RF DESIGN TOOL · IMPEDANCE MATCHING

天線阻抗自動匹配計算器

輸入工作頻率與網路分析儀量到的天線阻抗,立即算出把天線修正到 50 Ω 所需的電感、電容值(L 型與 π 型),附接線電路圖、預估衰減與史密斯圖上的匹配路徑。完全在瀏覽器內計算,不需安裝軟體。

輸入

天線阻抗輸入方式
進階設定(系統阻抗、Q 值)

匹配前狀態

天線阻抗 ZL
—
反射係數 |Γ|
—
VSWR
—
回波損耗
—
失配損耗
—
未匹配送達天線功率
—

匹配網路解(由 50Ω 端往天線排列)

點選任一組解,可在史密斯圖上看到匹配路徑。每組解都已代回電路驗算,匹配後輸入阻抗等於 Z0。

怎麼使用

  1. 用網路分析儀(VNA)在天線饋入點量測,讀出工作頻率下的阻抗 R + jX;也可直接輸入 S11 的 dB 值與相角。
  2. 輸入頻率與系統阻抗(一般為 50 Ω),按「計算匹配」。
  3. 從結果中挑一組元件:優先選「低通」型(串聯電感、並聯電容),可同時壓低諧波;需要隔直流時選「高通」型。
  4. 依表格的計算值選用最接近的元件焊上,再用網路分析儀量測微調。

計算原理

天線與 50 Ω 傳輸線不匹配時,部分功率會被反射。反射係數 Γ = (ZL − Z0) / (ZL + Z0),VSWR = (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|),回波損耗 RL = −20·log₁₀|Γ|。匹配網路用不耗能的電感、電容把天線阻抗轉換到 Z0,讓 Γ 趨近 0。

L 型網路只用兩顆元件,對任何 R > 0 的阻抗都至少有兩組解:當天線電導 G ≤ 1/Z0 時,可在天線端先並聯、再串聯;當 R ≤ Z0 時,可在天線端先串聯、再並聯。π 型網路多一顆元件,可自訂 Q 值:Q 越高頻寬越窄、選擇性越好,約略頻寬 ≈ f / Q。電感值 L = X / (2πf),電容值 C = 1 / (2πf·|X|)(並聯元件則以電納 B 換算)。

常見問題

為什麼天線要匹配到 50 Ω?

大部分射頻模組、同軸線與量測儀器的特性阻抗都是 50 Ω。天線阻抗偏離 50 Ω 時,發射功率會被反射回模組,造成距離縮短、功耗增加,嚴重時還可能讓功放不穩定。一般以 VSWR ≤ 2(回波損耗 ≥ 9.5 dB)作為可接受標準,VSWR ≤ 1.5 為良好。

L 型和 π 型匹配該選哪一種?

L 型元件最少、損耗最低,適合大部分天線調校;π 型多一顆元件但可以控制 Q 值與頻寬,也更容易在 PCB 上預留三個焊點(0 Ω 跳線+兩個 NC)做後續調整。量產板常見做法是先預留 π 型焊墊,再依實測填入需要的元件。

哪一種匹配方式衰減最小?

理想元件沒有損耗,實際損耗主要來自電感(0402 疊層電感 Q 約 30–50,電容 Q 常在 200 以上)。一般而言 L 型元件最少、Q 最低,衰減最小;π 型多一顆元件且 Q 較高,衰減較大,有時甚至比不匹配還多。電感接在並聯接地的位置、訊號路徑上用串聯電容,通常損耗最低。計算器會依您填的電感、電容 Q 值估算每組解送達天線的功率百分比,並標示「衰減最小」。若需要壓低諧波,仍應選低通型。

計算值和實際焊上去的結果為什麼不一樣?

計算假設元件是理想的,實際上電感電容有寄生電容、寄生電感與自諧振頻率,PCB 走線與焊墊也會帶來額外電抗。在 UHF(例如 915 MHz)以上建議使用 0402 或更小的高頻元件,並以網路分析儀在饋入點重新量測、微調一到兩次。

S11 要怎麼換算成阻抗?

Γ = 10^(S11dB/20)·∠角度,天線阻抗 ZL = Z0·(1 + Γ) / (1 − Γ)。選擇「S11」輸入方式時,計算器會自動換算並填回 R 與 X。

匹配之後天線效率就一定好嗎?

匹配只解決「反射」問題,不會改善天線本身的輻射效率與方向性。天線尺寸過小、接地面不足或周圍金屬遮蔽,都需要從天線設計與擺放著手。文星電子可協助天線選型與客製設計。