匹配良好的射頻端口是所有射頻系統(tǒng)的重要組件。例如，匹配端口可防止放大器輸出端口出現(xiàn)反射功率過載。這種無用反射功率會(huì)損壞整個(gè)放大器。匹配端口還可以盡量提高功率傳輸，有效延長用于物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 等領(lǐng)域的無線產(chǎn)品的電池壽命。
您的任務(wù)
在射頻領(lǐng)域，單端組件的特性阻抗有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值：
50 Ω和75 Ω。大多數(shù)電纜、連接器和射頻組件都符合其中一個(gè)數(shù)值。75 Ω常見于（有線）電視應(yīng)用，因?yàn)檫@一數(shù)值接近射頻衰減最低的阻抗值77 Ω。50 Ω均衡了高功率傳輸能力 (30 Ω) 和低衰減。但是，重點(diǎn)在于確保所有組件具備相同的阻抗值。
阻抗匹配
實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸
根據(jù)功率傳輸定理，實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸?shù)年P(guān)鍵在于將源阻抗 Z0與負(fù)載阻抗 ZL進(jìn)行匹配。在匹配的情況下，ZL與 Z0相等。
降低射頻功率反射
端口匹配程度可以用三個(gè)參數(shù)表示：
1. 反射系數(shù)
反射波相對(duì)于入射波的百分比用 Γ 表示：

源和負(fù)載完美匹配時(shí) Γ = 0；全反射時(shí) |Γ| = 1。
2. 電壓駐波比 (VSWR)
反射也可用電壓駐波比（VSWR）表示：

VSWR 用于衡量功率的傳輸效率。如果 VSWR = 1，則表示功率傳輸一流，無任何反射；數(shù)值越高，則表示阻抗匹配的改進(jìn)余地越大。反射功率越大，傳輸功率越小，會(huì)導(dǎo)致不必要的電池消耗。這還會(huì)損壞信號(hào)源。
3. 回波損耗
反射也可以用回波損耗表示：

電抗圓
回波損耗用于衡量端口的匹配程度。回波損耗越高越好。相較于 VSWR，回波損耗能夠更好地測(cè)定匹配特性是否良好，因此更常用于表示反射。
您可以通過史密斯圓圖直觀顯示負(fù)載匹配的測(cè)量情況。史密斯圓圖功能出色且久經(jīng)驗(yàn)證，非常適用于查看匹配特性。它以圖形方式顯示電阻部分（電阻圓圖）和電抗部分（電抗圓圖）的阻抗，其中上半圓內(nèi)為感抗，下半圓內(nèi)為容抗。圖上的每一個(gè)點(diǎn)都代表與特定頻率相關(guān)的阻抗。這些數(shù)值可表示為復(fù)雜等式 Z = R ± jX。電阻部分由實(shí)部項(xiàng) R 表示，電抗部分由虛部項(xiàng)表示。

電阻圓
打開燈箱
在傳統(tǒng)的史密斯圓圖中，電阻從 0（圓圖最左側(cè)）上升到無窮大（圓圖最右側(cè)）。史密斯圓圖的上半圓顯示 jX 正值，表示阻抗為感抗；下半圓內(nèi)數(shù)值為負(fù)，表示阻抗為容抗。請(qǐng)注意，史密斯圓圖會(huì)根據(jù)所用設(shè)備歸一化為參考阻抗（50 Ω 或 75 Ω）。
羅德與施瓦茨解決方案
選擇正確組件并通過測(cè)量進(jìn)行驗(yàn)證，是實(shí)現(xiàn)良好阻抗特性的簡單方法。要執(zhí)行此類測(cè)量，簡單的方法是使用帶史密斯圓圖顯示功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA)。R&S?FPC1500 具有三位一體的特點(diǎn)。它是功能強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)型頻譜分析儀，可提供獨(dú)立的信號(hào)源。同時(shí)，它也是帶集成式 VSWR 電橋的單端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。內(nèi)置史密斯圓圖顯示和標(biāo)記功能會(huì)根據(jù)所選阻抗系統(tǒng)自動(dòng)將歸一化電阻轉(zhuǎn)換為歐姆值。
為了補(bǔ)償電纜和連接器的影響，需要在測(cè)量平面（即耦合網(wǎng)絡(luò)位置和網(wǎng)絡(luò)分析儀電纜之間的接口）進(jìn)行校準(zhǔn)。手動(dòng)校準(zhǔn)需要手動(dòng)切換開路器-短路器-負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)件，既容易出錯(cuò)又耗時(shí)。R&S?ZN-Z103 校準(zhǔn)單元可自動(dòng)切換標(biāo)準(zhǔn)件。這有助于減少連接錯(cuò)誤，并將校準(zhǔn)時(shí)間縮短到幾秒。
首先設(shè)置測(cè)量條件，包括所需頻率范圍、分辨率帶寬和測(cè)量點(diǎn)數(shù)量。然后，將 R&S?ZN-Z103 連接到 R&S?FPC1500 的 USB 端口。儀器會(huì)自動(dòng)識(shí)別校準(zhǔn)單元。接著，將同軸電纜的兩端分別連接到 R&S?FPC1500 的輸出端口和校準(zhǔn)單元。依次按下“Calibrate”（校準(zhǔn)）、“Full 1-port”（全單端口）。儀器現(xiàn)已完成校準(zhǔn)，可以檢測(cè)被測(cè)設(shè)備。
以下屏幕截圖顯示了 2.4 GHz ISM 頻段內(nèi) VSWR、回波損耗和史密斯圓圖的結(jié)果示例：

實(shí)際操作中，駐波比不可能為1，因此1.6左右為可接受數(shù)值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，駐波比應(yīng)小于1.5。

通過手動(dòng)計(jì)算或只需按下按鈕，得出回波損耗約為 12 dB。

史密斯圓圖中顯示的阻抗

R&S?FPC1500 測(cè)量射頻設(shè)備的端口
總結(jié)
為了盡量降低損耗或反射功率并延長電池壽命，驗(yàn)證射頻端口是一個(gè)重要步驟。這還可以防止組件過熱或出現(xiàn)永久損壞。R&S?FPC1500 功能強(qiáng)大、使用簡單且經(jīng)濟(jì)高效，非常適用于此類驗(yàn)證任務(wù)。


審核編輯 黃宇