實驗四：阻抗匹配
1. 目的：設計、製作及量測一微帶傳輸線阻抗匹配電路，如圖 5.1 所示，
其中 Zin=50Ω。
(a) (b)
圖 5.1 (a)阻抗匹配電路及(b)微帶傳輸線結構。
2. 設計原理
以下說明三種常用類型之阻抗匹配電路。
(1) LC 匹配電路
圖 5.2(a)及(b)分別為串接及並接 L 或 C 時，電路輸入阻抗於 Smith
圖移動軌跡之說明。
(a)
(b)
圖 5.2 (a)串接及(b)並接 L 或 C 時，輸入阻抗之移動軌跡。
阻抗匹配
電路
ZL
Zin
h
εr
ZL
Zin
電阻
L
C
Z=jwL
Z=-j/wC
順時鐘
方向移動
L
C
逆時鐘
方向移動
L
C
L
Ｃ
L
C
Y=-j/wL
Y=jwC
順時鐘
方向移動
L
C
逆時鐘
方向移動
L
C
L
Ｃ
26
因此，圖 5.3 之例一所示，當輸入阻抗分別沿軌跡 1、2、3、4 移
動時，對應於輸入端所接之元件分別為並接 L、並接 C、串接 L 及串
接 C。
軌跡 1
並接 L
逆時鐘方向
軌跡 2
並接 C
順時鐘方向
軌跡 3
串接 L
順時鐘方向
軌跡 4
串接 C
逆時鐘方向
圖 5.3 LC 匹配電路例一。
圖 5.4 為一 LC 匹配電路設計實例，其負載為
6 . 0
15
. 0
j
zL
+
=
，依
據 Smith 圖，可設計匹配電路如下，並分計算所需之 C 值。
w
C
wC
jwC
j
j
j
z
w
C
wC
j
jwC
j
j
y
j
y
j
z
L
L
2 . 1 / 1
2 . 1
1
1
1
2 . 1
1
2 . 1
1
/
08
. 1
08
. 1
5 . 0
58
. 1
5 . 0
4 . 0
58
. 1
4 . 0
6 . 0
15
. 0
2
2
2
2
1
1
1
2
=
?
=
→
=
−
+
→
+
=
=
?
=
→
−
=
+
−
→
−
=
−
=
→
+
=
圖 5.4 LC 匹配電路例二。
(2) 開路及短路傳輸線匹配電路
依據
l
jZ
Z
l
jZ
Z
Z
Z
L
o
o
L
o
in
β
β
tan
tan
+
+
=
(5.1)
對應於開路傳輸線，
l
j
Z
Z
o
oc
in
β
tan
,
=
，因此
jwC
Z
l
j
Y
o
oc
in
≡
=
β
tan
,
，為一
1
2
3
4
C2
C1
zL
y2
zin=1
zL
y2
27
電 容 性 元 件 。 而 對 應 於 短 路 傳 輸 線 ，
l
jZ
Z
o
sc
in
β
tan
,
=
， 因 此
jwL
l
jZ
Y
o
oc
in
1
tan
1
,
≡
=
β
，為一電感性元件。由此，可得匹配元件之設
計準則為，
匹配元件
LC 元件
傳輸線元件
串接 L
Z=jwL
串接高阻抗傳輸線
並接 L
Y=1/jwL
並接短路傳輸線
串接 C
Z=1/jwC
---
並接 C
Y=jwC
並接開路傳輸線
(3) λ/4 傳輸線匹配電路
圖 5.5 Smith 圖說明λ/4 傳輸線匹配電路，對應之輸入阻抗移動軌
跡。而λ/4 傳輸線特徵阻抗值為
in
L
o
Z
Z
Z =
。
圖 5.5 λ/4 傳輸線匹配電路。
3.模擬
(1) 本實驗係設計一匹配電路，如圖 5.6 所示，匹配一己置於實驗盒內之
電阻元件，電阻值採用三用電表量得之結果。設計之匹配電路，係將
該電阻值匹配至 50 歐姆。
(a)
ZL
50Ω
阻抗匹配
電路
28
(b)
圖 5.6 (a)匹配電路及(b)電阻接地結構。
(2) 匹配電路以微帶傳輸線設計，工作頻率為 4GHz，可設計窄頻或寬頻
匹配電路，頻寬規格自訂。
(3) 於模擬程式應考慮微帶電路之不連續效應。
(4) 比較設計及量測之頻寬。
4. 量測
量測 S11及 Smith 圖。
5. 實驗報告討論
應討論
(1) 討論圖 5.6(b)之接地結構，例如使用低阻抗傳輸線，或 radial stub 等。
(2) 由量測結果，分析所使用之電阻，於 4GHz 時之效應（或等效電路），
及如何修正模擬程式，包含電阻、接地、及匹配電路，以與量測結
果吻合。
(3) 報告須附設計之 Smith 圖，Smith 圖檔如附錄六。
h
εr
RL
Zin
電阻
λ/4
低阻抗
傳輸線
匹配電路
開
路
端
畅学电子
