我們只會(huì)使用無損無源元件、電感和電容作為匹配元件。

有許多不同的無源元件組合可以匹配非 50Ω 阻抗，答案取決于你完成工作的便捷程度。

我們先從Zin開始：

2 端口電路中的輸入和輸出阻抗

出于簡(jiǎn)單和方便的原因，我們歸一化 Zin  到  zin  ，所以  zin=Zin/50

在某些情況下，在應(yīng)用匹配過程之前最好將阻抗轉(zhuǎn)換為導(dǎo)納。

根據(jù)r、g、x和b的值，我們可以將阻抗大致分為4種不同類型：

• 類型 #1：r ≥ 1，x 任意值。

• 類型#2：g ≥ 1，b 任意值。

• 類型 #3：r < 1、g < 1、x > 0 或 b < 0。

• 類型 #4：r < 1、g < 1、x < 0 或 b > 0。

理論上，如果不考慮我們能夠獲得的有限元件值及其容差，僅使用 2 個(gè)集總元件（電感器和電容器）即可將所有這 4 種阻抗完美匹配到 50Ω。

在史密斯圓圖中找到所有類型的阻抗

每種類型的阻抗都可以方便且唯一地位于 史密斯圓圖中，如下所示。

• Type#1：r>1，x 任意值。

• 輸入 #2：g>1，b 任意值。

• 類型 #3：r<1、g<1、x>0 或 b<0。

• 類型 #4：r<1、g<1、x<0 或 b>0。

史密斯圓圖中四種阻抗

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