從反射系數(shù)到史密斯圓圖

大家好，今天繼續(xù)我們的《射頻入門(mén)》課程。 在上一講傳輸線理論中，我們學(xué)習(xí)了射頻設(shè)計(jì)中的幾個(gè)最基礎(chǔ)的概念：傳播常數(shù)，特性阻抗和幾個(gè)關(guān)于發(fā)射相關(guān)的名詞：反射系數(shù)Γ，回波損耗RL和電壓駐波比VSWR。但是這三個(gè)名詞描述的其實(shí)是一個(gè)意思：反射波和入射波之間的關(guān)系。反射系數(shù)Γ，回波損耗RL和電壓駐波比VSWR之間的關(guān)系如下：

既然是一個(gè)意思，居然用了三個(gè)名詞來(lái)描述，也足見(jiàn)反射在射頻設(shè)計(jì)中的重要性。在射頻設(shè)計(jì)中，我們通常希望反射越小越好，最理想的狀態(tài)是完全沒(méi)有反射，即|Γ|=0，對(duì)應(yīng)的 VSWR為1， RL為∞。但完全匹配在實(shí)際電路中是不存在的，所以一般會(huì)設(shè)定一個(gè)反射系數(shù)的范圍，反射系數(shù)Γ是一個(gè)很小的數(shù)值，這個(gè)時(shí)候，用RL或者VSWR來(lái)描述更直觀一點(diǎn)，比如一個(gè)低功率的射頻電路，通常RL大于9dB就可以，而大功率的射頻系統(tǒng)，通常要求RL比較高，比如數(shù)字廣播系統(tǒng)要求的RL通常要大于26dB，移動(dòng)通信基站系統(tǒng)一般要求RL大于12dB。 下表給出了VSWR，Γ和RL的數(shù)值表，建議記住下面幾個(gè)值，在設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常用到。

在研究射頻電路的匹配狀態(tài)時(shí)，一些朋友喜歡用VSWR這個(gè)值來(lái)描述，也有一些朋友喜歡RL來(lái)描述，個(gè)人覺(jué)得RL用起來(lái)會(huì)更方便一點(diǎn)，因?yàn)镽L是反射系數(shù)Γ的dB格式，在射頻計(jì)算中，dB更方便快捷一些，詳情請(qǐng)看《射頻設(shè)計(jì)，dB 為什么如此重要？》。 比如把40dBm的信號(hào)輸入到一個(gè)RL為20dB的負(fù)載，那么反射功率就可以直接算出來(lái)：40dBm-20dB=20dBm。這樣負(fù)載前面的器件所承受的最大功率就是40dBm+20dBm=？ 當(dāng)匹配良好的時(shí)候，即RL比較大，反射功率一般不構(gòu)成影響，但是當(dāng)匹配較差的時(shí)候，反射功率可能就是壓垮負(fù)載前面器件的最后一根稻草。當(dāng)反射信號(hào)進(jìn)入到環(huán)形器的時(shí)候，有可能造成接收鏈路的堵塞，甚至燒毀。 今天再學(xué)習(xí)一個(gè)新名詞：失配損耗，失配損耗就是由反射所帶來(lái)的損耗，它是插入損耗的一部分， 失配損耗和反射系數(shù)的關(guān)系如下：

這也是反射系數(shù)越大，傳輸損耗越大的原因，就來(lái)自于這個(gè)失配損耗。 我們把失配損耗和回波損耗，反射系數(shù)，VSWR的關(guān)系整理如下：

失配損耗在設(shè)計(jì)中很少用到，認(rèn)識(shí)這個(gè)名詞更有助于我們理解插損的概念。后面我們?cè)僦v。 觀察表格里面的數(shù)值，我們不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是VSWR還是回波損耗RL都是描述反反射系數(shù)幅值的一種形式，為了在射頻設(shè)計(jì)中更直觀和簡(jiǎn)潔。其實(shí)精華還在反射系數(shù)Γ里面，它直接描述了射頻電路的匹配狀態(tài)，即兩個(gè)阻抗之間的關(guān)系。

在兩個(gè)阻抗連接點(diǎn)的反射系數(shù)Γ為：

這樣，反射就和阻抗建立了關(guān)系，實(shí)際上反射確實(shí)就是阻抗不匹配引起的，無(wú)論是電磁波的反射，還是機(jī)械波的反射。

審核編輯：湯梓紅