****源与天线的阻抗匹配

在通讯系统中，为了让****源的传导功率通过天线最大化的辐射到自由空间，就要保证****源的输出阻抗与天线的阻抗共轭匹配。所以阻抗的匹配度在通讯系统中非常重要，不但会影响能量的传输效率，如果匹配不好，会严重发热，甚至会烧毁元器件。怎么样实现****源与天线之间的阻抗匹配呢？

1、什么是天线阻抗匹配

阻抗是天线的一个重要的参数，阻抗 Z = R + j ( XL – XC ) 。其中 R 为电阻，XL 为感抗，XC 为容抗。如果( XL–XC) > 0，称为“感性负载”；反之，如果( XL – XC ) < 0 称为“容性负载”。

天线阻抗由天线的物理结构（形状、尺寸、材料、材料、使用环境等）决定，高频信号被馈送到天线，大部分能量从天线辐射出去，另外一部分将被反射回****源。反射波在传输线上形成“驻波”（参考前面关于驻波的推文）

（图一）

当****源阻抗（通常为 50Ω）等于负载阻抗（即天线）时，反射最小。因此，为了减少这些反射和最终的损失率，负载阻抗应等于****源阻抗。

（图二）

天线阻抗匹配（调谐）即是将天线阻抗与****源阻抗匹配的过程。如果天线已经具有与电源阻抗相等的阻抗，则不需要进行调谐。

2、天线为什么要阻抗匹配

天线是无线通讯系统中物理层上发送和接收信号的“第一道门”，是其极为重要的组成部分，如果天线与****源之间阻抗匹配。不但可以增加工作范围，也有助于降低无线设备的功耗。

首先需要的是一台矢量网络分析仪，本文以安捷伦 E5071C 为例，理论联系实践--如何进行天线阻抗匹配。每一步都有一个使用实例，说明如调试天线与****源之间的阻抗匹配。

1、阻抗匹配治具制作注意事项：

一般天线与****源连接是通过放置在 PCB 上的连接器（ SMA、I-PEX 等），天线应尽量远离周围的金属部件，因为金属部件可能会导致天线参数发生变化。将天线连接到源的馈线应等于源阻抗，因为馈线构成连接天线的传输线的一部分。为了匹配目的，应该在天线放置之前（如果需要匹配天线）添加π网络，如图三所示：

（图三）

为了测试天线端口的输入阻抗，需要引入测试同轴馈线，采用质量好、长度短的同轴馈线，如图所示，将电缆焊接在 PCB 上。测试同轴馈线应在微带线开始点之前焊接（ PCB 上连接天线的微带线实际上是馈电天线的传输线的一部分）。

匹配所用的分离器件必须为高 Q 值、高精度的电容电感，不然引入的损耗会增大。矢量网分校准：可以参考 E5071C 的校准说明，需要注意的是，校准时候需要考虑引入测试的同轴线缆会增加相位延迟，从而导致错误的测量结果。

2、初始天线阻抗匹配测试

完成矢量网络分析仪校准后，π 型匹配网络只串联 0Ω 电阻，将天线放置在真实的使用环境中（如外壳），在需要使用的频段内查看VSWR，VSWR ＜2.0就足够了。这是因为当 VSWR 为 2.0时，传输到天线的总功率只有11.1%被反射回来。这意味着89.9%的总功率是通过天线传输的。在 VSWR 为1.5时，4%的总功率被反射，96%的功率通过天线传输。传输功率89.9%与96%无显著差异。如果天线在使用的频段内VSWR不满足小于2.0，则一般不需要对天线进行阻抗调试。反之，则需要对天线阻抗进行调整。

举个频段NB-IoT（824-960MHz；1710-2170MHz）天线阻抗匹配实例：

因为要兼顾双频，多频，必须非常了解元件对高低频的不同影响。最好用软件多实验一下，对各元件值可能拉动多少低频、高频有一个直观的了解：

1、并电感调低频：一般18---6.8nH，更大电感时，调不动，更小电感时需同时考虑对高频的影响。

2、串电容调低频：一般12---2.7pF，更大电容时，调不动，更小电容时则调得太多。

3、串电感调高频：一般串0--4.7nH，再大一些就会调得太多，损耗太大。

匹配前分析：

低频850频段不好，主调低频匹配；低频的阻抗圆分成两部分来分析，红色一段频率更低，在下面一段。绿色部分频率高一些，在上面一段。

第一步：并一个电感，则这两段都会沿着导纳圆向上，但对于同一个电感，明显频率偏低的一段走得快。

第二步：再串一个电容，两者都沿阻抗圆向下，且红色偏低频的一段走得更快。这就进一步把低频阻抗圈压得更扁

经过第二步之后，阻抗曲线变为红色偏低频一段在下面，绿色偏高频的一段在上。

第三步：并电感。道理跟第一步是一样的。

经过了这三步的阻抗变换之后，匹配带宽会大大增加。

左图是匹配前，右图为匹配后（并8.2nH,串3.3pF,并9.1nH），见图四

（图四）

匹配前、匹配后VSWR对比,见图五：

（图五）

对于调高频的π型匹配，也可以用同样类似地分析，只不过须把电容电感互易。