为什么射频需要阻抗匹配模拟不需要阻抗匹配呢？或者说为什么射频关心功率模拟关心电压

gongdatwotwotwo · 发表于 2022-5-3 23:35:05

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想要请教大家一下，为什么射频需要阻抗匹配，而模拟不需要阻抗匹配呢？我的理解是，对于射频电路，当阻抗匹配时，有最大的功率传输，那为什么模拟不需要关心功率问题呢，我看书上写的是模拟是输入阻抗大，输出阻抗小，这样可以分得的电压比较大。
本人理论知识不是很扎实，所以想要请教一下大家，谢谢大家！！！

amodaman · 发表于 2022-5-4 06:55:58

简单说一下吧。模拟电路设计工程师习惯性地考虑电压而不是功率，那就拿电压来做分析。在一根导线的两端，一端是电压源，一端是负载。从电压源到负载的传输时间为延迟时间Td. 根据传输线理论，电压源加载到负载上的电压值是交流信号不断地在电压源与负载之间来回反射之后叠加的最终值。这个最终值中Td有很大的影响。在模拟信号关注的低频段，这个Td是接近于零的，所以电压值可以简单地计算为由电压源阻抗与负载阻抗的分压而定。而在射频段，尤其是传输线长度接近于四分之一的信号波长的时候，这个Td的影响就变得很大，所以这个负载上得到的电压值就变得与导线的长度相关。

稍微再讲多一点。来回反射和叠加的信号对于入射到负载上的信号的作用可以计算为信号的失真分量。失真分量与电压源的发射系数以及负载的反射系数相关。失真分量在时间域造成的抖动，与信号频率有直接的关系。那么在射频频段，这个抖动就显得非常显著。

从功率的角度，也是同样的分析同样的结果。对于功率传输来说，如果不考虑传输效率而忽略阻抗匹配的话，效率就会受到很大的影响。讲到这里，先就此打住吧。

贾郑和 · 发表于 2022-5-4 09:33:19

模拟里看到的阻抗大，是低频阻抗大。而射频，顾名思义

研究生笑笑 · 发表于 2022-5-4 11:17:16

本帖最后由研究生笑笑于 2022-5-4 11:19 编辑

射频考虑功率，模拟考虑电压，确实有这样的rule of thumb。射频的阻抗匹配考虑是功率，不过都是在要求最大功率传输的时候才考虑的，考虑功率，当然要考虑电压和电流两个量，或者是电压和阻抗，所以要阻抗共轭匹配。而模拟里面处理的一般是小信号，主要在乎后级驱动的问题，不在乎功率传输的问题，只有射频模块的PA会考虑功率放大，因为要将高频信号发射出去。如果是RF CMOS设计，你也就必须考虑功率问题了。
总结一下：射频在乎功率传输问题，阻抗要共轭匹配；模拟不在乎功率传输，考虑后极驱动和其他问题，所以在乎电压就可以了。
PS: 射频里的阻抗匹配也不是输出最大功率的条件，这个是小信号下的最大功率传输（模拟里连这个都不需要考虑，所以根本不在乎输出功率），load-pull才是大信号下可以输出的最大功率，所以射频的PA对输出大功率有近乎执拗的追求。

bellona · 发表于 2022-5-4 14:46:19

本帖最后由 bellona 于 2022-5-4 14:47 编辑

阻抗匹配可以保证功率的最大传输（不考虑实际器件的电压/电流摆幅的情况下），对放大器而言，如果输入输出都共轭匹配，可以保证放大器提供最大的功率增益
相比于电压/电流增益而言，功率增益更加基础，例如在射频电路里可以用无源器件产生大的电压或电流增益，但是无法产生大于1的功率增益。
模拟电路工作频率低，器件的功率增益很大，即使不用阻抗匹配也可以保证负载得到足够的输入功率。以运放级联为例，运放输出阻抗通常很低，输入阻抗很高。功率增益（Gp, PLoad/Pin）可以做到很高，就不必关心阻抗匹配。实际上模拟电路大量使用负反馈，也是用功率增益换取带宽、线性度等指标。由于功率增益不是问题，模拟电路设计中往往只考虑电压增益、电流增益等指标。
射频下器件的功率增益很低，一般都要考虑阻抗匹配。当然功率增益足够的情况下，也可以用功率增益换取其他指标