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射频电路阻抗匹配基础知识概述

射频电路阻抗匹配基础知识概述

技术交流|Technical exchange|Technical exchange|

2024-05-20 14:51:19 686

对于射频工程师而言，阻抗匹配不仅是基础，更是确保电路性能的关键。虽然其背后的物理原理相对简单，但在实际应用中，正确地实现阻抗匹配可能会遇到诸多挑战。本文旨在通过简化复杂的理论，为你提供一个易于理解的射频电路阻抗匹配基础知识的概览，帮助你在实验室中更加自信地面对各种射频匹配任务。在本讨论中，我们暂时不涉及传输线理论，并假设射频路径的长度相对于工作频率下的波长来说是极其微小的。

2 端口电路中的输入和输出阻抗

大多数射频电路，如放大器、变压器、隔离器、耦合器、双工器、双工器、衰减器、滤波器等都有2个端口，输入端口和输出端口，每个端口都有自己的阻抗。

输入和输出端口都需要连接到某些外部网络，因此，阻抗匹配以获得最佳功率传输对于射频设计是必不可少的。

了解一些基本参数：

Z (阻抗，复数，以欧姆为单位)
Zin=Rin+jXin ,输入阻抗
Zout=Rout+jXout , 输出阻抗
Zs=Rs+jXs , 源阻抗
ZL=RL+jXL , 负载阻抗

为了获得从源到负载的最佳功率传输，源阻抗必须等于负载阻抗的复共轭：

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

电源与负载之间的最佳功率匹配

Z0=R0 , 特性阻抗，通常是真实的工业标准化值，例如50Ω（对于射频/微波）和75Ω（对于电缆）等。除非另有说明，Z0=50Ω默认在下面提到的所有电路中。

通过阻抗匹配获得最大功率输出

输入和输出端口的阻抗需要匹配，才能在输出端口获得最大功率。

阻抗匹配完成后，从源和负载看到的阻抗均为 50Ω。

输入输出阻抗匹配

使用集总元件进行阻抗匹配

我们将只关注使用集总元件的阻抗匹配，因为这是射频电路设计中最流行的方法。

我们只会使用无损无源元件、电感和电容作为匹配元件。

有许多不同的无源元件组合可以匹配非 50Ω 阻抗，答案取决于你完成工作的便捷程度。

我们先从Zin开始：

2 端口电路中的输入和输出阻抗

出于简单和方便的原因，我们归一化 Zin 到 zin ，所以 zin=Zin/50

在某些情况下，在应用匹配过程之前最好将阻抗转换为导纳。

根据r、g、x和b的值，我们可以将阻抗大致分为4种不同类型：

类型 #1：r ≥ 1，x 任意值。
类型#2：g ≥ 1，b 任意值。
类型 #3：r < 1、g < 1、x > 0 或 b < 0。
类型 #4：r < 1、g < 1、x < 0 或 b > 0。

理论上，如果不考虑我们能够获得的有限元件值及其容差，仅使用 2 个集总元件（电感器和电容器）即可将所有这 4 种阻抗完美匹配到 50Ω。

在史密斯圆图中找到所有类型的阻抗

每种类型的阻抗都可以方便且唯一地位于史密斯圆图中，如下所示。

Type#1：r>1，x 任意值。

史密斯圆图中类型 #1 阻抗位置

输入 #2：g>1，b 任意值。

史密斯圆图中类型 #2 阻抗位置

类型 #3：r<1、g<1、x>0 或 b<0。

史密斯圆图中类型 #3 阻抗位置

类型 #4：r<1、g<1、x<0 或 b>0。

史密斯圆图中类型 #4 阻抗位置

史密斯圆图中四种阻抗

免责声明：本文采摘自射频电路信号链，本文仅代表作者个人观点，不代表金航标及行业观点，只为转载与分享，支持保护知识产权，转载请注明原出处及作者，如有侵权请联系我们删除。

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