为何在RF设计中理解波反射非常重要?

发布时间:2024-03-28  

在低频下工作的普通电路与针对频率设计的电路之间的关键区别在于它们的电气尺寸。设计可采用多种波长的尺寸,导致电压和电流的大小和相位随元件的物理尺寸而变化。这为电路的设计和分析提供了一些基础的核心原理特性。

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基本概念和术语

假设以任意负载端接传输线路(例如同轴电缆或微带线),并定义波量a和b,如图1所示。


为何在RF设计中理解波反射非常重要?

图1.以单端口负载端接匹配信号源的传输线路。


这些波量是入射到该负载并从该负载反射的电压波的复振幅。我们现在可以使用这些量来定义电压反射系数Γ,它描述了反射波的复振幅与入射波复振幅的比值:


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反射系数也可以用传输线路Z0的特征阻抗和负载ZL的复杂输入阻抗表示为:


为何在RF设计中理解波反射非常重要?


RF工程一般采用Z0 = 50 Ω,这是信号衰减和功率处理容量之间的折衷选择,可以通过同轴传输线路实现。但是,在有些应用中,例如,在需要远距离传输RF信号的广播系统中,Z0 = 75 Ω是更常见的选择,以减少电缆损耗。


不管特征阻抗的值是多少,如果负载阻抗相同(ZL = Z0),则表示该负载与传输线路匹配。需要注意的是,只有在信号源与传输线路匹配时这个条件才有效,如图1所示,本文也做了这一假设。在这种情况下,不会产生任何反射波(Γ = 0),负载从信号源接收到的功率最大,而在全反射(|Γ| = 1)的情况下,根本不会向负载输送任何功率。


如果负载不匹配(ZL ≠ Z0),则不会接收到全部入射功率。相应的功率"损耗"称为回波损耗(RL),它与反射系数的大小相关,可通过如下公式表示:


为何在RF设计中理解波反射非常重要?


回波损耗是指负载上的入射功率与反射回来的功率之比。回波损耗始终是非负值,表示负载与朝向源极的负载上"显示"的网络阻抗之间的匹配程度。


如果负载不匹配,反射波的存在会导致驻波,从而导致电压振幅不稳定,会随线路位置而变化。用于量化线路阻抗不匹配的参数称为驻波比(SWR),定义如下:


为何在RF设计中理解波反射非常重要?


由于我们通常用最大和最小电压来解析SWR,因此该量也称为电压驻波比(VSWR)。SWR是一个实数,取值范围从1到无穷,其中SWR = 1表示负载匹配。


结论

RF电路具有许多与普通电路不同的基本特性。设计和分析微波电路需要使用扩展概念来解决实际相关的问题。本文介绍和探讨了与RF系统的一个主要特性相关的一些重要概念和术语。


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文章来源于:电子产品世界    原文链接
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