阻抗匹配
阻抗匹配是去選擇或打造各個元件,讓訊號源、線路與負載都同意同一個阻抗,使功率乾淨地流過接點,而不是彈回來。一個樸實的畫面:匹配就像挑一個水管噴嘴,既不掐住水流、也不讓它無謂噴灑,而是恰好讓水順暢通過。在射頻裡,目標是讓負載看起來像線的特性阻抗,通常是 50 歐姆,使反射係數趨於零、不形成駐波。
匹配有兩個相關的理由,值得誠實地分開來說。第一是消除傳輸線上的反射:若負載等於 Z0,波被完全吸收、VSWR 為 1:1,所送出的功率全被利用。第二是最大功率傳輸:當負載阻抗是訊號源阻抗的共軛複數時,訊號源送給負載的功率最大。對一個純電阻的 50 歐姆源接 50 歐姆負載而言,這兩個想法重合。但別忘了低頻理論裡那個誠實的陷阱,為最大功率傳輸而匹配只有 50 % 的效率,所以射頻匹配是為了把微弱訊號乾淨地送過去,而不是為了有效率地大量輸送功率。
匹配可以用電感與電容組成的網路(LC 匹配網路)、用四分之一波長的線段、或用變壓器來達成,每一種都在選定的頻率把一個阻抗轉換成另一個。它在每個射頻介面都不可或缺:天線與饋線之間、電晶體彆扭的輸入阻抗與 50 歐姆之間、接收機各級之間。誠實的提醒:匹配是在某個特定頻率建立的,離開那頻率就會變差,所以寬頻匹配更難、永遠是折衷。而且匹配是轉換阻抗,並不創造功率,你是有效率地把既有訊號導通,而不是放大它。
一個電晶體的輸入也許看起來像 10 歐姆串聯一些電容,這是 50 歐姆的訊號源無法有效驅動的。於是插入一個小的 LC 網路,在工作頻率把那 10 歐姆轉換上去成 50 歐姆,使訊號源看到乾淨的 50 歐姆負載,最多的訊號得以到達電晶體。
匹配網路把彆扭的阻抗轉換成系統值,這裡是 50 歐姆。
匹配在單一頻率轉換阻抗;它不增加功率,也無法在寬頻段維持。最大功率傳輸式的匹配只有 50 % 效率,所以它是為訊號完整性而做,不是為大量輸送功率。