匹配和增益是射頻電路中重要的設計考慮因素。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系

匹配（Matching）：

在射頻電路中，匹配是確保信號的最大功率傳輸的關鍵。匹配電路被用來將信號源、負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絡、傳輸線和調諧電路等。通過匹配，可以最大限度地減小信號的反射損耗，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放大的能力。增益在射頻系統(tǒng)中非常重要，因為它決定了信號的強度和范圍。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）。設計師需要平衡增益和其他性能指標，如噪聲系數、線性度和帶寬，以滿足系統(tǒng)需求。

匹配對增益的影響：

良好的匹配可以最大化射頻電路的功率傳輸效率，減少信號的反射損耗，從而有助于增加電路的增益。當輸入信號源與電路的阻抗匹配良好時，信號可以最大程度地傳輸到負載或下一個級聯電路中，減少了信號損失，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

射頻能量信號從信號源傳到負載，其輸出特性可以用”水管理論“解釋。

共軛匹配：實部電阻相等，虛部電抗抵消。

匹配網絡設計

我們在電路模型上標上相關的反射系數、阻抗。其下標s表示源端，L表示負載端，IN表示放大器的輸入端以及OUT表示放大器的輸出端。

當特性阻抗為50時，瞬態(tài)反射系數（考慮器件為單向器件）與電阻的關系為：

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）

匹配源端反射系數等于放大器輸入端反射系數的共軛

輸出端反射系數的共軛等于放大器輸出端的反射系數

最佳噪聲匹配條件（使用于低噪放）

因為是低噪放，所以放大器的輸入端反射系數要等于噪聲系數最佳時候的反射系數，所以其關系如下：

最大輸出功率匹配條件（末級功率放大器）

因為需要最大輸出功率，所以我們輸出匹配網絡的反射系數需要在輸出功率最大時的。OPT:最大Pout,而非最大的增益，這與功率晶體管的非線性相關（P1dB）。關系如下：

審核編輯：劉清