RF為什麼需要阻抗匹配?
以前在學電路學時，在OPA放大器我們都知道輸出阻抗要做成高阻抗，下一級放大要做低阻抗，可以達到最大能量傳送。在RF電路上輸入輸出為甚麼不做開路或短路，而卻要做50歐姆的阻抗匹配。
不使用高阻抗/低阻抗原因
主要有五點原因；1. 高頻很難做出高阻抗或低阻抗的點 2. 傳輸線的長度位置影響輸入/輸出阻抗(Z)變化 3. 或有No power transfer 的現象(高阻抗能量進不去) 4. 多重反射損耗(破壞性的造成某點能量損耗與Group delay現象) 5. 再主動元件會有不穩定現象
阻抗匹配的優點
為什麼設計成50歐姆這個值在微波工程有解釋到主要跟傳輸線的特性阻抗有關，可以參考 1. 有共同的訂定阻抗，無論在哪個裝置輸入/輸出，大家都有一個共識50歐姆 2. 從傳輸線的角度來看(參考平面相同)，無論任何切點看入皆為50歐姆 3. Power handling 能力可以達到最大(兩接阜接為50歐姆) 5. 容易地與其他模組相接。
以放大器的設計方塊圖來看，在電晶體輸入與輸出的的前後都會用一組Matching 電路做50歐姆匹配，特別在DC Bias 處要做好RF block，避免從DC端造成迴路。
阻抗匹配在先前的文章有談到，但在這裡想稍微跟大家談一下阻抗匹配的觀念。可以試著回想以前在用訊號產生器，是否有設定電壓Vs與輸出電壓Vo有不同值的情況。那很可能是在負載端的匹配沒有做好。一般來說，訊號產生器的輸出阻抗為50歐姆，紅框部分。V+為輸入的電壓 V-為反射的能量電壓，Vin等於V+加上V-，而電流有方向性為相減。當Zo = Zin時Vs = Vin也就是V-=0沒有反射能量，這時我們也可以定義Pin=1/2((Vs/2)²/Zo)。但如果Zin不等於50歐姆就會變成上面提到的訊號產生器的輸入與輸出值不同。我們也可以從輸入的功率來看，輸入能量的大小是跟Vs有關並不是與Vin有關。
在這裡也可以順道解釋一下特性阻抗與輸入阻抗的差異。
(1) Zo=V+/I+=V-/I- 特性阻抗就是輸入電壓與電流的比值或是反射電壓與電流的比值 50歐姆
(2) Zin=Vin/Iin=V+加V-/I+減I- 若沒有反射能量Zin=50歐姆
若想要進一步知道V-是多少?這就會需要說反射係數，通常我們用網儀其實也就是要算出元件的V-在跟V+做比值就會得到Γ(複數)，當然麼得到如下圖。可以用Zin+Zo比上Zin-就可以得到反射系數，想求V-就直接V+*Γ就行了。下面還有一些轉換式，其實概念就跟歐姆定律一樣，就只是換來換去而已。
有興趣可以參考微波工程的書籍[2]。
資料來源
- 阻抗匹配中為什麼是50歐姆？說說它的由來，卧龍會IT技術，https://kknews.cc/zh-tw/science/4zz3bbg.html
- Microwave Engineering, David M. Pozar. https://ppt.cc/f3uK3x
