阻抗匹配决定了传输线技术的好坏

阻抗匹配网络设计范例

一条50Ω无耗损传输线一端连接天线,此天线的阻抗是ZL=（25-j50）Ω,试求单株短路脚线的位置和长度d和l。

解决方法如下：
(1)求得正常化负载阻抗zL=ZL/Z0=0.5 - j1,在史密斯图中可以找到zL的位置。
(2)以圆规在史密斯图上,以zL的振幅为半径划驻波率圆。
(3)在zL相反方向的驻波率圆上,可以找到负载导纳yL=0.4+j0.8,它是位于史密斯图上顺时钟0.115λ直线和驻波率圆相交的点上。
(4)因为yin=Yin/Y0,所以yin必须等于1,才能使Yin= Y0,即yin = ys+yd = 1。史密斯图上的gL=1圆和驻波率圆相交于两个点,这两个点可以求得两个不同的yd,亦即会有两组解决方案。查史密斯图后,可以发现这两个点分别是：1+j1.58、1 - j1.58。
(5)当yin = 1+j1.58时,它是在史密斯图顺时钟0.178λ的位置。d=(0.178-0.115) λ=0.063λ,这就是短路脚线和负载之间的距离。因为yin = ys+yd,所以可以求得ys= -j1.58,位于史密斯图顺时钟0.34λ的位置上。因为短路的正常化电导是∞,所以,短路脚在线的正常化负载电导是位于史密斯图顺时钟0.25λ的位置上,短路脚线到分路点的距离l就等于(0.34-0.25) λ=0.09λ。
(6)同理,当yin = 1- j1.58时,可以求得d=0.207λ、ys= j1.58、l=0.41λ。
虽然,使用离散（discrete）组件也可以达到阻抗匹配的目的,但是当频率不断增加或成几何级数衰减时,传输线和脚线（stub）的成本效益比最高。脚线是传输线的一小部份,它只是单纯地被用来消除输入电抗,对其它电路组件是无害的。它以两种身份加入：一是开路ZL=∞、一是短路ZL=0。从前面的Z方程式中可以发现,当使用开路脚线时,输入阻抗等于-Z0cot(l*2/)j,这是一个电容;当使用短路脚线时,输入阻抗等于Z0 tan(l*2/)j,这是一个电感。添加脚线之后,自然就具备了与离散电抗组件（电感和电容）相同的性能,而且效果更好、成本更省。在许多射频调谐器（RF tuner）、消除电磁干扰（EMI）、天线的电路中,除了常见到离散电抗组件以外,常常还可以看到一些短短一截的脚线,其目的就是要消除输入电抗,使输入阻抗和传输线的特性阻抗能够完全匹配。

结语
上面的计算,如今大多数都是使用仪器自动测量,例如：网络分析仪（network analyzer）、时域反射测量仪（TDR;Time Domain Reflectometry）,再经软件运算求出。虽然如此,身为射频微波电路设计者必须清楚了解其背后的原理和方法,才能克服随时可能发生的特殊传输线问题。

传输线设计是高频有线网络、射频微波工程、雷射光纤通讯等光电工程的基础,为了能让能量可以在通讯网路中无损耗地传输,良好的传输线设计是重要关键。

国内目前有许多原是模拟产品设计制造的业者,正试图转型跨入射频微波电路的领域,例如：电源供应器、计算机监视器、家电、网络通讯芯片设计等业者,但是,大都仍然停留在过去必须向国外原厂要参考电路图的习惯,缺乏如传输线设计等基础技能和独自开发设计的经验,这是业者必须努力自我提升的地方。