浅谈RF设计的波反射理解

为何在RF设计中理解波反射非常重要？

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Z0的特征阻抗和负载ZL的复杂输入阻抗表示为：

RF工程一般采用Z0 = 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，Z0 = 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（ZL = Z0），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（ZL ≠ Z0），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。

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