【導讀】本文面向非RF工程師，簡單介紹了與RF設計固有的關鍵特性相關的術語：波反射。在低頻下工作的普通電路與針對RF頻率設計的電路之間的關鍵區(qū)別在于它們的電氣尺寸。RF設計可采用多種波長的尺寸，導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電路的設計和分析提供了一些基礎的核心原理特性1。
問題:
波反射——為何在RF設計中理解這個概念非常重要？
答案:
本文面向非RF工程師，簡單介紹了與RF設計固有的關鍵特性相關的術語：波反射。在低頻下工作的普通電路與針對RF頻率設計的電路之間的關鍵區(qū)別在于它們的電氣尺寸。RF設計可采用多種波長的尺寸，導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電路的設計和分析提供了一些基礎的核心原理特性1。
基本概念和術語
假設以任意負載端接傳輸線路（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.以單端口負載端接匹配信號源的傳輸線路。
這些波量是入射到該負載并從該負載反射的電壓波的復振幅。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振幅與入射波復振幅的比值：
反射系數(shù)也可以用傳輸線路Z0的特征阻抗和負載ZL的復雜輸入阻抗表示為：
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，如果負載阻抗相同(ZL = Z0)，則表示該負載與傳輸線路匹配。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。在這種情況下，不會產(chǎn)生任何反射波(Γ = 0)，負載從信號源接收到的功率最大，而在全反射(|Γ| = 1)的情況下，根本不會向負載輸送任何功率。
如果負載不匹配(ZL ≠ Z0)，則不會接收到全部入射功率。相應的功率"損耗"稱為回波損耗(RL)，它與反射系數(shù)的大小相關，可通過如下公式表示：
回波損耗是指負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值，表示負載與朝向源極的負載上"顯示"的網(wǎng)絡阻抗之間的匹配程度。
如果負載不匹配，反射波的存在會導致駐波，從而導致電壓振幅不穩(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。設計和分析微波電路需要使用擴展概念來解決實際相關的問題。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的一些重要概念和術語。
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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)絡分析基礎。Rohde & Schwarz，2007年。
Pozar, David M。微波工程，第4版。Wiley，2011年。
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