阻抗匹配原理及负载阻抗匹配

信号或广泛电能在传输过程中，为实现信号的无反射传输或最大功率传输，要求电路连接实现阻抗匹配。阻抗匹配关系着系统的整体性能，实现匹配可使系统性能达到最优。阻抗匹配的概念应用范围广泛，阻抗匹配常见于各级放大电路之间，放大电路与负载之间，信号与传输电路之间，微波电路与系统的设计中，无论是有源还是无源，都必须考虑匹配问题，根本原因是在低频电路中是电压与电流，而高频中是导行电磁波不匹配就会发生严重的反射，损坏仪器和设备。本文介绍阻抗匹配电路的原理及其应用。

1 阻抗匹配的基本原理

阻抗匹配是使微波电路或是系统的反射，载行波尽量接近行波状态的技术措施。阻抗匹配分为两大类：
(1)负载与传输线之间的阻抗匹配，使负载无反射。方法是接入匹配装置使输入阻抗和特性阻抗相等。
(2)信号源与传输线之间匹配，分为两种情况：1)使信号源无反射，方法是接入信号源与传输线之间接人匹配装置。2)信号源共轭匹配，方法是信号源与被匹配电路之间接入匹配装置，这种情况下多属于有源电路设计。

2 负载阻抗匹配方法

2．1 集总参数匹配电路
通常情况下，使用电容电感实现阻抗匹配，在比较低的频段使用变压器实现匹配，也可以采用L形、π形、T形实现匹配电路，这类电路体积小、结构简单、应用广泛。

变压器：主要实现低频段，随着工作频段的升高，这类电路的应用越来越少。传输线变压器可以实现宽带阻抗变换，实现4：1和1：4工作模式如图1和图2所示。可以实现平衡和非平衡的变换，尤其在电视机外接天线到同轴线输入端口的连接中得到应用。

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L形匹配电路：这类电路具有线路简洁和成本较低的优点，缺点是窄带电路。由于要考虑匹配和功率的损耗，尽量使用电感和电容性的元件，因此共有8种基本的电路可供选择。要设计合理的匹配电路就要选择合适的电容电抗元件参数，计算元件参数有两类方法：通过阻抗直接计算和通过史密斯圆图。前者的优点是计算精确且适合计算机计算，后者是一种直观有效的设计，可以充分合理地选择最优性能。现在可以通过使用计算机和功能强大的软件直接设计。

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4 结束语

无论是精心设计的集总参数电路还是微波电路，需认清特征，如果阻抗值要提高，用串联方式。如果阻抗值要降低，则使用并联方式，两个电抗要有相反的类型，且要产生谐振。14频率低端，多采用集总参数匹配电路，L形匹配电路是最简洁的设计，也是低端的首选。

如果电路设计中要求品质因数，可以使用T形或者丌形匹配电路，因为这类电路的品质因数可调，不过也要考虑多级匹配电路，达到电路的频率响应。使用多级匹配电路设计更灵活，可以满足电路的宽带需要。分布参数匹配电路，使用在中高频段，若介于集总和分布之间的话，最好采用混合匹配电路。若使用双分支电路不能满足要求，可以考虑多级匹配电路。电路的匹配设计不是单一的，要综合考虑偏置电路、反馈电路和频率调节电路的相互连接，要反复进行设计和修改，最终达到满意效果。