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為何在RF設計中理解波反射非常重要?

發(fā)布時間:2024-03-26 責任編輯:lina

【導讀】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。


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。



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。



為何在RF設計中理解波反射非常重要?

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。我們現在可以使用這些量來定義電壓反射系數Γ,它描述了反射波的復振幅與入射波復振幅的比值:


為何在RF設計中理解波反射非常重要?


反射系數也可以用傳輸線路Z0的特征阻抗和負載ZL的復雜輸入阻抗表示為:


為何在RF設計中理解波反射非常重要?


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。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),它與反射系數的大小相關,可通過如下公式表示:


為何在RF設計中理解波反射非常重要?


回波損耗是指負載上的入射功率與反射回來的功率之比?;夭〒p耗始終是非負值,表示負載與朝向源極的負載上"顯示"的網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稱為駐波比(SWR),定義如下:


為何在RF設計中理解波反射非常重要?


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,取值范圍從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(tǒng)的一個主要特性波反射相關的一些重要概念和術語。


ADI公司提供豐富的RF集成電路組合,擁有深厚的系統(tǒng)設計專業(yè)知識,能夠滿足廣泛的RF應用中的各種嚴苛要求。此外,ADI提供整個技術支持生態(tài)系統(tǒng),包括設計工具、仿真模型、參考設計、快速原型制作平臺和技術論壇,幫助RF工程師簡化目標應用的開發(fā)過程。


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