如何解决射频功放阻抗不匹配问题

提到射频功放，其实不只是EMC领域会用，无线通讯，半导体芯片，医疗，高能物理等领域都会用到，各有各的不同使用场景，不同的要求和用法。

射频功放的输出阻抗的设计，通常都是按照50欧姆的阻抗设计的，不管是EMC领域还是非EMC领域，可能会遇到阻抗严重不匹配的情况。常见的应用场景，比如：

EMC领域，在进行4KHz~400MHz之间的射频传导类的抗扰度测试时，诸如IEC61000-4-6, ISO11452-4，CS114等标准，功放的输出需要接到电流注入探头，对连接到被测物EUT的线缆进行干扰信号的注入，这种应用经常会遇到严重的阻抗不匹配的问题，IEC61000-4-6标准里要求加一个6dB的衰减器，目的就是为了降低阻抗不匹配。

EMC领域，在进行80MHz以下的辐射抗扰度测试时，不管是什么标准，配合使用的低频段的天线本身就很难做好，天线本身的驻波比VSWR就会很大，通常会高于6，如图1所示，某款比较常见的低频段天线的VSWR。

注：

1）有没有具有更低的VSWR的低频段天线推荐？

2）如果是进行80MHz以上频段的测试，所用的天线不存在高VSWR的情况，可以忽略此问题。

图1：某款低频天线的VSWR

EMC领域，采用RVC混响室进行相关标准的校准和测试，金属壳子会导致大的反射，反射的能量会通过发射天线又传回到功放；

在非EMC领域，比如在高能物理研究领域，连接到射频功放输出端的装置通常不是50欧姆输入阻抗的，通常会严重偏离50欧姆，甚至阻抗是随着工作状态在不断变化的。

图2：阻抗严重不匹配的非EMC应用

不管是EMC领域，还是非EMC领域，都会遇到阻抗严重不匹配的情况，先来看看不同的VSWR时对功放的输出功率和反射功率的影响：

1.  假如VSWR=6, 理论上意味着功放发出的功率将有50%的功率被反射回功放，如图3所示，比如CBA系列或者AR系列的A类功放，假如输出1000W的功率，接到VSWR=6的负载，将有500W的功率反射回功放。

图3：VSWR=6时会产生功率的反射

2. 假如VSWR=10, 理论上意味着功放发出的功率将有67%的功率被反射回功放，如图3所示，比如CBA系列或者AR系列的A类功放，假如输出1000W的功率，接到VSWR=10的负载，将有670W的功率反射回功放。

3. 假如VSWR=无穷大, 理论上意味着功放发出的功率将100%被反射回功放，也就全反射，如图3所示，比如CBA系列或者AR系列的A类功放，假如输出1000W的功率，接到VSWR=无穷大的负载，这1000W的输出功率会全部被反射回功放。

只要有反射功率存在，就要考虑想采购的，或者想使用的射频功放能不能吃得消了，能不能承受了，不同的射频功放设计，对反射功率（或者说对VSWR的大小）的承受能力是不一样的，如果是对射频功放有深入了解，就应该会注意到射频功放的一个很重要的指标，就是有关射频功放的输出端对反射功率，也就是负载的VSWR大小的承受能力的指标，在功放的数据手册里都应该有，要会找到这个指标，一般的功放，会标出VSWR不能超过多少，超过了一个数值功放就会降低输出功率甚至保护，停止输出功率。如果发生了这种情况，也就意味着校准或者测试被停止，不能进行下去了。而最牛的功放是能够承受全反射且能保持全功率输出的A类功放！

举几个AMETEK旗下的实际的能够承受全反射且全反射时依旧能保持全功率输出的A类功放的例子如下：

1. 低频段的，包括BCI类标准的测试，能承受全反射的A类射频功放CBA4K400M-100E:

图4：能承受全反射的A类射频功放CBA4K400M-100E

在CBA4K400M-100E的数据手册里有这个相关指标，这个指标表明：VSWR为无穷大，能承受全反射，即使发生了全反射，功放依旧能保持满功率输出而不会发生降低输出功率的情况：

2. 80MHz~1GHz频段，能承受全反射的A类射频功放AR的 1000W1000H:

图5：能承受全反射的A类射频功放1000W1000H

在1000W1000H的数据手册里有这个相关指标，这个指标表明：VSWR为无穷大，能承受全反射，即使发生了全反射，功放依旧能保持全功率输出而不会发生降低输出功率的情况：

3. 1GHz~6GHz频段，能承受全反射的A类射频功放CBA6G系列，比如其中的CBA6G-400D:

图6：能承受全反射的A类射频功放CBA6G-400D

在CBA6G-400D的数据手册里有这个相关指标，这个指标表明：VSWR为无穷大，能承受全反射，即使发生了全反射，功放依旧能保持全功率输出而不会发生降低输出功率的情况：

4. 1GHz~2GHz频段，能承受全反射的A类射频功放AS0820系列，比如其中的AS0820-500:

图6：能承受全反射的A类射频功放AS0820-500

在AS0820-500的数据手册里有这个相关指标，这个指标表明：VSWR为无穷大，能承受全反射，即使发生了全反射，功放依旧能保持全功率输出而不会发生降低输出功率的情况：

在同类功放产品中，设计和制造出一台能够承受全反射且全反射时依旧能保持全功率输出的A类功放的成本比不能这样的功放要高，这种功放可以硬抗全反射。当然，对于输出功率很大的功放，就很难做到这点了，通常会有一个驻波比VSWR的限制值，超过这个限制值，功放会根据反射的大小逐步降低输出功率，乃至停止输出功率。

如果遇到阻抗严重不匹配的情况，除了采用能够承受全反射且全反射时依旧能保持全功率输出的A类功放硬抗外，另一种方法就是要试图设计出一个阻抗匹配网络，加在功放的输出端与负载之间，以便改善阻抗不匹配的情况，也能起到保护功放的作用。

电磁兼容测试是一门实验科学，最终要落实到如何能具体实现标准所规定的测量，因此，制定标准的时候必须要考虑到标准的可实现性等因素。