波反射為什么在RF設(shè)計中很重要

Anton Patyuchenko

本文為非RF工程師簡要討論與RF設(shè)計固有的關(guān)鍵屬性之一相關(guān)的術(shù)語：波反射。在低頻下工作的普通電路與為RF頻率設(shè)計的電路之間的主要區(qū)別在于它們的電氣尺寸。RF設(shè)計可能具有多種波長尺寸，導致電壓和電流的幅度和相位隨其元件的物理尺寸而變化。這為射頻電路提供了許多基本特性1這是用于設(shè)計和分析的核心原則的基礎(chǔ)。

基本概念和術(shù)語

考慮一條端接在任意負載中的傳輸線（例如，同軸電纜或微帶），并定義波形量 a 和 b，如圖 1 所示。

圖1.具有匹配信號源的傳輸線端接在單端口負載中。

這些波量是入射到該負載上并從該負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)振幅與入射波的復(fù)振幅之比：

反射系數(shù)也可以用傳輸線Z的特性阻抗來表示0以及負載Z的復(fù)輸入阻抗L如：

射頻工程通常依賴于 Z0= 50 Ω，這是信號衰減和功率處理能力之間的折衷，可以通過同軸傳輸線實現(xiàn)。但是，在某些應(yīng)用中，例如，在需要長距離傳輸RF信號的廣播系統(tǒng)中，Z0= 75 Ω是更常見的選擇，允許較低的電纜損耗。

無論特性阻抗的值是多少，如果負載阻抗相同（ZL= Z0），該負載稱為與傳輸線匹配。應(yīng)該注意的是，只有當信號源與傳輸線匹配時，這種情況才有效，如圖1所示，我們在本文中假設(shè)了這一點。在這種情況下，我們將沒有任何反射波（Γ = 0），負載將從信號源接收最大功率，而在全反射（|Γ| = 1）的情況下，根本沒有功率輸送到負載。

如果負載不匹配（ZL≠Z0），它不會接收所有事件功率。功率中相應(yīng)的“損耗”稱為回波損耗（RL），其可使用以下公式與反射系數(shù)的大小相關(guān)：

回波損耗描述了負載上的入射功率與負載反射回來的功率之比。回波損耗始終是一個非負量，表示負載與朝向源極的負載處“看到”的網(wǎng)絡(luò)阻抗的匹配程度。

如果負載不匹配，反射波的存在會導致駐波，導致非恒定電壓幅度隨沿線的位置而變化。用于量化線路阻抗失配的度量稱為駐波比（SWR），定義為：

由于SWR通常根據(jù)最大和最小電壓來解釋，因此該量也稱為電壓駐波比（VSWR）。SWR 是一個實數(shù)，可以取從 1 到無窮大范圍內(nèi)的值，其中 SWR = 1 表示負載匹配。

結(jié)論

RF電路具有許多區(qū)別于普通電路的基本特性。微波電路的設(shè)計和分析需要使用擴展概念來解決實際感興趣的問題。本文介紹并討論了與RF系統(tǒng)的主要特性之一相關(guān)的一些關(guān)鍵概念和術(shù)語：波反射。

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審核編輯：郭婷