如何解決射頻功放阻抗不匹配問題

提到射頻功放，其實不只是EMC領(lǐng)域會用，無線通訊，半導(dǎo)體芯片，醫(yī)療，高能物理等領(lǐng)域都會用到，各有各的不同使用場景，不同的要求和用法。

射頻功放的輸出阻抗的設(shè)計，通常都是按照50歐姆的阻抗設(shè)計的，不管是EMC領(lǐng)域還是非EMC領(lǐng)域，可能會遇到阻抗嚴重不匹配的情況。常見的應(yīng)用場景，比如：

EMC領(lǐng)域，在進行4KHz~400MHz之間的射頻傳導(dǎo)類的抗擾度測試時，諸如IEC61000-4-6, ISO11452-4，CS114等標準，功放的輸出需要接到電流注入探頭，對連接到被測物EUT的線纜進行干擾信號的注入，這種應(yīng)用經(jīng)常會遇到嚴重的阻抗不匹配的問題，IEC61000-4-6標準里要求加一個6dB的衰減器，目的就是為了降低阻抗不匹配。

EMC領(lǐng)域，在進行80MHz以下的輻射抗擾度測試時，不管是什么標準，配合使用的低頻段的天線本身就很難做好，天線本身的駐波比VSWR就會很大，通常會高于6，如圖1所示，某款比較常見的低頻段天線的VSWR。

注：

1）有沒有具有更低的VSWR的低頻段天線推薦？

2）如果是進行80MHz以上頻段的測試，所用的天線不存在高VSWR的情況，可以忽略此問題。

圖1：某款低頻天線的VSWR

EMC領(lǐng)域，采用RVC混響室進行相關(guān)標準的校準和測試，金屬殼子會導(dǎo)致大的反射，反射的能量會通過發(fā)射天線又傳回到功放；

在非EMC領(lǐng)域，比如在高能物理研究領(lǐng)域，連接到射頻功放輸出端的裝置通常不是50歐姆輸入阻抗的，通常會嚴重偏離50歐姆，甚至阻抗是隨著工作狀態(tài)在不斷變化的。

圖2：阻抗嚴重不匹配的非EMC應(yīng)用

不管是EMC領(lǐng)域，還是非EMC領(lǐng)域，都會遇到阻抗嚴重不匹配的情況，先來看看不同的VSWR時對功放的輸出功率和反射功率的影響：

1. 假如VSWR=6, 理論上意味著功放發(fā)出的功率將有50%的功率被反射回功放，如圖3所示，比如CBA系列或者AR系列的A類功放，假如輸出1000W的功率，接到VSWR=6的負載，將有500W的功率反射回功放。

圖3：VSWR=6時會產(chǎn)生功率的反射

2. 假如VSWR=10, 理論上意味著功放發(fā)出的功率將有67%的功率被反射回功放，如圖3所示，比如CBA系列或者AR系列的A類功放，假如輸出1000W的功率，接到VSWR=10的負載，將有670W的功率反射回功放。

3. 假如VSWR=無窮大, 理論上意味著功放發(fā)出的功率將100%被反射回功放，也就全反射，如圖3所示，比如CBA系列或者AR系列的A類功放，假如輸出1000W的功率，接到VSWR=無窮大的負載，這1000W的輸出功率會全部被反射回功放。

只要有反射功率存在，就要考慮想采購的，或者想使用的射頻功放能不能吃得消了，能不能承受了，不同的射頻功放設(shè)計，對反射功率（或者說對VSWR的大?。┑某惺苣芰κ遣灰粯拥模绻菍ι漕l功放有深入了解，就應(yīng)該會注意到射頻功放的一個很重要的指標，就是有關(guān)射頻功放的輸出端對反射功率，也就是負載的VSWR大小的承受能力的指標，在功放的數(shù)據(jù)手冊里都應(yīng)該有，要會找到這個指標，一般的功放，會標出VSWR不能超過多少，超過了一個數(shù)值功放就會降低輸出功率甚至保護，停止輸出功率。如果發(fā)生了這種情況，也就意味著校準或者測試被停止，不能進行下去了。而最牛的功放是能夠承受全反射且能保持全功率輸出的A類功放！

舉幾個AMETEK旗下的實際的能夠承受全反射且全反射時依舊能保持全功率輸出的A類功放的例子如下：

1. 低頻段的，包括BCI類標準的測試，能承受全反射的A類射頻功放CBA4K400M-100E:

圖4：能承受全反射的A類射頻功放CBA4K400M-100E

在CBA4K400M-100E的數(shù)據(jù)手冊里有這個相關(guān)指標，這個指標表明：VSWR為無窮大，能承受全反射，即使發(fā)生了全反射，功放依舊能保持滿功率輸出而不會發(fā)生降低輸出功率的情況：

2. 80MHz~1GHz頻段，能承受全反射的A類射頻功放AR的 1000W1000H:

圖5：能承受全反射的A類射頻功放1000W1000H

在1000W1000H的數(shù)據(jù)手冊里有這個相關(guān)指標，這個指標表明：VSWR為無窮大，能承受全反射，即使發(fā)生了全反射，功放依舊能保持全功率輸出而不會發(fā)生降低輸出功率的情況：

3. 1GHz~6GHz頻段，能承受全反射的A類射頻功放CBA6G系列，比如其中的CBA6G-400D:

圖6：能承受全反射的A類射頻功放CBA6G-400D

在CBA6G-400D的數(shù)據(jù)手冊里有這個相關(guān)指標，這個指標表明：VSWR為無窮大，能承受全反射，即使發(fā)生了全反射，功放依舊能保持全功率輸出而不會發(fā)生降低輸出功率的情況：

4. 1GHz~2GHz頻段，能承受全反射的A類射頻功放AS0820系列，比如其中的AS0820-500:

圖6：能承受全反射的A類射頻功放AS0820-500

在AS0820-500的數(shù)據(jù)手冊里有這個相關(guān)指標，這個指標表明：VSWR為無窮大，能承受全反射，即使發(fā)生了全反射，功放依舊能保持全功率輸出而不會發(fā)生降低輸出功率的情況：

在同類功放產(chǎn)品中，設(shè)計和制造出一臺能夠承受全反射且全反射時依舊能保持全功率輸出的A類功放的成本比不能這樣的功放要高，這種功放可以硬抗全反射。當(dāng)然，對于輸出功率很大的功放，就很難做到這點了，通常會有一個駐波比VSWR的限制值，超過這個限制值，功放會根據(jù)反射的大小逐步降低輸出功率，乃至停止輸出功率。

如果遇到阻抗嚴重不匹配的情況，除了采用能夠承受全反射且全反射時依舊能保持全功率輸出的A類功放硬抗外，另一種方法就是要試圖設(shè)計出一個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，加在功放的輸出端與負載之間，以便改善阻抗不匹配的情況，也能起到保護功放的作用。

電磁兼容測試是一門實驗科學(xué)，最終要落實到如何能具體實現(xiàn)標準所規(guī)定的測量，因此，制定標準的時候必須要考慮到標準的可實現(xiàn)性等因素。