射频匹配的基本原理

射频系统实现最大功率传输

射频系统要实现最大功率传输，必须是负载阻抗和源阻抗达成匹配。

实现匹配的通常做法

就是在我们源和负载中间插入一个无源的电路。

• 阻抗匹配的基本功能

减少噪声干扰；
提升功率容量；
改善频率响应的线性度；
最大化功率传输；
匹配网络其实就是阻抗变换网络。

• 共轭匹配网络特点：

实部值完全一样；
虚部值相反；
绝对值相等；
两点沿圆图的纯电阻线对称；

上图两点即为互为共轭。

• 实现源和负载的共轭匹配
  设计匹配网络时，一定要注意将匹配网络尽量靠近负载放置这样才能达到匹配最大化的效果，否则匹配效果将大打折扣。

• 匹配调试的关键点
  匹配调试的关键点，就是一定要搞清楚匹配器件的前后位置。

  • 分清匹配的顺序的方法
    靠近待匹配负载的匹配位为先，靠近测试仪器的匹配位为后。如下图：
    

天线S参数与阻抗匹配

射频网络的S参数是用来描述，某个频率下的射频信号在通过射频网络时，在输入端口处的反射以及在输入端口到输出端口之间的传输过程中，信号的幅度与相位所发生的变化。
任何单一端口输入的天线，都是一个单端口网络，可以等效为一个负载。天线的S11回波损耗越小，说明反射能量越小，除去天线本身的欧姆损耗，其他能量都辐射出去了。在所有外部条件都相同的情况下，天线的回损越好辐射效率越高
不同天线辐射的信号之间会有互扰存在的可能，用于描述天线间互扰程度的参数叫做天线之间的隔离度。我们将两个天线整体看成是一个双端口网络，以两天线间的传输损耗S21来表征天线之间的隔离度。

如何选择阻抗匹配器件

• 电感的选择
  匹配电路设计中所使用的电感只能选择高频电感，也就是射频电感因为寄生参数的存在，真实电感元件都不会是一个理想元件。而且随着工作频率的逐渐增大，电感的特性也会逐渐变差。
• 射频电感的参数
  电感值
  额定电流
  自谐振频率
  精度
  直 流电阻(DCR)
  Q值 ：Q值是最重要的衡量指标，Q=X/R，Q值越高，电感的性能就越接近于理退的无损电感，高Q值的另一个好处是损耗低。需要注意的是Q值的测量是针寸某个特定频率的
  高Q值，高自谐振频率，低直流电阻.
  电感值最好选择常用的标准值电感，电感值既不能过大也不能过小，过大的电感自谐振频率和Q值低，过小的电 感值精度不高。
  贴片电容的温度特征
  高频应用，温度特性需要选择C0G
  射频匹配电容选取原则
  高Q值，低ESR的陶瓷电容
  尽量选择精度高的电容

如何设计天线匹配网络

相对带宽，绝对带宽，以及窄带和宽带绝对带宽 BW(Hz) = f H- fL
相对带宽 RBW =BW/f0*100%
通常来说，相对带宽小于10%就可以认为是窄带系统。

• 宽带匹配电路的设计
  宽带情况下，天线匹配电路设计需满足在工作频段几个不同频点的匹配，设计难度较大，很难做到所有频点都兼顾，所以通常都会有所取舍。
• 双频匹配电路的设计
  双频匹配电路的设计本质就是，分别对每个频段做匹配设计，然后再将两个电路级联后综合调试。理想情况下，我们希望高频段的匹配电路和低频段的匹配电路相互独立，但实际情况是二者肯定会相互影响。
  双频匹配电路的设计和宽带匹配电路设计一样，至少需要预留双L型匹配，推荐采用串-并-串-并串，5个器件的匹配电路，便于匹配的灵活设计。

史密斯圆基础知识

射频系统非常注重匹配的设计，因为阻抗不匹配会造成信号和能量的反射从而对系统性能造成影响。
为了简化系统阻抗匹配的设计，射频系统确定一个特征阻抗以后，所有器件的输入输出阻抗匹配设计都以特征阻抗为参考标准。
阻抗千变万化，很难统一表述，为了表述和使用方便，可以把实际阻抗相对于系统的特性阻抗Z0进行归一化处理，得到归一化阻抗。
史密斯圆图的发明和使用，正是建立在阻抗归一化的基础之上的

在测试到的实际阻抗跟系统的阻抗做一个除法。