了解射频电路设计中的反射和驻波

现实生活中的射频信号
高频电路设计必须解决两个重要但有些神秘的现象：反射和驻波。

通过接触其他科学领域，我们知道波动与特殊类型的行为有关。 光波从一种介质（例如空气）移动到另一种介质（例如玻璃）时会发生折射。 

当水波遇到小船或大块岩石时，它们会发生衍射。 声波会干扰，导致音量周期性变化（称为“拍”）。

电波还会受到我们通常不与电信号关联的行为的影响。 但是，对电力的波动本质普遍缺乏了解不足为奇，因为在许多电路中，这些影响可以忽略不计或根本不存在。 

数字或低频模拟工程师可能需要工作多年并设计出许多成功的系统，而无需全面了解在高频电路中变得越来越突出的波效应。

如上一页所述，受特殊高频信号影响的互连线称为传输线。 仅当互连的长度至少为信号波长的四分之一时，传输线效应才有意义。 因此，除非我们使用高频或很长的互连，否则我们不必担心波的特性。

反射
反射，折射，衍射，干涉-所有这些经典的波特性都适用于电磁辐射。 

但是在这一点上，我们仍在处理电信号，即尚未由天线转换为电磁辐射的信号，因此，我们只需要考虑以下两个问题：反射和干扰。

通常，我们将电信号视为一种单向现象。 它从一个组件的输出传播到另一组件的输入，换句话说，从源传播到负载。 但是，在RF设计中，我们必须始终意识到以下事实：信号可以在两个方向上传播：从信号源到负载，当然，也由于反射，从负载到源。

沿着弦experien行进的波c到达物理障碍时会反射。

水浪类比
波浪遇到不连续时会发生反射。 想象一下，一场暴风雨导致大量水浪在通常平静的港口中传播。 这些波最终与坚固的岩壁碰撞。 我们凭直觉知道这些波会从岩壁反射并传播回港口。 但是，我们还凭直觉知道水浪破裂到海滩上几乎不会导致能量大量反射回海洋。 为什么会有所不同？

波浪传递能量。 当水波在开放水域中传播时，这种能量只是在运动。 但是，当波到达不连续点时，能量的平滑运动会中断； 在海滩或岩墙的情况下，不再可能传播波。 

但是，波浪传递的能量会发生什么呢？ 它不会消失； 它必须被吸收或反映出来。 岩壁不吸收波能，因此会发生反射-能量继续以波形形式传播，但方向相反。 但是，海滩使波能以更平缓和自然的方式消散。 海滩吸收了波的能量，因此反射最小。

从水到电子
电路也存在影响波传播的不连续性。 在这种情况下，关键参数是阻抗。 想象一下沿着传输线传播的电波； 这相当于大海中间的水浪。 

该波及其相关能量正在从源到负载平稳传播。 最终，电波到达了目的地：天线，放大器等。

从上一页我们知道，当负载阻抗的幅度等于源阻抗的幅度时，就会发生最大的功率传输。 （在这种情况下，“源阻抗”也可以指传输线的特征阻抗。） 

在阻抗匹配的情况下，实际上不会有间断，因为负载可以吸收所有波能。 但是，如果阻抗不匹配，则仅吸收一部分能量，而剩余的能量则以沿相反方向传播的电波的形式反射。

反射能量的大小受源阻抗和负载阻抗之间不匹配的严重性影响。 两种最坏的情况是开路和短路，分别对应于无限负载阻抗和零负载阻抗。 

这两种情况代表完全不连续； 无法吸收任何能量，因此所有能量都会被反射。

匹配的重要性
如果您甚至参与过RF设计或测试，您就会知道阻抗匹配是讨论的常见主题。 现在我们知道必须匹配阻抗以防止反射，但是为什么要如此关注反射呢？

第一个问题就是效率。 如果将功率放大器连接到天线，则我们不希望将一半的输出功率反射回放大器。 

重点是产生可以转换为电磁辐射的电能。 通常，我们要将功率从源转移到负载，这意味着反射必须最小化。

第二个问题更加微妙。 通过传输线传输到负载阻抗不匹配的连续信号将导致连续反射信号。 这些入射波和反射波彼此通过，并以相反的方向传播。 干扰会导致驻波，即驻波模式等于入射波和反射波之和。 

该驻波确实会在电缆的物理长度上产生峰值幅度变化； 某些位置的峰值幅度较高，而其他位置的峰值幅度较低。

驻波产生的电压高于发射信号的原始电压，在某些情况下，这种影响严重到足以对电缆或组件造成物理损坏。

总结

*电波会受到反射和干扰。

*当水波到达诸如石墙之类的物理障碍物时会反射。 类似地，当AC信号遇到阻抗不连续时，会发生电反射。

*我们可以通过将负载阻抗与传输线的特征阻抗匹配来防止反射。 这允许负载吸收波能。

*反射是有问题的，因为它们会减少可以从源传输到负载的功率。

*反射也会导致驻波； 驻波的高振幅部分可能会损坏组件或电缆。

留言 

邮件列表