为什么 RF设计中的阻抗匹配用 50 Ω ？

之前的文章中聊过 RF 设计中的 PCB 板载天线，几乎所有的射频电路设计中都会遇到阻抗匹配的问题，并且，我们都默认了这个阻抗是 50 欧姆。为什么不是 30 欧姆或者 80 欧姆呢？它是怎么被确定下来的？今天来扒一扒这个历史成因。

射频信号的传输有两种通道，无线和有线。是的，有线也传输射频信号，比如我们家里的歌华有线，这种闭路电视系统实际上都是传播的射频信号，还有我们小时候黑白电视的天线，接在电视上的也是用的同轴线缆，毕竟天线自己不能直接在芯片上长出来，对了，这个电池天线的阻抗是 75 欧姆的。

在射频信号的传输中，我们总是希望尽可能的传输更远的距离，那么，为了传输更远，我们通常是使用更大的功率去发射信号来覆盖更大的通信范围。事实上，同轴线缆本身存在损耗，它和我们平时说的线缆是一样的，如果功率过大，导线就会发热乃至熔断。由此，我们就产生了一种期望，试图找一种既能够保障大功率传输，同时损耗有非常小的同轴线缆。

早在 1929 年，贝尔实验室做了很多实验，最终发现符合这种大功率传输，损耗小的同轴电缆其特征阻抗分别是30欧姆和77欧姆。其中，30欧姆的同轴电缆可以传输的功率是最大的，77欧姆的同轴电缆传输信号的损耗是最小的。我们经常所说的50欧姆系统阻抗其实是一个工程上的折中考虑，考虑最大功率传输和最小损耗尽可能同时满足。

而且通过实践发现，50欧姆的系统阻抗，对于半波长偶极子天线和四分之一波长单极子天线的端口阻抗也是匹配的，引起的反射损耗是最小的。上文提到的有线电视或者广播 FM 接收系统中，其系统阻抗基本上都是 75 欧姆，这正式因为 75 欧姆射频传输系统中，信号传输的损耗是最小的，而在 TV 和广播 FM  接受系统中，信号的传输损耗是首先要考虑的。相对的，对于带有发射的电台而言，50欧姆是常见的匹配阻抗，这是因为最大功率传输才是发射设备考虑的主要因素，同时损耗也比较重要，这也就是为什么我们蓝牙，wifi 通信以及对讲机中使用的都是 50 欧姆的参数指标。

我们要了解的是，对于 50 欧姆的阻抗，本质上没有什么特别的，虽然我们在射频设备研发时，经常挂在嘴边，但这也不是一个基本的常数。只要我们简单的改变一下同轴线缆的物理尺寸，他的特性阻抗就会改变。尽管如此，50Ω阻抗还是非常重要的，因为大多数RF（射频）系统都围绕该阻抗进行设计。很难确切地确定为什么50欧姆成为标准的RF（射频）阻抗，但是可以合理地假设，发现50欧姆阻抗，在早期同轴电缆的情况下是一个很好的折衷方案。当然，重要的问题不是这个特定值的来源，而是具有此标准化阻抗的好处。

这使得实现完美匹配的设计要简单得多，因为IC，固定衰减器，天线等制造商可以考虑这一阻抗来构建其部件。而且，PCB布局和设计变得更加简单，因为如此多的工程师都有相同的目标，即设计特征阻抗为50的微带和带状线。