详解衡量阻抗匹配的几个关键参数

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阻抗匹配，在射频电路设计中是一个老生常谈的话题，可是为什么我们还翻来覆去的咀嚼这个话题呢？归根到底还是射频功率太“贵”了，我们不希望有一丁点的浪费。我们做阻抗匹配的最终目的就是最大的功率传输和最小的功率反射。因为当射频电路的源阻抗Zs和负载阻抗ZL不匹配时，在传输线上因为阻抗失配而产生反射波，并且导致以下问题：1，反射波和入射波叠加，形成驻波，影响传输功率；2，反射波引起信号相位畸变，影响传输信号的质量；3，高频反射可能会导致功率放大器，LNA等器件因为过载而损坏。阻抗匹配如此重要，以至于我们的射频前辈们发明了一堆的参数来表征它。常见的有电压驻波比VSWR，反射系数Γ，回波损耗RL，失配损耗等等。电压驻波比 VSWR 电压驻波比是表征阻抗匹配程度的一个常用参量，它定义为传输线上电压最大值与电压最小值之比，用于评估 RF 功率从电源通过传输线传输到负载的效率。
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  |; C1 A) t  S: V1 E$ J上图显示的就是一个驻波现象，当反射波和入射波叠加时，会形成驻波。驻波的波腹（电压最大值）和波谷（电压最小值）位置固定，幅度随时间变化，就像上图中的黑色线一样。驻波比就是驻波上的波腹和波谷的比值：
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那么，当没有反射波的时候，VSWR=1，表示理想匹配；当发生全反射的时候，VSWR=+∞，形成纯驻波。纯驻波并不是没有用，微波中的谐振器就利用了纯驻波的原理。但是在实际工程设计中，一般要求VSWR反射系数Γ相较于电压驻波比，反射系数就比较容易理解了，就是反射波和入射波的比值。

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0 e4 i7 y5 l9 T# W$ s2 b2 _" ~上面公式非常简洁的给出了反射系数Γ的定义以及其与阻抗的关系，正是阻抗这个“罪魁祸首”才导致了反射这个“恶果”。当负载阻抗ZL等于源阻抗ZS时，反射系数为零，没有反射；
当负载阻抗ZL为无穷大时（开路），反射系数等于1，全反射；
9 t" l* P, t8 y当负载阻抗ZL等于0（短路），放射系数等于-1，也是全反射；
9 K- K3 U7 ]. n9 P! w' z: s当负载阻抗ZL大于源阻抗ZS时，反射系数为正值，意味着信号反射为同相位，反射电压与入射电压同相。
当负载阻抗ZL小于源阻抗ZS时，反射系数为负值，表明信号反射为反相位，反射电压与入射电压反相。
其实我一直很纳闷，都表述同一种现象，为什么要搞出两个名词？害的我曾经还被人质疑，回波损耗测过了，VSWR能测过吗? 我想肯定也能，除非脑子锈了，回波损耗的指标是18dB，VSWR指标是小于1.1.在这里，再强调以下，VSWR和反射系数有明确的数学关系
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反射系数更为简单明了，所以很多年轻的工程师都喜欢用反射系数这个参数，直接取对数就成了回波损耗RL。

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为啥取20log10呢？因为上面的反射系数其实是电压反射系数。我们知道在取对数时，电压、电流取20log10，而功率取10log10.我觉得回波损耗RL是非常好用的一个参量，比如已知入射信号时40dBm，回波损耗RL时15dB，那反射波就是40dBm-15dB=25dBm.还有一个参量，叫做失配损耗MissMatch Loss 简称ML，这个用的比较少，但是有一些材料上会用到，失配损耗 (Mismatch Loss, ML) 是射频电路中由于阻抗不匹配导致的功率损失，具体表现为信号在传输过程中因反射而未能完全传递到负载的功率损耗。它是衡量阻抗匹配效果的重要指标，直接影响系统效率和信号完整性。
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