【導(dǎo)讀】本文面向非RF工程師，簡(jiǎn)單介紹了與RF設(shè)計(jì)固有的關(guān)鍵特性相關(guān)的術(shù)語(yǔ)：波反射。在低頻下工作的普通電路與針對(duì)RF頻率設(shè)計(jì)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(jì)可采用多種波長(zhǎng)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(jì)和分析提供了一些基礎(chǔ)的核心原理特性1。
問(wèn)題:
波反射——為何在RF設(shè)計(jì)中理解這個(gè)概念非常重要？
答案:
本文面向非RF工程師，簡(jiǎn)單介紹了與RF設(shè)計(jì)固有的關(guān)鍵特性相關(guān)的術(shù)語(yǔ)：波反射。在低頻下工作的普通電路與針對(duì)RF頻率設(shè)計(jì)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(jì)可采用多種波長(zhǎng)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(jì)和分析提供了一些基礎(chǔ)的核心原理特性1。
基本概念和術(shù)語(yǔ)
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(hào)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(lái)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(hào)衰減和功率處理容量之間的折衷選擇，可以通過(guò)同軸傳輸線路實(shí)現(xiàn)。但是，在有些應(yīng)用中，例如，在需要遠(yuǎn)距離傳輸RF信號(hào)的廣播系統(tǒng)中，Z0 = 75 Ω是更常見(jiàn)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(hào)源與傳輸線路匹配時(shí)這個(gè)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(huì)產(chǎn)生任何反射波(Γ = 0)，負(fù)載從信號(hào)源接收到的功率最大，而在全反射(|Γ| = 1)的情況下，根本不會(huì)向負(fù)載輸送任何功率。
如果負(fù)載不匹配(ZL ≠ Z0)，則不會(huì)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(guò)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(lái)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(huì)導(dǎo)致駐波，從而導(dǎo)致電壓振幅不穩(wěn)定，會(huì)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(lái)解析SWR，因此該量也稱為電壓駐波比(VSWR)。SWR是一個(gè)實(shí)數(shù)，取值范圍從1到無(wú)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(jì)和分析微波電路需要使用擴(kuò)展概念來(lái)解決實(shí)際相關(guān)的問(wèn)題。本文介紹和探討了與RF系統(tǒng)的一個(gè)主要特性波反射相關(guān)的一些重要概念和術(shù)語(yǔ)。
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參考資料
1 M. S. Gupta。 "RF是什么？" IEEE微波雜志，第2卷第4期，2001年12月。
Hiebel, Michael。 矢量網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)。Rohde & Schwarz，2007年。
Pozar, David M。微波工程，第4版。Wiley，2011年。
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