阻抗匹配技术最早应用在电气工程领域,随后的发展使其应用不再局限于此,而是广泛应用在涉及能量从源端传输到负载端的领域之中,比如声学系统、光学系统以及机械系统。在射频电路领域,阻抗匹配技术具有更重要的意义。射频功率放大器是通信器材中的核心部件,其作用是对射频功率信号进行放大。晶体管是射频功放的核心,是功率电子的重要基础,其输入输出阻抗的值只有几欧姆,但是通常的射频系统的标准阻抗是50 Ω。为了获得更好的功率传输性能,晶体管输入输出的阻抗值要匹配到标准阻抗50Ω。阻抗匹配网络的目的是为了解决功率传输时阻抗不匹配的问题,可以通过集总参数元件(比如电容、电感)或者分布参数元件(微带线)来实现,前者主要用于较低频率,后者主要用于更高的频率。在阻抗匹配电路的设计中,较为重要的因素是带宽和匹配网络的品质。[1]
阻抗匹配的通常做法是在源和负载之间插入一个无源网络,使负载阻抗与源阻抗共轭匹配,该网络也被称为匹配网络。阻抗匹配的主要作用通常有以下几点:从源到器件、从器件到负载或器件之间功率传输最大;提高接收机灵敏度(如LNA前级匹配);减小功率分配网络幅相不平衡度;获得放大器理想的增益、输出功率(PA输出匹配)、效率和动态范围;减小馈线中的功率损耗。[2]
输入端阻抗匹配时,传输线获得最大功率;在输出端阻抗匹配的情况下,传输线上只有向终端行进的电压波和电流波,携带的能量全部为负载所吸收。
负载阻抗等于信源内阻抗,即它们的模与辐角分别相等,这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值,即它们的模相等而辐角之和为零。这时在负载阻抗上可以得到最大功率。这种匹配条件称为共轭匹配。如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性,则两种匹配条件是等同的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共轭关系,即电阻成份相等,电抗成份绝对值相等而符号相反。这种匹配条件称为共轭匹配。
阻抗匹配是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达到所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。史密夫图表上。电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿着代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。