前回の記事では、インピーダンス整合の基本とインピーダンス整合トランスの使用方法について説明しました。設計者は、インピーダンス整合トランスを使用する以外に、RF増幅器の出力でインピーダンスフィルタ回路を使用することもできます。これは、フィルタリング回路としてもインピーダンス整合回路としても使用できます。インピーダンス整合に使用できるフィルター回路には多くの種類がありますが、この記事では最も一般的なものについて説明します。
LCフィルターマッチング
さまざまなLCフィルタを使用して、インピーダンスを一致させ、フィルタリングを提供できます。フィルタリングは、パワーRF増幅器の出力で特に重要です。これは、アンテナによって送信される前にフィルタリングする必要のある多くの不要な高調波を生成するためです。これらは、ステーションが送信を承認されている周波数以外の周波数で干渉や送信を引き起こす可能性があるためです。オンは違法である可能性があります。私たちは、カバーするローパスLCフィルタを無線パワーアンプは高調波のみを生成し、高調波信号は常にベース信号の倍数であるため、常にベース信号よりも高い周波数を持ちます。これがローパスフィルターを使用する理由です。高調波を取り除きます。LCフィルタを設計するときは、インピーダンスではなくソース抵抗と負荷抵抗について説明します。これは、負荷またはソースに直列または並列のインダクタンスまたは静電容量があり、したがって非抵抗インピーダンスの場合、計算がはるかに複雑になるためです。この場合、PIフィルターまたはLフィルター計算機を使用するのが最適です。ほとんどの場合、集積回路、適切に作成および調整されたアンテナ、テレビおよびラジオの受信機、送信機など。出力/入力インピーダンス=抵抗。
「Q」ファクター
すべてのLCフィルターには、Q（品質）係数と呼ばれるパラメーターがあり、ローパスフィルターとハイパスフィルターでは、周波数応答の急峻さを決定します。低Qフィルターは非常に広帯域であり、高Qフィルターほど良好な不要な周波数をフィルターで除去しません。高Qフィルターは不要な周波数をフィルターで除去しますが、共振ピークがあるため、バンドパスフィルターとしても機能します。Q値が高いと、効率が低下することがあります。
Lフィルター
LフィルターはLCフィルターの最も単純な形式です。これらはコンデンサとインダクタで構成され、RCフィルタに見られるのと同様の方法で接続され、インダクタが抵抗に置き換わります。これらは、ソースインピーダンスよりも高いまたは低いインピーダンスを整合させるために使用できます。すべてのLフィルタには、特定の入力インピーダンスを特定の出力インピーダンスに一致させることができるLとCの組み合わせが1つだけあります。
たとえば、14MHzで50Ωの負荷を100Ωの負荷に一致させるには、114pFのコンデンサを備えた560nHのインダクタが必要です。これは、この周波数でこれらの抵抗と一致させることができる唯一の組み合わせです。それらのQファクター、したがってフィルターがどれだけ優れているか
√（（R A / R B）-1）= Q
ここで、R Aは大きなインピーダンス、RLは小さなインピーダンス、Qは適切な負荷が接続されたQファクターです。
この場合、ロードされたQは√（（100/50）-1）=√（2-1）=√1= 1に等しくなります。多かれ少なかれフィルタリング（異なるQ）が必要な場合は、 PIフィルター。Qは完全に調整可能であり、さまざまなLとCの組み合わせを使用して、それぞれが異なるQを持つ特定の周波数で必要なマッチングを行うことができます。
Lフィルタ成分の値を計算するには、ソースの出力抵抗、負荷の抵抗、および動作周波数の3つが必要です。
たとえば、ソースの出力抵抗は3000Ω、負荷抵抗は50Ω、周波数は14MHzになります。ソース抵抗は負荷抵抗よりも大きいため、「b」フィルタを使用します
まず、Lフィルターの2つのコンポーネントのリアクタンスを計算する必要があります。次に、リアクタンスと使用周波数に基づいてインダクタンスと静電容量を計算できます。
X L =√（R S *（R L -R S））は、X L =√（50Ω*（3000Ω-50Ω）X L =√（50Ω*（3000Ω-50Ω）X L =√ （50Ω* 2950Ω）X L =√（50Ω* 2950Ω）X L =√147500Ω 2 X L = 384.1Ω
リアクタンス計算機を使用して、14MHzで384.1Ωのリアクタンスを持つインダクタンスを決定します
L = 4.37μHX C =（R S * R L）/ X L X C =（50Ω* 3000Ω）/384.1ΩX C = 150000Ω 2 /384.1ΩX C = 390.6Ω
リアクタンス計算機を使用して、14MHzで390.6Ωのリアクタンスを持つインダクタンスを決定します
C = 29.1 pF
ご覧のとおり、フィルターの周波数応答は14MHzに共振ピークを持つローパスです。共振ピークは、Qが低い場合、フィルターのQが高いために発生し、フィルターはピークのないローパスになります。別のQが必要で、フィルターがより広帯域になる場合、LフィルターのQはソース抵抗と負荷抵抗に依存するため、PIフィルターを使用する必要があります。この回路を使用してチューブまたはトランジスタの出力インピーダンスを一致させる場合、それらは並列であるため、フィルタのコンデンサからグランドへの出力容量を差し引く必要があります。コレクタ-エミッタ間容量（別名出力容量）が10pFのトランジスタを使用する場合、Cの容量は29.1pFではなく19.1pFにする必要があります。
PIフィルター
PIフィルタは非常に用途の広いマッチング回路であり、3つの無効素子、通常は2つのコンデンサと1つのインダクタで構成されています。LとCの1つの組み合わせだけが特定の周波数で必要なインピーダンス整合を与えるLフィルタとは異なり、PIフィルタでは、C1、C2、およびLの複数の組み合わせで、目的のインピーダンス整合を実現できます。各組み合わせのQは異なります。
PIフィルタは、さまざまな負荷抵抗や、RFパワーアンプなどの複雑なインピーダンスに調整する必要があるアプリケーションでよく使用されます。これは、入力と出力のインピーダンス比（r i）がコンデンサの2乗比によって決定されるためです。異なるインピーダンスに調整する場合、コンデンサのみを調整しながら、コイルは同じままにすることができます。RFパワーアンプのC1とC2はしばしば可変です。
（C1 / C2）²= r i
より広帯域のフィルターが必要な場合は、Qクリティカルより少し高いQを使用します。たとえば、RFパワーアンプの出力では、Qクリティカルよりもはるかに大きいが、10未満のQを使用します。フィルタのQが高いほど、効率は低くなります。RF出力ステージのPIフィルターの一般的なQは7ですが、この値は変動する可能性があります。
Q CRIT =√（R A / R B -1）
ここで、R Aは、 2つ（ソースまたは負荷）抵抗の高い及びR Bは、小さい抵抗です。一般に、より高いQのPIフィルタは、インピーダンス整合を無視して、コイルLと次の値に等しい静電容量を持つコンデンサCで構成される並列共振回路と見なすことができます。
C =（C1 * C2）/（C1 + C2）
この共振回路は、フィルターが使用される周波数で共振する必要があります。
PIフィルタコンポーネントの値を計算するには、ソースの出力抵抗、負荷の抵抗、動作周波数、およびQの4つが必要です。
たとえば、8ΩのソースをQが7の75Ωの負荷に一致させる必要があります。
R Aは、 2つ（ソースまたは負荷）抵抗の高い及びR Bは、小さい抵抗です。
X C1 = R A / QX C1 =75Ω/ 7 X C1 =10.7Ω
リアクタンス計算機を使用して、7MHzで10.7Ωのリアクタンスを持つ静電容量を決定します
C1 = 2.12 nF X L =（Q * R A +（R A * R B / X C2））/（Q 2 +1）X L =（7 *75Ω+（75Ω*8Ω/3.59Ω） ）/ 7 2 +1 X L =（575Ω+（600Ω 2 /3.59Ω））/ 50 X L =（575Ω+（167Ω））/ 50 X L = 742Ω/ 50 X L = 14.84Ω
リアクタンス計算機を使用して、7MHzで14.84Ωのリアクタンスを持つインダクタンスを決定します。
L = 340 nHのX C2 = R B *√（（R A / R B）/（Q 2 + 1-（R A / R B）））X C2 = 8Ω*√（（75Ω/ 8Ω） /（Q 2 + 1-（75Ω/8Ω）））X C2 =8Ω*√（9.38 /（49 + 1-3.38））X C2 =8Ω*√（9.38 / 46.62）X C2 = 8 Ω*√0.2X C2 = 8Ω* 0.45 X C2 = 3.59Ω
リアクタンス計算機を使用して、7MHzで3.59Ωのリアクタンスを持つ静電容量を決定します
C2 = 6.3nF
Lフィルタと同様に、出力デバイスに出力容量（チューブのプレートカソード、BJTのコレクタからエミッタ、多くの場合MOSFET、チューブ、BJTの出力容量）がある場合、その容量はC1から差し引く必要があります。それに並列に接続されています。出力容量が180pFのIRF510トランジスタを出力デバイスとして使用した場合、C1は6.3 nF〜0.18 nFである必要があるため、6.17nFになります。より高い出力電力を得るために複数のトランジスタを並列に使用した場合、静電容量は合計されます。
3 IRF510の場合、6.3 nF-0.18 nF * 3 = 6.3 nF-0.54 nFになるため、6.3nFではなく5.76nFになります。
インピーダンス整合に使用されるその他のLC回路
Tフィルタ、トランジスタパワーアンプ用の特別な整合回路、PI-Lフィルタ（インダクタが追加されたPIフィルタ）など、インピーダンスの整合に使用されるさまざまなLC回路が多数あります。
