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射頻設(shè)計(jì)中的幾個(gè)最基礎(chǔ)的概念

射頻學(xué)堂 ? 來(lái)源:射頻學(xué)堂 ? 作者:射頻學(xué)堂 ? 2022-11-01 15:59 ? 次閱讀

大家好,今天繼續(xù)我們的《射頻入門》課程。 在上一講傳輸線理論中,我們學(xué)習(xí)了射頻設(shè)計(jì)中的幾個(gè)最基礎(chǔ)的概念:傳播常數(shù),特性阻抗和幾個(gè)關(guān)于發(fā)射相關(guān)的名詞:反射系數(shù)Γ,回波損耗RL和電壓駐波比VSWR。但是這三個(gè)名詞描述的其實(shí)是一個(gè)意思:反射波和入射波之間的關(guān)系。


反射系數(shù)Γ,回波損耗RL和電壓駐波比VSWR之間的關(guān)系如下:

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既然是一個(gè)意思,居然用了三個(gè)名詞來(lái)描述,也足見(jiàn)反射在射頻設(shè)計(jì)中的重要性。在射頻設(shè)計(jì)中,我們通常希望反射越小越好,最理想的狀態(tài)是完全沒(méi)有反射,即|Γ|=0,對(duì)應(yīng)的 VSWR為1, RL為∞。但完全匹配在實(shí)際電路中是不存在的,所以一般會(huì)設(shè)定一個(gè)反射系數(shù)的范圍,反射系數(shù)Γ是一個(gè)很小的數(shù)值,這個(gè)時(shí)候,用RL或者VSWR來(lái)描述更直觀一點(diǎn),比如一個(gè)低功率的射頻電路,通常RL大于9dB就可以,而大功率的射頻系統(tǒng),通常要求RL比較高,比如數(shù)字廣播系統(tǒng)要求的RL通常要大于26dB,移動(dòng)通信基站系統(tǒng)一般要求RL大于12dB。 下表給出了VSWR,Γ和RL的數(shù)值表,建議記住下面幾個(gè)值,在設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常用到。

89500aaa-593d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

在研究射頻電路的匹配狀態(tài)時(shí),一些朋友喜歡用VSWR這個(gè)值來(lái)描述,也有一些朋友喜歡RL來(lái)描述,個(gè)人覺(jué)得RL用起來(lái)會(huì)更方便一點(diǎn),因?yàn)镽L是反射系數(shù)Γ的dB格式,在射頻計(jì)算中,dB更方便快捷一些,詳情請(qǐng)看《射頻設(shè)計(jì),dB 為什么如此重要?》。 比如把40dBm的信號(hào)輸入到一個(gè)RL為20dB的負(fù)載,那么反射功率就可以直接算出來(lái):40dBm-20dB=20dBm。這樣負(fù)載前面的器件所承受的最大功率就是40dBm+20dBm=? 當(dāng)匹配良好的時(shí)候,即RL比較大,反射功率一般不構(gòu)成影響,但是當(dāng)匹配較差的時(shí)候,反射功率可能就是壓垮負(fù)載前面器件的最后一根稻草。當(dāng)反射信號(hào)進(jìn)入到環(huán)形器的時(shí)候,有可能造成接收鏈路的堵塞,甚至燒毀。 今天再學(xué)習(xí)一個(gè)新名詞:失配損耗,失配損耗就是由反射所帶來(lái)的損耗,它是插入損耗的一部分, 失配損耗和反射系數(shù)的關(guān)系如下:

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這也是反射系數(shù)越大,傳輸損耗越大的原因,就來(lái)自于這個(gè)失配損耗。 我們把失配損耗和回波損耗,反射系數(shù),VSWR的關(guān)系整理如下:

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失配損耗在設(shè)計(jì)中很少用到,認(rèn)識(shí)這個(gè)名詞更有助于我們理解插損的概念。后面我們?cè)僦v。 觀察表格里面的數(shù)值,我們不難發(fā)現(xiàn),無(wú)論是VSWR還是回波損耗RL都是描述反反射系數(shù)幅值的一種形式,為了在射頻設(shè)計(jì)中更直觀和簡(jiǎn)潔。其實(shí)精華還在反射系數(shù)Γ里面,它直接描述了射頻電路的匹配狀態(tài),即兩個(gè)阻抗之間的關(guān)系。

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在兩個(gè)阻抗連接點(diǎn)的反射系數(shù)Γ為:

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這樣,反射就和阻抗建立了關(guān)系,實(shí)際上反射確實(shí)就是阻抗不匹配引起的,無(wú)論是電磁波的反射,還是機(jī)械波的反射。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:從反射系數(shù)到史密斯圓圖(附Smith Chart 資料下載)

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