RF系统LC匹配电路的分析

1、RF系统LC匹配电路的分析马宇来2005.9射频中经常用到匹配网络，利用LC元件进行阻抗匹配时要较为熟悉LC元件在匹配网络中的作用，以目标引导匹配过程的完成。本文试图帮助初步掌握LC匹配的人能对匹配有更为深层的理解。一LC的基础电感L：电感是一种相位上电压超前于电流90度的器件。di数学模型u=LdtiLU相量图i任意时刻存储的能量W(t)=1Li2(t)L2感抗Xl二L二2兀fLL电容C：电容是一种相位上电流超前于电压90度的器件数学模型相量图duiCdtjiu1任意时刻存储的能量WC(t)-2Lu2(t)容抗XC二LC分立使用与匹配电路的分析利用smithchart匹配的概念在史密斯圆图上

2、建立一个连接前端和后端的桥梁。在图上从前端可以走到后端，从后端也可以走到前端，表现在电路图上，以上过程就是依次经过我们所设计的器件。目的：使能量从源端以最大功率传输到负载端。负载端获得了最大功率，同时避免负载反射能量回来。高速数字系统中的端接匹配仅仅是为了消除反射波的影响，对功率考虑较少，这是两者的细微区别。另外，高速数字系统中的端接一般不会用到L器件，多用串联电阻，并联上/下拉电阻，串ab联电阻+电容，上下拉二极管等方式完成。两者的核心思想和思路是一致的。1串联L串联L时，在smith圆图的表现是，电阻不变（阻抗的实部），从原始点顺时针画圆弧，由于电阻不变，所以圆弧所在圆经过原始数据点和（1

3、,0）点，并且L呈逐渐增大的趋势。图a表示了这个过程。2串联C串联C和串联L画圆弧的方向相反，为逆时针，也是过原始点和（1,0）点，C呈逐渐减小的趋势，如图b。3并联L并联L时，在smith图的表现是，导纳的实部不变,从原始点逆时针华圆弧，圆弧所在圆经过原始点和（-1,0）点，并且L越来越小，如图c。4并联Ccd并联C时，与并联L相反，顺时针画圆弧，过（-1,0）和原始点，并且C呈逐渐增大的趋势，如图d。串联L或C时，画的圆弧经过原始点和（1,0），并联时经过原始点和（-1，0）。顺逆时钟判断：无论串并，添加L时，都是使容性减小，感性增加，结合串并时不同的圆,得出串联L顺时针，并联L逆时针。对

4、于添加C则相反。这一点可以指引我们在匹配网络添加器件时有一个大致的方向，而不至于盲目。LC大小变化趋势判断：分析LC大小变化趋势时，以圆弧方向为根本，结合圆的终点（阻抗/导纳为无穷还是0）,看LC如何变才能使阻抗朝着圆弧终点方向变化。例如2中，只有C减小能使阻抗趋近于无穷（1,0）,所以C在圆弧上市越来越小的。三LC组合使用的分析这里以L型网络为例进行说明，分为低通和高通两种方式，每种方式又包括先并后串和先串后并两种电路结构（图e,f）,在L型网络中，由于存在forbiddenRegion,原始点确定后，两种结构只能选择一种进行匹配。低通L型的低通匹配电路是由串联的L和并联的C构成的，按L在C

5、的左右分为两种形式，每种形式的forbiddenRegion如下所示ef匹配思路：假设输入阻抗在位置1,我们希望匹配到位置3（圆心），我们采用L型低通时,只能采用图e的结构，由此，匹配路径肯定是先沿着导纳图再沿着阻抗图的实部运动，根据这一点,我们可以找到两个圆的交点即中间点2。g高通类似于低通，电感电容交换位置。每种结构都有相应的ForbiddenRegion。hi匹配思路：假设起始点和终止点都和低通的一致，由于起始点位于i图中的ForbiddenRegion所以高通只能采用h所示的结构。匹配路径如下图所示。我们看到和低通的g图中的路径对称，所经过的点是两个圆的不同交点。在指定的频率下，算出从出发点到过渡点，以及从过渡点到终点所需元器件的相应大小即完成了匹配的计算，剩下的就是在具体电路中调整器件值，使其达到最佳匹配效果即可。forbiddenregion产生的原因和确定以图h为例，先考虑到达匹配点的最后一步，最后一步经过了串联的电容，串联电容，依据图b，所以倒数第二步一定匹配到了下图中的兰线上，才能使得最后一步经过电容到达匹配点,依据图c,并联电感若想匹配到兰线上，那么初始点只能位于图h的非ForbiddenRegion上。据