RF工程师设计芯片和天线间的阻抗匹配的问题和解决方法说明

　　RF工程师在设计芯片和天线间的阻抗匹配时是否也遇到过这样的问题，根据数据手册的参数进行匹配设计，最后测试发现实际结果和手册的性能大相径庭，你是否考虑过为什么会出现这么大的差别？还有，匹配调试过程中不断的尝试不同的电容、电感，来回焊接元器件，这样的调试方法我们还能改善吗？

　　一、理想的匹配

　　通信系统的射频前端一般都需要阻抗匹配来确保系统有效的接收和发射，在工业物联网的无线通信系统中，国家对发射功率的大小有严格要求，如不高于+20dBm；若不能做到良好的匹配，就会影响系统的通信距离。

　　射频前端最理想的情况就是源端、传输线和负载端都是50Ω，如图1。但是这样的情况一般不存在。即使电路在设计过程中仿真通过，板厂制作过程中，线宽、传输线与地平面间隙和板厚都会存在误差，一般会预留焊盘调试使用。

　　通信系统中射频与天线阻抗匹配的调试方法

　　图1理想的阻抗匹配

　　二、造成与芯片手册推荐电路偏差大的原因？

　　从事RF电路设计的工程师都有过这样的经验，做匹配电路时，根据数据手册给的S参数、电路拓扑结构、元器件的取值进行设计，最后得到的结果和手册上的差别很大。这是为什么呢？

　　其主要原因是对射频电路来说，“导线”不再是导线，而是具有特征阻抗。如图2所示，射频传输线看成由电阻、电容和电感构成的网络，此时需要用分布参数理论进行分析。

　　通信系统中射频与天线阻抗匹配的调试方法

　　图2传输线模型

　　特征阻抗与信号线的线宽（w）、线厚（t）、介质层厚度（h）和介质常数（）有关。其计算公式如下：

　　通信系统中射频与天线阻抗匹配的调试方法

　　由公式可以知道，特征阻抗和介质层厚度成正比，可以理解为绝缘厚度越厚，信号穿过其和接地层形成回路所遇到的阻力越大，所以阻抗值越大；和介质常数、线宽和线厚成反比。

　　因为芯片的应用场景不同，虽然电路设计一样，但是设计的PCB受结构尺寸、器件种类、摆放位置等因素的影响，会导致板材、板厚、布线的不同，引起特征阻抗的变化。当我们还是沿用手册给的参数进行匹配时，并不能做到良好阻抗匹配，自然会出现实际测试的结果与手册给的结果偏差较大的情况。

　　虽然我们不能完全照搬芯片手册电路的所有参数，但可以参考其中的拓扑结构，如π型、T型或者L型等。那接下来我们应该如何调试那些参数呢？