詳解衡量阻抗匹配的幾個關鍵參數(shù)

阻抗匹配，在射頻電路設計中是一個老生常談的話題，可是為什么我們還翻來覆去的咀嚼這個話題呢？歸根到底還是射頻功率太“貴”了，我們不希望有一丁點的浪費。我們做阻抗匹配的最終目的就是最大的功率傳輸和最小的功率反射。因為當射頻電路的源阻抗Zs和負載阻抗ZL不匹配時，在傳輸線上因為阻抗失配而產生反射波，并且導致以下問題：1，反射波和入射波疊加，形成駐波，影響傳輸功率；2，反射波引起信號相位畸變，影響傳輸信號的質量；3，高頻反射可能會導致功率放大器，LNA等器件因為過載而損壞。阻抗匹配如此重要，以至于我們的射頻前輩們發(fā)明了一堆的參數(shù)來表征它。常見的有電壓駐波比VSWR，反射系數(shù)Γ，回波損耗RL，失配損耗等等。電壓駐波比 VSWR?電壓駐波比是表征阻抗匹配程度的一個常用參量，它定義為傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比，用于評估 RF 功率從電源通過傳輸線傳輸?shù)截撦d的效率。

上圖顯示的就是一個駐波現(xiàn)象，當反射波和入射波疊加時，會形成駐波。駐波的波腹（電壓最大值）和波谷（電壓最小值）位置固定，幅度隨時間變化，就像上圖中的黑色線一樣。駐波比就是駐波上的波腹和波谷的比值：

那么，當沒有反射波的時候，VSWR=1，表示理想匹配；當發(fā)生全反射的時候，VSWR=+∞，形成純駐波。純駐波并不是沒有用，微波中的諧振器就利用了純駐波的原理。但是在實際工程設計中，一般要求VSWR<1.5, 有一些連接器或者大功率設備甚至要求VSWR<1.1 甚至更低。反射系數(shù)Γ相較于電壓駐波比，反射系數(shù)就比較容易理解了，就是反射波和入射波的比值。

上面公式非常簡潔的給出了反射系數(shù)Γ的定義以及其與阻抗的關系，正是阻抗這個“罪魁禍首”才導致了反射這個“惡果”。

當負載阻抗ZL等于源阻抗ZS時，反射系數(shù)為零，沒有反射；

當負載阻抗ZL為無窮大時（開路），反射系數(shù)等于1，全反射；

當負載阻抗ZL等于0（短路），放射系數(shù)等于-1，也是全反射；

當負載阻抗ZL大于源阻抗ZS時，反射系數(shù)為正值，意味著信號反射為同相位，反射電壓與入射電壓同相。

當負載阻抗ZL小于源阻抗ZS時，反射系數(shù)為負值，表明信號反射為反相位，反射電壓與入射電壓反相。

其實我一直很納悶，都表述同一種現(xiàn)象，為什么要搞出兩個名詞？害的我曾經還被人質疑，回波損耗測過了，VSWR能測過嗎? 我想肯定也能，除非腦子銹了，回波損耗的指標是18dB，VSWR指標是小于1.1.在這里，再強調以下，VSWR和反射系數(shù)有明確的數(shù)學關系

反射系數(shù)更為簡單明了，所以很多年輕的工程師都喜歡用反射系數(shù)這個參數(shù)，直接取對數(shù)就成了回波損耗RL。

為啥取20log10呢？因為上面的反射系數(shù)其實是電壓反射系數(shù)。我們知道在取對數(shù)時，電壓、電流取20log10，而功率取10log10.我覺得回波損耗RL是非常好用的一個參量，比如已知入射信號時40dBm，回波損耗RL時15dB，那反射波就是40dBm-15dB=25dBm.還有一個參量，叫做失配損耗MissMatch Loss 簡稱ML，這個用的比較少，但是有一些材料上會用到，失配損耗 (Mismatch Loss, ML)?是射頻電路中由于阻抗不匹配導致的功率損失，具體表現(xiàn)為信號在傳輸過程中因反射而未能完全傳遞到負載的功率損耗。它是衡量阻抗匹配效果的重要指標，直接影響系統(tǒng)效率和信號完整性。