RF解密—瞭解波反射

作者 : Anton Patyuchenko，ADI 現場應用工程師

本文針對非RF工程師簡單介紹了與RF設計固有關鍵特性相關的術語：「波反射」(wave reflections)。

問題：「波反射」(wave reflections)——為何在RF設計中理解這個概念非常重要？

答案：在低頻下工作的普通電路與針對RF頻率設計的電路間之關鍵區別在於其電氣尺寸。RF設計可採用多種波長的尺寸，導致電壓和電流的大小和相位隨元件的實體尺寸而變化。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。

本文針對非RF工程師簡單介紹了與RF設計固有關鍵特性相關的術語：「波反射」(wave reflections)。

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)，並定義波量a和b，如圖1所示。

圖1：以單埠負載端接匹配訊號源的傳輸線路。

這些波量是入射到該負載並從該負載反射的電壓波的複振幅。我們現在可以使用這些量來定義電壓反射係數Γ，它描述了反射波的複振幅與入射波複振幅的比值：

反射係數也可以用傳輸線路Z₀的特徵阻抗和負載Z_L的複雜輸入阻抗表示為：

RF工程一般採用Z₀ = 50Ω，這是訊號衰減和功率處理容量之間的折衷選擇，可以透過同軸傳輸線路實現。但是，在有些應用中，例如，在需要遠距離傳輸RF訊號的廣播系統中，Z₀ = 75Ω是更常見的選擇，以減少電纜損耗。

無論特徵阻抗的值為何，如果負載阻抗相同(Z_L = Z₀)，則表示該負載與傳輸線路匹配。需要注意的是，只有在訊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，不會產生任何反射波(Γ = 0)，負載從訊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(Z_L ≠ Z₀)，則不會接收到全部入射功率。相應的功率「損耗」稱為迴波損耗(RL)，它與反射係數的大小相關，可透過如下公式表示：

迴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」的網路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定，會隨線路位置而變化。用於量化線路阻抗不匹配的參數稱為駐波比(SWR)，定義如下：

由於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，取值範圍從1到無窮，其中SWR = 1表示負載匹配。

結論

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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