除了大創在研究的微波整流器，我也接觸過射頻電路其他模塊，例如LNA、PA等等，都給我一種同樣的感覺。是什么呢？沒錯，就是反復地進行阻抗匹配。

射頻系統的性能好壞往往都與匹配網絡息息相關，不同的匹配網絡往往會賦予射頻系統不同的性能優勢。從工作頻率上考慮，有單頻點的窄帶匹配，也有寬頻率范圍的寬帶匹配；從模塊功能上考慮，包括噪聲匹配、最大增益匹配、最大功率匹配等等；從匹配網絡的元件上考慮，有使用集總參數元件進行匹配（電感、電阻、電容），也有使用分布參數元件（傳輸線）進行匹配。

根據大創研究課題的要求，我們需要設計一個在一定頻率范圍內（寬頻帶）、在一定功率范圍內（寬功率范圍）保持較高整流效率的微波整流器。因此，從匹配網絡的選擇上，必須采用分布參數元件（傳輸線）進行設計，同時要兼顧頻率變化、功率變化兩者同時造成的負載阻抗變化導致快速地偏離匹配中心，匹配網絡必須壓縮這種變化。

1.電阻壓縮網絡（RCN）

一篇2007年的文獻提出了應用于射頻能量轉換的電阻壓縮網絡[1]。電阻壓縮網絡的結構如圖1，采用了虛部共軛的兩個純電抗元件與純電阻并聯(圖1(a))或串聯(圖1(b))實現電阻壓縮。

圖1 文獻[1]提出的兩種電阻壓縮網絡

對于圖1(a)電路的輸入阻抗，由下式表達：

對于圖1(b)電路的輸入阻抗，由下式表達：

假設純電阻負載R在Rmin到Rmax之間變化，定義負載壓縮比為Rmax/Rmin；負載變化導致輸入阻抗Zin在Zmin到Zmax之間變化，定義阻抗壓縮比為Zmax/Zmin。根據上述兩式，在不同的負載變化范圍下，輸入阻抗的變化范圍可以很容易計算出：

圖2 負載壓縮比(左)與阻抗壓縮比(右)

可見，當純電阻負載在很大范圍內變化時，電阻壓縮網絡可以將等效的輸入阻抗壓縮到很小的變化范圍，從而降低匹配難度。但電阻壓縮網絡必須保證負載為純電阻，因此往往需要在實際負載與電阻壓縮網絡之間增加純電阻變換網絡將復阻抗負載變換到純電阻負載，如圖3。那其實還不能從本質上解決問題，復阻抗負載仍然會快速地偏離匹配中心，無法在寬頻帶寬功率范圍內穩定變換到純電阻負載，導致電阻壓縮網絡的壓縮效果往往不佳。

圖3 電阻壓縮網絡的實際架構

因此，我們需要一個匹配網絡能夠直接對復阻抗進行壓縮。

2.阻抗壓縮網絡（ICN）

阻抗壓縮網絡的研究是課題相關領域主流的方向之一，其架構多種多樣、設計因子豐富，更為有意思的是，不同的文獻，設計阻抗壓縮網絡的方法也是各有差異。

圖4 文獻[2]提出的寬帶阻抗壓縮網絡(WICN)

文獻[2]提出的寬帶阻抗壓縮網絡如圖4，由三段傳輸線構成。其中TL1與TL2進行初步的阻抗變換，將兩個子整流器的輸入阻抗變換到共軛，從而兩個子整流器并聯后的輸入阻抗為純電阻。

圖5 TL31與TL32合并為TL3

TL31與TL32用于阻抗壓縮，選用合適的傳輸線特性阻抗與電長度，文獻中的實際情況是將兩個子整流器輸入阻抗虛部同號的部分變為異號從而抵消部分虛部阻抗，實現總輸入阻抗的壓縮。

圖5 文獻[3]提出的阻抗壓縮網絡(ICN)

文獻[3]也同樣采用兩路并行的子整流器架構，設計了單支路傳輸線的阻抗壓縮網絡。

3.總結

說實話，這個課題的研究從本質上看就是基于傳輸線理論的阻抗匹配，底層原理很簡單。但是，問題在于阻抗壓縮網絡的設計因子非常多、沒有統一的設計方法、文獻五花八門，對于目前的我來說純靠摸瞎亂撞；但也代表課題的創新性很強、進行創新的空間很大。