射頻阻抗匹配網絡介紹

通常,在射頻電路中源的阻抗並不與負載的阻抗共軛匹配,即:

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為了最大限度地提高功率傳輸效率,而不發生從源到負載的相移,必須滿足阻抗共軛匹配條件。 因此,源和負載之間必須插入阻抗匹配網絡。 如圖1所示 ,阻抗匹配網絡的輸入阻抗必須等於ZS*,而 阻抗匹配網絡的輸出阻抗必須等於ZL* ,也就是說,

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圖1、當ZS不等於ZL*時,需要在源和負載之間插入阻抗匹配網絡

事實上,圖1所示的整個系統可以被識別為三個子阻抗匹配循環。

第一子阻抗匹配迴路如圖2所示:

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圖2、首次子阻抗匹配迴路:新源=舊源;新負載=阻抗匹配網絡+舊負載

圖2、 首次分阻抗匹配迴路:新源=舊源;新負載=阻抗匹配網絡+舊負載

在圖2中,新源與圖1所示的舊源相同。 新負載由阻抗匹配網絡和圖1所示的舊負載組成。 如上面的表達式所示,新源的阻抗與新負載的阻抗是共軛匹配的。 因此,如下面的表達式所示,向Rin輸送的功率 等於在RS上剩餘的功率 ,也就是說:

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Pin = 由負載和阻抗匹配網絡組合產生的虛擬或等效功率,以及

Rin = 由負載和阻抗匹配網絡組合產生的虛擬或等效電阻。

第二個子阻抗匹配迴路是阻抗匹配網絡本身,如圖3所示。

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圖3、第二個子阻抗匹配迴路:阻抗匹配網絡本身

理論上,阻抗匹配網絡可以由無源部分或有源部分組成。 例如發射極跟隨器、源跟隨器和緩衝器是有源阻抗匹配網絡的例子。 然而,通過有源部件實現阻抗匹配網絡會增加噪聲和成本,降低線性以及消耗更多的電流。 LC阻抗匹配網絡是無源網絡,在大多數網絡中都有應用. 在實現無源阻抗匹配網工作時,電阻不是一個很好的選擇,因為它會引起噪聲,降低功率增益。 因此,阻抗匹配網絡通常只由電容器和電感組成。

如果阻抗匹配網絡只由理想的電感和電容器組成,則該網絡將不會有功耗。 Rout上的輸出功率 將等於Rin上的輸入功率。

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上式中:

Pin = 由負載和阻抗匹配網絡組合產生的虛擬或等效功率,

Rin = 由負載和阻抗匹配網絡組合產生的虛擬或等效電阻。

Pout = 由源和阻抗匹配網絡組合產生的虛擬或等效功率,以及

Rout = 由源和阻抗匹配網絡組合產生的虛擬或等效電阻。

第三個子阻抗匹配迴路如圖4所示..

新源由舊源和阻抗匹配網絡組成,如圖4所示。 新負載與舊負載相同,如圖1所示。 如下面的方程式所示,新源阻抗與新負載阻抗共軛匹配。 如前面的分析所示,向RL輸送的功率 等於Rout上剩餘的功率 ,也就是說:

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根據上面的方程可以推導出:

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圖2第三子阻抗匹配迴路:新源=舊源+阻抗匹配網絡;新負載=舊負載

應當指出,上面的簡單表述包含兩個重要概念:

1. 功率PRS,Pin ,Pout 和PRL 是相等的。 這是實際功率測量中的基本理論背景,因為如果在源和負載之間插入阻抗匹配網絡的話,功率PRS在源處可以測量為其在負載處的等值PRL。

2. 插入沒有功耗的阻抗匹配網絡將確保從源到負載之間的最大功率傳輸。


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