インピーダンスマッチングはRF設計とテストの基本的な側面であり、インピーダンスの不一致によって引き起こされる信号反射は深刻な問題を引き起こす可能性がある。
マッチングは、理想的なソース、伝送ライン、および負荷で構成される理論回路を扱っているときには、些細な練習のように思えます。
負荷インピーダンスが固定されていると仮定しましょう。 必要なのは、ZLに等しいソースインピーダンス（ZS）を含め、その特性インピーダンス（Z0）もZLに等しくなるように伝送ラインを設計することだけです。
しかし、数多くの受動部品と集積回路で構成される複雑なRF回路全体にこの方式を実装することの難しさをちょっと考えてみましょう。 エンジニアがすべてのコンポーネントを変更し、他のすべての基礎として選択されたインピーダンスに従ってすべてのマイクロストリップの寸法を指定しなければならない場合、RF設計プロセスは非常に扱いにくいものになります。
また、これはプロジェクトがすでにPCB段階に達していることを前提としています。 市販のケーブルを相互接続として使用して、ディスクリートモジュールを使用してシステムをテストおよび特性化したい場合はどうなりますか？ このような状況下では、インピーダンスの不一致を補償することはさらに実用的ではありません。
解決策は簡単です：多数のRFシステムで使用できる標準化されたインピーダンスを選択し、部品とケーブルがそれに応じて設計されていることを確認 このインピーダンスは選ばれた;単位はオームであり、数は50である。
フィフティオーム
最初に理解することは、50Ωインピーダンスについて本質的に特別なものはないということです。 これは宇宙の基本的な定数ではありませんが、RFエンジニアの周りに十分な時間を費やしていると印象を受けるかもしれません。 それは電気工学の基本的な定数でさえありません—例えば、同軸ケーブルの物理的な寸法を変更するだけで特性インピーダンスが変化することを覚えて
それにもかかわらず、50Ωインピーダンスは、ほとんどのRFシステムが設計されているインピーダンスであるため、非常に重要です。 なぜ50Ωが標準化されたRFインピーダンスになったのかを正確に判断することは困難ですが、初期の同軸ケーブルの文脈では50Ωが良い妥協点である
もちろん、重要な問題は、特定の値の起源ではなく、この標準化されたインピーダンスを持つことの利点です。 Ic、固定減衰器、アンテナなどのメーカーは、このインピーダンスを念頭に置いて部品を構築できるため、よく一致した設計を実現することは非常に簡単です。 また、多くのエンジニアが同じ目標、すなわち特性インピーダンスが50Ωのマイクロストリップとストリップラインを設計することを持っているため、PCBレ
アナログ-デバイセズのこのアプリ-ノートによると、次のように50Ωマイクロストリップを作成できます: 1オンスの銅、20ミル幅の跡、跡とグラウンド-プレーン間の10ミル分離（FR-4誘電体を仮定して）。
先に進む前に、すべての高周波システムまたは部品が50Ω用に設計されているわけではないことを明確にしましょう。 他の値を選択することもできますが、実際には75Ωのインピーダンスは依然として一般的です。 同軸ケーブルの特性インピーダンスは、外径（D2）と内径（D1）の比の自然対数に比例します。
これは、内側導体と外側導体との間のより多くの分離がより高いインピーダンスに対応することを意味する。 また、2つの導体間の分離が大きくなると、静電容量が低下します。 したがって、75Ω同軸は50Ω同軸よりも静電容量が低く、これにより75Ωケーブルは、ロジック-ローとロジック-ハイの間の急速な遷移に伴う高周波成分の過度の減衰を避けるために低容量を必要とする高周波デジタル信号に適しています。
反射係数
RF設計においてインピーダンス整合がいかに重要であるかを考えると、一致の品質を表現するために使用される特定のパラメータがあ これは反射係数と呼ばれ、記号はΠ（ギリシャの大文字ガンマ）です。 これは、入射波の複素振幅に対する反射波の複素振幅の比である。 しかし、入射波と反射波の関係は、ソース（ZS）と負荷（ZL）インピーダンスによって決定されるため、これらのインピーダンスで反射係数を定義することができます:
$$\ガンマ=\frac{Z_L-Z_S}{Z_L+Z_S}$ $
この場合の”ソース”が伝送線路である場合、zsをz0に変更することができます。Gamma\ガンマ=\FRAC{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}Typical
典型的なシステムでは、反射係数の大きさはゼロと1の間の数です。 反射係数が実際の回路の動作にどのように対応するかを理解するために、数学的に簡単な3つの状況を見てみましょう:
- 一致が完全である場合（ZL=Z0）、分子はゼロであり、したがって反射係数はゼロである。 これは完全な一致が反射で起因しないので理にかなっています。
- 負荷インピーダンスが無限大（開回路）の場合、反射係数は無限大を無限大で割ったものになります。 1の反射係数は、完全な反射に対応します。、すべての波のエネルギーが反映されます。 これは、開回路に接続された伝送ラインが完全な不連続性に対応するために理にかなっています（前のページを参照）—負荷はエネルギーを吸収できないため、す
- 負荷インピーダンスがゼロ(短絡)の場合、反射係数の大きさはZ0をZ0で割った値になります。 したがって、再び|Π|=1がありますが、これは短絡も入射波エネルギーのいずれかを吸収できない完全な不連続に対応するため理にかなっています。
VSWR
インピーダンス整合を記述するために使用される別のパラメータは、電圧定在波比（VSWR）です。 それは次のように定義されます：
v VSWR=\frac{1+\lVert\gamma\rVert}{1-\lVert\gamma\rVert}v
VSWRは、結果として生じる定在波の観点からインピーダンスマッチングに近づきます。 それは最も低い定在波の広さへの最も高い定在波の広さの比率を運ぶ。 このビデオは、インピーダンスの不整合と定在波の振幅特性との関係を視覚化するのに役立ちます。次の図は、3つの異なる反射係数の定在波振幅特性を示しています。
インピーダンスの不整合が多いほど、定在波に沿った最高振幅と最低振幅の位置の間に大きな差が生じます。 干渉計
VSWRの礼儀で使用される画像は、一般的に比率として表されます。 完璧な一致は1になります:図1に示すように、信号のピーク振幅は常に同じである（すなわち、定在波がない）ことを意味する。 2:1の比は、反射によって最大振幅が最小振幅の2倍の定在波が生じたことを示しています。
概要
- 標準化されたインピーダンスを使用すると、RF設計がはるかに実用的で効率的になります。
- ほとんどのRFシステムは50Ωのインピーダンスのまわりで造られる。 一部のシステムでは75Ωを使用していますが、この後者の値は高速デジタル信号に適しています。
- インピーダンス整合の品質は、反射係数(Λ)で数学的に表すことができます。 完全一致はΠ=0に対応し、完全不連続（すべてのエネルギーが反射される）はΠ=1に対応する。
- インピーダンス整合の品質を定量化する別の方法は、電圧定在波比（VSWR）です。