什么是阻抗

阻抗概念是基于电路理论，可以说是场论、传输线及电路理论的纽带。在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗，电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。实部电阻是吸收电磁能量的，虚部电容和电感不消耗电磁能量。阻抗合起来影响无线电波电压、电流的幅值和相位。

等效电阻R、容抗XC、感抗XL、阻抗Z的计算公式如下图所示。

直角坐标系

直角坐标系不方便描绘一个不是50Ω阻抗匹配的点如何移动取得匹配，只能知道偏差多大，也不方便表示阻抗无限大的情况。所以用Smith圆图表示，阻抗不匹配的时候能通过Smith图串并电感电容转到匹配的位置。

史密斯圆图

根据阻抗计算公式可以看出：相同PCB走线频率越高的阻抗越大；所以不同频率走线应该单独设计。且在高频PCB电路PCB走线达到一定长度后，需要将其看成一个器件来分析，它是有插入损耗，驻波指标等参数，且需按50-Ω特征阻抗设计。该段PCB的阻抗不一定每点就是50Ω，越长制造误差越大，此处也证明我们在设计产品的时候，走线应该尽量短尽可能保证特征阻抗是连续的50Ω。线越长等效电感和电容都将越大，阻抗也将越大。

记住电流始终沿着阻抗最小的地方走，这个也非常重要，需要一直记在潜意识里分析各种情况。

什么是特征阻抗

2.1理论

基于传输线理论，TEM波在传输线上，电场在电力线和磁场在磁力线上积分之比，公式如下。实际上就是电磁波在空间中传播电场和磁场总和的比值。

我们看到的传播常数和特征阻抗都是复数，在实际情况中传输线的损耗很小是，所以可以忽略损耗（类似家用电器导线都不会算线损）。特征阻抗可近似为Z0公式如下，L和C为传输线的分布电感和电容。传输线50Ω用万用表测是短路的，他是特征阻抗不是电阻。

传输线等效电路模型

2.2影响特征阻抗大小的参数：

传输线特征阻抗由：构造、实际尺寸及基板材料有关。例如：同轴电缆导体内、外直径大小；微带线走线宽度、介质高度等。

微带线：介电常数、h是介质厚度、W是线宽、t是导线铜箔厚度；微带线特征阻抗计算公式如下

参考地平面距离、宽度、介电常数越大，相当于增大电容所以特征阻抗减小。

工作频率：传输线的特征阻抗和频率有关，随着频率升高，电感是影响阻抗的主要因素，因此等效电感增大，特征阻抗增大，但会逐渐趋于稳定。所以单位长度特征阻抗随频率升高而增大趋于一个极限值。

特征阻抗跟线长度无关，但要记得阻抗可是跟走线长度有关。

所以在放大器前，需要加π衰阻抗匹配啥的，防止信号匹配不好产生自激振荡。

信号频率也会影响介质的介电常数从而影响阻抗，所以传输线对不同频率下的信号表征的特征阻抗有不同。

拓展：

电磁场论：简单的说，导线的电感由两部分组成：导线的内部电感和导线的外部电感。当频率升高时，导线的内部电感减小，外部电感不变，总电感减小，因而可导致了特征阻抗减小。

电感减小的原因分析：当频率升高时，电流向导线表面集中，在导线内部电流密度减小，当然电感减小。电感的本质，是围绕在电流周围的磁力线匝数，注意“围绕在电流周围”这个说法。假设存在极端情况，导线内部电流完全消失，所有的电流集中在导体表面，磁力线当然没法再内部去环绕电流，内部电感消失。导线总电感减小，减小的那一部分就是导线的内部电感。当然这种说法不严谨，不过对直观的理解问题非常有帮助。

阻抗匹配

3.1理论

Z1为输入阻抗，Z0为传输线特征阻抗，为反射系数为：

1）由此输入阻抗等于传输线特征阻抗时反射系数最小为0。

2）阻抗匹配就是为了减小反射，达到最大功率传输。

3）对于阻抗匹配灵敏的接收机部件（天线、低噪声放大器等），阻抗匹配可以改善系统的信噪比。

4）功率分配网络中，阻抗匹配能降低振幅和相位误差。

3.2类比

射频微波电路设计，可类比水管通路。在水源处需要修供水工程，当水源各条件一定时，水龙头直径决定水流量的大小（源端阻抗），然后用直径相同的水管连接（传输线特征阻抗），输出到用户还需接一个的直径相同出水水龙头（负载阻抗匹配）。关于水的管道或者水渠啥的你们没看到过90°直角把，有这种水渠肯定会看到水飞溅起来，所以都走一个有弧度的转角，所以射频也一样不要走直角。当然这个说法不严谨哈，仅供参考。

3.3史密斯圆阻抗匹配转圈圈：

记住四句真言：

串联电感沿电阻圆顺时针方向移动

串联电容沿电阻圆逆时针方向移动

并联电感沿电导圆逆时针方向移动

并联电容沿电导圆顺时针方向移动