在射頻電路中匹配與增益到底有什么關(guān)系？

匹配和增益是射頻電路中重要的設(shè)計(jì)考慮因素。首先我們要理解它們的定義。

匹配與增益的概念和兩者之間的關(guān)系

匹配（Matching）：

在射頻電路中，匹配是確保信號(hào)的最大功率傳輸?shù)年P(guān)鍵。匹配電路被用來將信號(hào)源、負(fù)載和中間電路的阻抗與電路中的傳輸線或元件的特性阻抗匹配。匹配電路通常包括匹配網(wǎng)絡(luò)、傳輸線和調(diào)諧電路等。通過匹配，可以最大限度地減小信號(hào)的反射損耗，提高電路的性能和效率。

增益（Gain）：

在射頻電路中，增益是指電路將輸入信號(hào)放大的能力。增益在射頻系統(tǒng)中非常重要，因?yàn)樗鼪Q定了信號(hào)的強(qiáng)度和范圍。射頻電路中常見的增益元件包括功放（Power Amplifier）和低噪聲放大器（Low Noise Amplifier）。設(shè)計(jì)師需要平衡增益和其他性能指標(biāo)，如噪聲系數(shù)、線性度和帶寬，以滿足系統(tǒng)需求。

匹配對(duì)增益的影響：

良好的匹配可以最大化射頻電路的功率傳輸效率，減少信號(hào)的反射損耗，從而有助于增加電路的增益。當(dāng)輸入信號(hào)源與電路的阻抗匹配良好時(shí)，信號(hào)可以最大程度地傳輸?shù)截?fù)載或下一個(gè)級(jí)聯(lián)電路中，減少了信號(hào)損失，因此可以獲得更高的增益。

理論與分析

電路模型

本文以射頻放大器模塊為原型進(jìn)行分析

射頻放大器模型示意圖

共軛匹配概念

射頻能量信號(hào)從信號(hào)源傳到負(fù)載，其輸出特性可以用”水管理論“解釋。

共軛匹配：實(shí)部電阻相等，虛部電抗抵消。

匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

我們?cè)陔娐纺Ｐ蜕蠘?biāo)上相關(guān)的反射系數(shù)、阻抗。其下標(biāo)s表示源端，L表示負(fù)載端，IN表示放大器的輸入端以及OUT表示放大器的輸出端。

當(dāng)特性阻抗為50時(shí)，瞬態(tài)反射系數(shù)（考慮器件為單向器件）與電阻的關(guān)系為：

阻抗和匹配

舉例

最大功率增益匹配條件（用于高增益放大器）

匹配源端反射系數(shù)等于放大器輸入端反射系數(shù)的共軛

輸出端反射系數(shù)的共軛等于放大器輸出端的反射系數(shù)

最佳噪聲匹配條件（使用于低噪放）

因?yàn)槭堑驮敕牛苑糯笃鞯妮斎攵朔瓷湎禂?shù)要等于噪聲系數(shù)最佳時(shí)候的反射系數(shù)，所以其關(guān)系如下：

最大輸出功率匹配條件（末級(jí)功率放大器）

因?yàn)樾枰畲筝敵龉β?，所以我們輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)需要在輸出功率最大時(shí)的。OPT:最大Pout,而非最大的增益，這與功率晶體管的非線性相關(guān)（P1dB）。關(guān)系如下：

審核編輯：劉清