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为何在RF设计中理解波反射非常重要?

关键词:RF设计 传输线路

时间:2024-04-09 10:26:45      来源:ADI

在低频下工作的普通电路与针对RF频率设计的电路之间的关键区别在于它们的电气尺寸。RF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RF电路的设计和分析提供了一些基础的核心原理特性。

在低频下工作的普通电路与针对RF频率设计的电路之间的关键区别在于它们的电气尺寸。RF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RF电路的设计和分析提供了一些基础的核心原理特性。

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。


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:

反射系数也可以用传输线路Z 的特征阻抗和负载Z 的复杂输入阻抗表示为:

RF工程一般采用Z = 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,Z = 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(Z = Z ),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(Z ≠ Z ),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:

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:

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波反射相关的一些重要概念和术语。

ADI公司提供丰富的RF集成电路组合,拥有深厚的系统设计专业知识,能够满足广泛的RF应用中的各种严苛要求。此外,ADI提供整个技术支持生态系统,包括设计工具、仿真模型、参考设计、快速原型制作平台和技术论坛,帮助RF工程师简化目标应用的开发过程。

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