匹配电路设计

在射频电路设计中，阻抗匹配是很重要的一环。阻抗匹配的通常做法是在源和负载之间插人一个无源网络，使负载阻抗与源阻抗共轭匹配，这种网络被称为匹配网络。阻抗匹配的作用主要有以下几方面。

1. 从源到器件、从器件到负载或器件之间功率传输最大

2. 提高接收机灵敏度(如 LNA 前级匹配

3. 减小功率分配网络幅相不平衡度(如天线阵馈电网络)

4. 获得放大器理想的增益、输出功率(PA 输出匹配)、效率和动态范围

5. 减小馈线中的功率损耗

匹配的基本原理

要实现最大功率的传输，必须满足:源阻抗与负载阻抗共轭 Z_L=Z_s^*

为什么要共轭匹配？

假设在一个最简单的电路中，如下图所示，Us为信号源电压，Rs为信号源内阻，RL为负载电阻。

当k等于1时，即RL=Rs时，负载可获得最大的输出功率，此时的状态为匹配状态。

当源阻抗为复数时，我们可以用同样的推导过程进行计算。

当R=Rs，X=-Xs时，负载的功率最大，即输出功率最大。

使用Smith Chart进行网络匹配

1. 串联将会使Smith 圆图上的相应阻抗点沿等电阻圆移动

2. 并联将会使Smith 圆图上的相应导纳点沿等电导圆移动

用LC进行匹配

设计目标:设计LC形阻抗匹配网络，使 Z_s=25-j* 15 0hm 信号源与Z_L=100-j*250hm的负载匹配，频率为433MHz。

在ADS中创建如图所示的原理图。

打开Simth Chart Tool进行匹配

S参数仿真

用S2P文件进行匹配

当在使用某款器件时，可以使用厂商提供的S2P文件进行阻抗匹配。

我在项目中使用了TQP3M9036 - Qorvo

由此记录ADS中的匹配方法，以及如何宽带宽匹配。

ADS搭建S参数扫描

TQP3M9036的S11,S22,S21

输入阻抗匹配，从上图可以知道TQP3M9036在430MHz的阻抗为50*(1.493-j0.557),需要通过LC将其阻抗匹配到50欧姆。

宽带宽匹配

通常使用单LC做的阻抗匹配的带宽很窄。我们期望实习宽带宽匹配。

在Smith Chart中有品质因数Q设置。

当系统Q值大时，则电路其具有较好的频率选择特性，较窄的通带。
当系统Q值小时，则电路其具有较差的频率选择特性，较宽的通带。

当我们匹配路径在椭圆内，就能满足获得较宽的通带