如何使用史密斯圓圖作為RF阻抗匹配的設(shè)計指南

　　本文利用史密斯圓圖作為 RF 阻抗匹配的設(shè)計指南。文中給出了反射系數(shù)、阻抗和導(dǎo)納的作圖范例，并給出了 MAX2472 工作在 900MHz 時匹配網(wǎng)絡(luò)的作圖范例。事實證明，史密斯圓圖仍然是確定傳輸線阻抗的基本工具。在處理 RF 系統(tǒng)的實際應(yīng)用問題時，總會遇到一些非常困難的工作，對各部分級聯(lián)電路的不同阻抗進行匹配就是其中之一。一般情況下，需要進行匹配的電路包括天線與低噪聲放大器（LNA）之間的匹配、功率放大器輸出（RFOUT）與天線之間的匹配、 LNA/VCO 輸出與混頻器輸入之間的匹配。匹配的目的是為了保證信號或能量有效地從“信號源”傳送到“負載”。在高頻端，寄生元件（比如連線上的電感、板層之間的電容和導(dǎo)體的電阻）對匹配網(wǎng)絡(luò)具有明顯的、不可預(yù)知的影響。頻率在數(shù)十兆赫茲以上時，理論計算和仿真已經(jīng)遠遠不能滿足要求，為了得到適當(dāng)?shù)淖罱K結(jié)果，還必須考慮在實驗室中進行的 RF 測試、并進行適當(dāng)調(diào)諧。需要用計算值確定電路的結(jié)構(gòu)類型和相應(yīng)的目標(biāo)元件值。有很多種阻抗匹配的方法，包括計算機仿真： 由于這類軟件是為不同功能設(shè)計的而不只是用于阻抗匹配，所以使用起來比較復(fù)雜。設(shè)計者必須熟悉用正確的格式輸入眾多的數(shù)據(jù)。設(shè)計人員還需要具有從大量的輸出結(jié)果中找到有用數(shù)據(jù)的技能。另外，除非計算機是專門為這個用途制造的，否則電路仿真軟件不可能預(yù)裝在計算機上。手工計算： 這是一種極其繁瑣的方法，因為需要用到較長（“幾公里”）的計算公式、并且被處理的數(shù)據(jù)多為復(fù)數(shù)。經(jīng)驗： 只有在 RF 領(lǐng)域工作過多年的人才能使用這種方法?？傊?，它只適合于資深的專家。史密斯圓圖：本文要重點討論的內(nèi)容。本文的主要目的是復(fù)習(xí)史密斯圓圖的結(jié)構(gòu)和背景知識，并且總結(jié)它在實際中的應(yīng)用方法。討論的主題包括參數(shù)的實際范例，比如找出匹配網(wǎng)絡(luò)元件的數(shù)值。當(dāng)然，史密斯圓圖不僅能夠為我們找出最大功率傳輸?shù)钠ヅ渚W(wǎng)絡(luò)，還能幫助設(shè)計者優(yōu)化噪聲系數(shù)，確定品質(zhì)因數(shù)的影響以及進行穩(wěn)定性分析。

　　基礎(chǔ)知識

　　在介紹史密斯圓圖的使用之前，最好回顧一下 RF 環(huán)境下（大于 100MHz） IC 連線的電磁波傳播現(xiàn)象。這對 RS-485 傳輸線、 PA 和天線之間的連接、LNA 和下變頻器 / 混頻器之間的連接等應(yīng)用都是有效的。