射頻里為什么用50歐姆？
在射頻電路中經常會用到各種接口的射頻器件(SMA、SMP、BNC等等)，因此，就需要使用各種接口的射頻cable線或者連接器將這些射頻器件和設備連接一起。不過，不管是什么接口類型，你知道它們都是50歐姆(Ω)的嗎?還有我們用到的信號源、頻譜分析儀、網絡分析儀等等這些儀器的端口都是50歐姆的。這里大家是否還有些疑惑，為什么這么多器件或設備的接口怎么統統都是選擇50歐姆呢?帶著這些問題我們開始本文的學習。
為什么要選擇50歐姆?
我們先了解一下傳輸線的相關知識，傳輸線是用來傳播信號能量的，它有很多種類，比如，同軸電纜、微帶線、帶狀線等等。常見的射頻電纜就是同軸電纜，一般它是由內導體、介質、外導體和護套組成，不過還有一些會有多層屏蔽層和保護層。
下面是常見的同軸電纜的結構示意圖：
同軸線纜
信號的最大功率的傳輸和最小信號的反射由傳輸線的阻抗和系統中的阻抗匹配決定，傳輸線的阻抗我們稱為特性阻抗或特征阻抗。特征阻抗可以用下面的公式表示：
其中，
- D：外導體內徑;
- d: 內導體外徑;
- ε：填充介質的介電常數;
- ks：內導體系數，與內導體結構有關。
從公式中我們可以知道，特征阻抗和傳輸線內外導體的尺寸和填充介質的介電常數有關，通過這三個參數就可以控制特性阻抗。
傳輸線是用來傳輸能量的，它對最大的承受功率也有一定的要求，最大的承受功率也是跟內外導體的尺寸有關，也就是跟特性阻抗有關。
其中，
- E：電場強度，當其達到一定強度時時就會發生擊穿;
- D：外導體內徑;
- d: 內導體外徑。
因此，為了能夠保證信號功率的最大容量傳輸和避免信號功率的損耗，需要選擇一個合適特性阻抗。
這里又要提到大名鼎鼎的貝爾實驗室，貝爾實驗室在不同參數的同軸電纜上做了很多實驗，發現同軸電纜其特征阻抗在30歐姆時承受的信號功率最大，而在77歐姆時信號的損耗最小。
損耗和阻抗曲線圖
最大承受功率和阻抗曲線圖
為了兼顧最小損耗和最大功率容量，于是就在77歐姆和30歐姆之間，折中選擇一個50歐姆的特征阻抗，因此，大家都約定俗成的統一選擇50歐姆作為特征阻抗了。
這也就是在一般的射頻器件或者設備中，我們會發現的輸入或輸出口的阻抗也基本上都是50歐姆的原因。因此，射頻電路中也都是按照50歐姆的阻抗匹配來進行設計。
另外一點需要注意，這里的阻抗并不是指的其內部導線的電阻是50歐姆。如果用一個萬用表在導線的兩邊測量電阻，你會發現它的讀數是0。實際上，它是指的是整個傳輸線系統的阻抗來說的，我們可以將傳輸線看做n個電阻、電容、電感組成的電路，我們可以用下面的等效電路表示：
同軸線等效電路
為什么需要阻抗匹配?
回到這個問題之前，我們先看一下什么是阻抗?
電路中的電阻、電感和電容都會對電流起阻礙作用，我們把對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。
阻抗有兩部分組成分別是電阻和電抗，電抗又可以分成感抗和容抗。阻抗還可以用一個復數表示，電阻作為復數的實部，電抗作為復數的虛部。
其中：
- Z是阻抗
- X是電抗
- R是電阻
- wL是感抗
- 1/wC是容抗
- f是信號的頻率
- ω 是角頻率
從阻抗的公式上，我們可以看出對于理想的純電阻來說，其電阻是跟信號的頻率無關的。但是實際上，任何電路都有電阻、電感和電容，對于感抗和容抗的大小來說是跟頻率有關的。因此，對于高頻信號來說，電路或系統中的感抗和容抗是不可忽視的。
射頻屬于高頻信號，它不同于低頻信號，往往除了要考慮電阻以外，還必須考慮電路中的感抗和容抗。對于低頻電路而言，電路中傳輸的是電流、電壓等波形，而射頻電路需要將功率從發射端傳輸到接收端。在功率從一個電路傳輸到另一個電路過程中就需要盡量保證信號的功率和質量。如何才能保證這些，其中最重要的就是做好電路的阻抗匹配，也就是說要正確的匹配輸入電路和輸出電路的阻抗。
我們可以拿水管和水龍頭的關系來理解，水管就像是輸出電路，水龍頭可以當作輸入電路，水就是傳輸的信號。在安裝時，我們勢必要保證水管和水龍頭的接口互相匹配，這樣水才能自然的從水管流到水龍頭不會有漏水的現象，倘若有一方的接口偏大或偏小都會有漏水的情況出現。
同樣的，對于射頻電路也是如此，不過，射頻電路的接口部分需要的是阻抗匹配。如果射頻電路接口部分沒有正確匹配，信號就會在接口處來回反射，傳輸到另外一個電路的信號功率就會減小。由于高頻信號的波長較短，反射信號也會和原始信號進行疊加，這也會導致信號的失真，信號質量變差。另外，外界也會有干擾信號進入電路。這樣如果沒有正確的阻抗匹配，就無法正確的傳輸射頻信號了。
阻抗匹配
有放大器調試經驗的同學應該有遇到這種情況，在有放大器電路的中，如果放大器端口的匹配沒有做好就會有自激的現象出現。這也是為什么我們經常會在有射頻放大器兩端加上衰減器的原因，除了衰減大信號之外，還能防止由于放大器端口的阻抗不匹配造成自激。
最后
在射頻電路或射頻系統中，阻抗匹配是一項關鍵性的工作，匹配的好壞影響著直接系統或電路的信號的傳輸，對系統或電路的性能有著非常大的影響。通常，阻抗匹配的調試是占用射頻工程師比較大工作量的一項工作。
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