為什么要在負載電路之前加電感電容

阻抗變換在很多人看來很神秘，甚至不可理喻： “什么是匹配網絡？” “為什么要在負載電路之前加這么多電感電容？” “如果負載是100歐姆要與源阻抗50歐匹配，直接在負載并聯一個100歐負載不就行了嗎” …… 這樣的問題常被提出。下面是一個初中物理題，“已知電壓源電阻是Zs，問Zl多大時，Zl上的功率最大。推導過程這里省略，結果是當Zl=Zs時，Zl上能獲得最大功率。 圖1 ? 讓負載獲得最大功率就是電路需要阻抗匹配的原因。在射頻鏈路中，上面例題的電壓源的信號由直流變為交流，基本思想是完全以致的。射頻電路中的阻抗變換要達到的效果是——“在電路中的任意點，分別往源端和負載端看去，他們的阻抗是互為共軛的。”而射頻電路中，完成阻抗匹配的工具是電感、電容和微帶線。為什么沒有電阻？因為匹配網絡是不能耗能的,電阻耗能器件。 ? 我們再看一道例題，每一位學過高頻電路的同學都做過，其中的奧秘妙不可言。 ?

例2：在中心頻率為500MHz時，把功率管的輸入阻抗從1.0+j2.0匹配到50歐，品質因素Q=2。

解：例題的解題思路： (1)將串聯形式的負載轉化為并聯形式，串聯電路到并聯電路的等效轉換； (2)增加新的電抗元件，諧振掉原電路的電抗因素，使電路呈現的阻抗無虛部狀態； …… (n)直到電路阻抗變換到50歐姆解題步驟：

串并轉換

功率管的輸入阻抗為1.0＋j2.0，則串聯等效電阻RS=1,Xs=j2.0; 并聯等效電阻RP1=RS(1+Q2)=5; 并聯等效電抗XP1=Xs(1+ Q2)/ Q2=j2.5;

諧振電抗

設計匹配電路時，首先在電路中并聯一個XC1=-j2.5以綜合原電路中的電抗部分，此時電路實際上等效為一個5歐姆負載;

升高或降低實阻抗以匹配到50歐姆

此時雖然得到實阻抗5歐，但沒有達到50歐姆的目的，需要繼續阻抗匹配，設下一步阻抗匹配的Q值為2（射頻電路的帶寬取決于系統的品質因素，品質因素越大，帶寬越窄，所以一般做匹配時，選擇品質因素一般越小越好。），故串聯一個新的電抗10j。 …… 圖2、例2阻抗變換分步示意圖 ? 圖3、例2匹配網絡示意圖 ? 實際上，串并電路的等效轉換反映到Smith圓圖上就是同一個阻抗點阻抗圓圖和導納圓圖的不同表達形式，下面我們用SMITH圓圖工具來完成例2： ? ? 阻抗變換是射頻鏈路中最基本的要素，在原理圖設計中我們經常借助各種EDA工具來設計阻抗匹配網絡，如ADS，smith-chart等，電路板貼片回來后，由于PCB工藝、電感和電容的頻率特性等因素，阻抗匹配網絡還需要射頻工程師對著網絡分析儀調試，隨著頻率的升高，阻抗匹配主要由微帶線和腔體完成，西方的工程師稱射頻模塊是“Magic BOX”,這是射頻行業的魅力所在，一件優秀的射頻產品的內涵是由設計師的2分經驗、3分設計和5分的調試共同構成。　　