了解射頻電路設計中的反射和駐波

現實生活中的射頻信號
高頻電路設計必須考慮兩種重要但有些神秘的現象：反射和駐波。

通過接觸其他科學領域，我們知道波動與特殊類型的行為有關。 光波從一種介質（例如空氣）移動到另一種介質（例如玻璃）時會發生折射。 

當水波遇到小船或大塊岩石時，它們會發生衍射。 聲波會干擾，導致音量週期性變化（稱為“拍”）。

電波還會受到我們通常不與電信號關聯的行為的影響。 但是，對電力的波動本質普遍缺乏了解也就不足為奇了，因為在許多電路中，這些影響可以忽略不計或根本不存在。 

數字或低頻模擬工程師可能需要工作多年並設計出許多成功的系統，而無需全面了解在高頻電路中變得尤為突出的波效應。

如上一頁所述，受特殊高頻信號行為影響的互連稱為傳輸線。 僅當互連長度至少為信號波長的四分之一時，傳輸線效應才顯著； 因此，除非我們使用高頻或很長的互連，否則我們不必擔心波特性。

反射
反射，折射，衍射，干涉-所有這些經典的波特性都適用於電磁輻射。 

但是在這一點上，我們仍在處理電信號，即尚未由天線轉換為電磁輻射的信號，因此，我們只需要考慮以下兩個問題：反射和乾擾。

我們通常認為電信號是一種單向現象； 它從一個組件的輸出傳輸到另一個組件的輸入，或者換句話說，從源傳輸到負載。 然而，在射頻設計中，我們必須始終意識到信號可以在兩個方向上傳播的事實：當然，從源到負載，但由於反射，也可以從負載到源。

沿著弦experien行進的波c到達物理障礙時會反射。

水波類比
當波遇到不連續性時就會發生反射。 想像一下，一場暴風雨導致巨大的水浪穿過通常平靜的港口傳播。 這些波浪最終與堅固的岩壁碰撞。 我們憑直覺知道這些波浪會從岩壁反射並傳播回港口。 然而，我們憑直覺也知道，衝擊海灘的水浪很少會導致能量顯著反射回海洋。 為什麼有區別？

波浪傳遞能量。 當水波在開放水域中傳播時，這種能量只是在運動。 但是，當波到達不連續點時，能量的平滑運動會中斷； 在海灘或岩牆的情況下，不再可能傳播波。 

但是，波浪傳遞的能量會發生什麼呢？ 它不會消失； 它必須被吸收或反映出來。 岩壁不吸收波能，因此會發生反射-能量繼續以波形形式傳播，但方向相反。 但是，海灘使波能以更平緩和自然的方式消散。 海灘吸收了波的能量，因此反射最小。

從水到電子
電路也存在影響波傳播的不連續性。 在這種情況下，關鍵參數是阻抗。 想像一下沿著傳輸線傳播的電波； 這相當於大海中間的水浪。 

該波及其相關能量正在從源到負載平穩傳播。 最終，電波到達了目的地：天線，放大器等。

從上一頁我們知道，當負載阻抗的幅度等於源阻抗的幅度時，就會發生最大的功率傳輸。 （在這種情況下，“源阻抗”也可以指傳輸線的特徵阻抗。） 

在阻抗匹配的情況下，實際上不會有間斷，因為負載可以吸收所有波能。 但是，如果阻抗不匹配，則僅吸收一部分能量，而剩餘的能量將以沿相反方向傳播的電波的形式反射。

反射能量的大小受源阻抗和負載阻抗之間不匹配的嚴重性影響。 兩種最壞的情況是開路和短路，分別對應於無限負載阻抗和零負載阻抗。 

這兩種情況代表完全不連續； 無法吸收任何能量，因此所有能量都會被反射。

匹配的重要性
如果您參與過射頻設計或測試，您就會知道阻抗匹配是一個常見的討論話題。 我們現在知道阻抗必須匹配才能防止反射，但為什麼如此關注反射呢？

第一個問題就是效率。 如果將功率放大器連接到天線，則我們不希望將一半的輸出功率反射回放大器。 

重點是產生可以轉換為電磁輻射的電能。 通常，我們要將功率從源轉移到負載，這意味著反射必須最小化。

第二個問題更加微妙。 通過傳輸線傳輸到負載阻抗不匹配的連續信號將導致連續反射信號。 這些入射波和反射波彼此通過，並以相反的方向傳播。 干擾會導致駐波，即駐波模式等於入射波和反射波之和。 

該駐波確實會在電纜的物理長度上產生峰值幅度變化； 某些位置的峰值幅度較高，而其他位置的峰值幅度較低。

駐波會導致電壓高於傳輸信號的原始電壓，在某些情況下，其影響嚴重到足以對電纜或組件造成物理損壞。

總結

*電波會受到反射和乾擾。

*當水波到達諸如石牆之類的物理障礙物時會反射。 類似地，當AC信號遇到阻抗不連續時，會發生電反射。

*我們可以通過將負載阻抗與傳輸線的特徵阻抗匹配來防止反射。 這允許負載吸收波能。

*反射是有問題的，因為它們會減少可以從源傳輸到負載的功率。

*反射也會導致駐波； 駐波的高振幅部分可能會損壞組件或電纜。

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