波反射为什么在RF设计中很重要

Anton Patyuchenko

本文为非RF工程师简要讨论与RF设计固有的关键属性之一相关的术语：波反射。在低频下工作的普通电路与为RF频率设计的电路之间的主要区别在于它们的电气尺寸。RF设计可能具有多种波长尺寸，导致电压和电流的幅度和相位随其元件的物理尺寸而变化。这为射频电路提供了许多基本特性1这是用于设计和分析的核心原则的基础。

基本概念和术语

考虑一条端接在任意负载中的传输线（例如，同轴电缆或微带），并定义波形量 a 和 b，如图 1 所示。

图1.具有匹配信号源的传输线端接在单端口负载中。

这些波量是入射到该负载上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的复振幅之比：

反射系数也可以用传输线Z的特性阻抗来表示0以及负载Z的复输入阻抗L如：

射频工程通常依赖于 Z0= 50 Ω，这是信号衰减和功率处理能力之间的折衷，可以通过同轴传输线实现。但是，在某些应用中，例如，在需要长距离传输RF信号的广播系统中，Z0= 75 Ω是更常见的选择，允许较低的电缆损耗。

无论特性阻抗的值是多少，如果负载阻抗相同（ZL= Z0），该负载称为与传输线匹配。应该注意的是，只有当信号源与传输线匹配时，这种情况才有效，如图1所示，我们在本文中假设了这一点。在这种情况下，我们将没有任何反射波（Γ = 0），负载将从信号源接收最大功率，而在全反射（|Γ| = 1）的情况下，根本没有功率输送到负载。

如果负载不匹配（ZL≠Z0），它不会接收所有事件功率。功率中相应的“损耗”称为回波损耗（RL），其可使用以下公式与反射系数的大小相关：

回波损耗描述了负载上的入射功率与负载反射回来的功率之比。回波损耗始终是一个非负量，表示负载与朝向源极的负载处“看到”的网络阻抗的匹配程度。

如果负载不匹配，反射波的存在会导致驻波，导致非恒定电压幅度随沿线的位置而变化。用于量化线路阻抗失配的度量称为驻波比（SWR），定义为：

由于SWR通常根据最大和最小电压来解释，因此该量也称为电压驻波比（VSWR）。SWR 是一个实数，可以取从 1 到无穷大范围内的值，其中 SWR = 1 表示负载匹配。

结论

RF电路具有许多区别于普通电路的基本特性。微波电路的设计和分析需要使用扩展概念来解决实际感兴趣的问题。本文介绍并讨论了与RF系统的主要特性之一相关的一些关键概念和术语：波反射。

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审核编辑：郭婷