淺談RF設(shè)計的波反射理解

為何在RF設(shè)計中理解波反射非常重要？

在低頻下工作的普通電路與針對RF頻率設(shè)計的電路之間的關(guān)鍵區(qū)別在于它們的電氣尺寸。RF設(shè)計可采用多種波長的尺寸，導(dǎo)致電壓和電流的大小和相位隨元件的物理尺寸而變化。這為RF電路的設(shè)計和分析提供了一些基礎(chǔ)的核心原理特性。

基本概念和術(shù)語

假設(shè)以任意負(fù)載端接傳輸線路（例如同軸電纜或微帶線），并定義波量a和b，如圖1所示。

圖1.以單端口負(fù)載端接匹配信號源的傳輸線路。

這些波量是入射到該負(fù)載并從該負(fù)載反射的電壓波的復(fù)振幅。我們現(xiàn)在可以使用這些量來定義電壓反射系數(shù)Γ，它描述了反射波的復(fù)振幅與入射波復(fù)振幅的比值：

反射系數(shù)也可以用傳輸線路Z0的特征阻抗和負(fù)載ZL的復(fù)雜輸入阻抗表示為：

RF工程一般采用Z0 = 50 Ω，這是信號衰減和功率處理容量之間的折衷選擇，可以通過同軸傳輸線路實現(xiàn)。但是，在有些應(yīng)用中，例如，在需要遠距離傳輸RF信號的廣播系統(tǒng)中，Z0 = 75 Ω是更常見的選擇，以減少電纜損耗。

不管特征阻抗的值是多少，如果負(fù)載阻抗相同（ZL = Z0），則表示該負(fù)載與傳輸線路匹配。需要注意的是，只有在信號源與傳輸線路匹配時這個條件才有效，如圖1所示，本文也做了這一假設(shè)。在這種情況下，不會產(chǎn)生任何反射波（Γ = 0），負(fù)載從信號源接收到的功率最大，而在全反射（|Γ| = 1）的情況下，根本不會向負(fù)載輸送任何功率。

如果負(fù)載不匹配（ZL ≠ Z0），則不會接收到全部入射功率。相應(yīng)的功率“損耗”稱為回波損耗（RL），它與反射系數(shù)的大小相關(guān)，可通過如下公式表示：

回波損耗是指負(fù)載上的入射功率與反射回來的功率之比。回波損耗始終是非負(fù)值，表示負(fù)載與朝向源極的負(fù)載上“顯示”的網(wǎng)絡(luò)阻抗之間的匹配程度。

如果負(fù)載不匹配，反射波的存在會導(dǎo)致駐波，從而導(dǎo)致電壓振幅不穩(wěn)定，會隨線路位置而變化。用于量化線路阻抗不匹配的參數(shù)稱為駐波比（SWR），定義如下：

由于我們通常用最大和最小電壓來解析SWR，因此該量也稱為電壓駐波比（VSWR）。SWR是一個實數(shù)，取值范圍從1到無窮，其中SWR = 1表示負(fù)載匹配。

結(jié)論

RF電路具有許多與普通電路不同的基本特性。設(shè)計和分析微波電路需要使用擴展概念來解決實際相關(guān)的問題。本文介紹和探討了與RF系統(tǒng)的一個主要特性波反射相關(guān)的一些重要概念和術(shù)語。

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