LC 匹配網路
LC 匹配網路是一個由電感(L)與電容(C)組成的小電路,常常只有兩個零件,夾在兩級之間,讓一個阻抗看起來像另一個。想像在小引擎與大車輪之間的變速箱:變速箱不增加功率,只是用速度換扭力,讓兩邊能協同運作。LC 網路做的是電學上的對應,用電壓換電流,在選定的頻率把比如說 10 歐姆的電晶體輸入轉換上去成 50 歐姆的系統。
最簡單的版本是 L 型網路,一個串聯零件加一個並聯(旁路)零件。訣竅在於:串聯的電抗會加上去、並聯的電抗則相反,挑對這兩個值,你就能在單一頻率把任一電阻搬到任另一電阻。給你一點計算的感覺:要把源電阻 Rs 匹配上去到負載 Rp,網路的負載 Q 是 根號 (Rp/Rs - 1);10 歐姆到 50 歐姆就是 根號 (5-1) = 2,這再決定你需要的電抗值。加上第三個元件就得到 pi 型或 T 型網路,讓你連同頻寬一起掌控,而不只是匹配。
LC 網路是射頻匹配的日常主力,因為它便宜、低損耗、又小。它出現在天線饋點、放大器各級之間,以及幾乎每一台發射機與接收機裡。誠實的提醒:匹配只在設計頻率精確,離開就變差,所以網路的 Q 是用窄頻寬換取更銳利的匹配。射頻下真實的電感與電容有損耗、也有自己的寄生效應,所以網路永遠不會完全理想,而且轉換比愈大、Q 愈高、調諧就愈敏感。佈局也很重要:在高頻,L 與 C 之間的走線本身就是網路的一部分。
要在 100 MHz 把 50 歐姆的源匹配到 200 歐姆的負載,L 型網路需要 Q = 根號 (200/50 - 1) = 根號 3 = 1.73。這決定了一個串聯電感與一個並聯電容,其電抗約為 86 歐姆與 115 歐姆,你再把它們在 100 MHz 換算成具體的 nH 與 pF。
L 型網路的 Q 由阻抗比決定,再定出 L 與 C 的值。
轉換比愈大就逼出愈高的 Q,意味著頻寬更窄、調諧更敏感。精確匹配只在設計頻率成立,而 L 與 C 的實部損耗使它不完美。