為什么 RF設計中的阻抗匹配用 50 Ω ？

之前的文章中聊過 RF 設計中的 PCB 板載天線，幾乎所有的射頻電路設計中都會遇到阻抗匹配的問題，并且，我們都默認了這個阻抗是 50 歐姆。為什么不是 30 歐姆或者 80 歐姆呢？它是怎么被確定下來的？今天來扒一扒這個歷史成因。

射頻信號的傳輸有兩種通道，無線和有線。是的，有線也傳輸射頻信號，比如我們家里的歌華有線，這種閉路電視系統(tǒng)實際上都是傳播的射頻信號，還有我們小時候黑白電視的天線，接在電視上的也是用的同軸線纜，畢竟天線自己不能直接在芯片上長出來，對了，這個電池天線的阻抗是 75 歐姆的。

在射頻信號的傳輸中，我們總是希望盡可能的傳輸更遠的距離，那么，為了傳輸更遠，我們通常是使用更大的功率去發(fā)射信號來覆蓋更大的通信范圍。事實上，同軸線纜本身存在損耗，它和我們平時說的線纜是一樣的，如果功率過大，導線就會發(fā)熱乃至熔斷。由此，我們就產(chǎn)生了一種期望，試圖找一種既能夠保障大功率傳輸，同時損耗有非常小的同軸線纜。

早在 1929 年，貝爾實驗室做了很多實驗，最終發(fā)現(xiàn)符合這種大功率傳輸，損耗小的同軸電纜其特征阻抗分別是30歐姆和77歐姆。其中，30歐姆的同軸電纜可以傳輸?shù)墓β适亲畲蟮模?7歐姆的同軸電纜傳輸信號的損耗是最小的。我們經(jīng)常所說的50歐姆系統(tǒng)阻抗其實是一個工程上的折中考慮，考慮最大功率傳輸和最小損耗盡可能同時滿足。

而且通過實踐發(fā)現(xiàn)，50歐姆的系統(tǒng)阻抗，對于半波長偶極子天線和四分之一波長單極子天線的端口阻抗也是匹配的，引起的反射損耗是最小的。上文提到的有線電視或者廣播 FM 接收系統(tǒng)中，其系統(tǒng)阻抗基本上都是 75 歐姆，這正式因為 75 歐姆射頻傳輸系統(tǒng)中，信號傳輸的損耗是最小的，而在 TV 和廣播 FM ?接受系統(tǒng)中，信號的傳輸損耗是首先要考慮的。相對的，對于帶有發(fā)射的電臺而言，50歐姆是常見的匹配阻抗，這是因為最大功率傳輸才是發(fā)射設備考慮的主要因素，同時損耗也比較重要，這也就是為什么我們藍牙，wifi 通信以及對講機中使用的都是 50 歐姆的參數(shù)指標。

我們要了解的是，對于 50 歐姆的阻抗，本質(zhì)上沒有什么特別的，雖然我們在射頻設備研發(fā)時，經(jīng)常掛在嘴邊，但這也不是一個基本的常數(shù)。只要我們簡單的改變一下同軸線纜的物理尺寸，他的特性阻抗就會改變。盡管如此，50Ω阻抗還是非常重要的，因為大多數(shù)RF（射頻）系統(tǒng)都圍繞該阻抗進行設計。很難確切地確定為什么50歐姆成為標準的RF（射頻）阻抗，但是可以合理地假設，發(fā)現(xiàn)50歐姆阻抗，在早期同軸電纜的情況下是一個很好的折衷方案。當然，重要的問題不是這個特定值的來源，而是具有此標準化阻抗的好處。

這使得實現(xiàn)完美匹配的設計要簡單得多，因為IC，固定衰減器，天線等制造商可以考慮這一阻抗來構建其部件。而且，PCB布局和設計變得更加簡單，因為如此多的工程師都有相同的目標，即設計特征阻抗為50的微帶和帶狀線。