在射频链路中,上面例题的电压源的信号由直流变为交流,基本思想是完全以致的。射频电路中的阻抗变换要达到的效果是——“在电路中的任意点,分别往源端和负载端看去,他们的阻抗是互为共轭的。”而射频电路中,完成阻抗匹配的工具是电感、电容和微带线。为什么没有电阻?因为匹配网络是不能耗能的,电阻耗能器件。
我们再看一道例题,每一位学过高频电路的同学都做过,其中的奥秘妙不可言。
例2:在中心频率为500MHz时,把功率管的输入阻抗从1.0+j2.0匹配到50欧,品质因素Q=2。
解:例题的解题思路:
(1)将串联形式的负载转化为并联形式,串联电路到并联电路的等效转换;
(2)增加新的电抗元件,谐振掉原电路的电抗因素,使电路呈现的阻抗无虚部状态;
……
(n)直到电路阻抗变换到50欧姆
解题步骤:
串并转换
功率管的输入阻抗为1.0+j2.0,则串联等效电阻RS=1,Xs=j2.0;
并联等效电阻RP1=RS(1+Q2)=5;
并联等效电抗XP1=Xs(1+ Q2)/ Q2=j2.5;
谐振电抗
设计匹配电路时,首先在电路中并联一个XC1=-j2.5以综合原电路中的电抗部分,此时电路实际上等效为一个5欧姆负载;
升高或降低实阻抗以匹配到50欧姆
此时虽然得到实阻抗5欧,但没有达到50欧姆的目的,需要继续阻抗匹配,设下一步阻抗匹配的Q值为2(射频电路的带宽取决于系统的品质因素,品质因素越大,带宽越窄,所以一般做匹配时,选择品质因素一般越小越好。),故串联一个新的电抗10j。
……
图2、例2阻抗变换分步示意图
图3、例2匹配网络示意图
实际上,串并电路的等效转换反映到Smith圆图上就是同一个阻抗点阻抗圆图和导纳圆图的不同表达形式,下面我们用SMITH圆图工具来完成例2:
阻抗变换是射频链路中最基本的要素,在原理图设计中我们经常借助各种EDA工具来设计阻抗匹配网络,如ADS,smith-chart等,电路板贴片回来后,由于PCB工艺、电感和电容的频率特性等因素,阻抗匹配网络还需要射频工程师对着网络分析仪调试,随着频率的升高,阻抗匹配主要由微带线和腔体完成,西方的工程师称射频模块是“Magic BOX”,这是射频行业的魅力所在,一件优秀的射频产品的内涵是由设计师的