射频电路设计 pdf(射频电路设计理论与应用pdf)

 

阻抗匹配是射频（RF）设计和测试的基本要求。阻抗不匹配引起的信号反射会导致严重的问题。

当您处理由理想电源，传输线和负载组成的理论电路时，匹配似乎是一项微不足道的常识。

假设负载阻抗ZL是固定的。我们需要做的就是包括一个等于ZL的源阻抗（ZS），然后设计传输线，使其特性阻抗（Z0）也等于ZL。

但是，让我们暂时考虑一下在由众多无源元件和集成电路组成的复杂RF（射频）电路中实施此方案的难度。如果工程师不得不根据选择的一个阻抗作为所有其他阻抗的基础来修改每个组件并指定每个微带的尺寸，那么射频（RF）设计的过程将非常笨拙。

此外，这还假定该项目已经进入PCB阶段。如果我们想使用离散模块以现成的电缆作为互连来测试和表征系统，该怎么办？在这种情况下，补偿不匹配的阻抗更加不切实际。

解决方案很简单：选择可在众多RF（射频）系统中使用的标准化阻抗，并确保相应设计组件和电缆，等都已经选择了该阻抗：业界选择的这种标准阻抗的单位是欧姆，数字是50。

50Ω（欧姆）

首先要了解的是，对于50Ω阻抗，本质上没有什么特别的。虽然您可能会觉得，如果您花了足够的时间来和RF（射频）工程师一起工作，就会感觉到那并不是一个基本的常数。它甚至不是电气工程的基本常数，例如，请记住，简单地改变同轴电缆的物理尺寸都会改变它的特性阻抗。

尽管如此，50Ω阻抗还是非常重要的，因为大多数RF（射频）系统都围绕该阻抗进行设计。很难确切地确定为什么50Ω成为标准的RF（射频）阻抗，但是可以合理地假设发现50Ω在早期同轴电缆的情况下是一个很好的折衷方案。

当然，重要的问题不是这个特定值的来源，而是具有此标准化阻抗的好处。实现完美匹配的设计要简单得多，因为IC，固定衰减器，天线等制造商可以考虑这一阻抗来构建其部件。而且，PCB布局变得更加简单，因为如此多的工程师都有相同的目标，即设计特征阻抗为50的微带和带状线。

根据Analog Devices的该应用笔记（MT-094.pdf），您可以按以下方式创建50Ω微带：1盎司铜，20 mil宽的走线，走线和接地层之间的间隔为10 mil（假设采用的是FR-4的电介质材料）。

在继续进行之前，我们要弄清楚，并不是每个高频系统或组件都针对50Ω设计的。可以选择其他值，实际上75Ω阻抗仍然很常见；同轴电缆的特性阻抗与其外径（D2）与内径（D1）之比的自然对数成正比。

这意味着内部导体和外部导体之间的更大间隔对应于更高的阻抗。两个导体之间的较大间距也导致较低的电容。因此，75Ω同轴电缆的电容比50Ω同轴电缆的电容低，这使75Ω电缆更适合于高频数字信号，因为这种信号需要低电容，以避免与逻辑低和逻辑高之间的快速过渡相关的高频内容过度衰减。

反射系数

互联网小常识：CIDR使得路由选择变成了从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由的过程，这就是“最长前缀匹配”的路由选择原则。

考虑到阻抗匹配在RF设计中的重要性，我们不奇怪发现有一个用于表示匹配质量的特定参数。称为反射系数；该符号为Γ（希腊大写字母gamma）。它是反射波的复振幅与入射波的复振幅之比。但是，入射波和反射波之间的关系由源阻抗（ZS）和负载阻抗（ZL）确定，因此可以根据这些阻抗定义反射系数为：

如果在这种情况下源是传输线，我们可以将ZS更改为Z0，得到的反射系数如下：

在典型的系统中，反射系数的大小为0到1之间的某个数字。让我们看一下数学上最简单的三种情况，以帮助我们了解反射系数与实际电路行为的对应关系：

a、如果匹配完美（ZL = Z0），则分子为零，因此反射系数为零。这是有道理的，因为完美匹配不会导致反射。

b、如果负载阻抗是无限的（即开路，ZL = 无穷大），则反射系数变为无穷大除以无穷大，即为1，而反射系数为1对应于全反射，即所有波能都被反射。这也是有道理的，因为连接到开路的传输线对应于一个完全的不连续性（请参见上一讲的内容）-负载不能吸收任何能量，因此必将被全部反射。

c、如果负载阻抗为零（即短路，ZL = 0），则反射系数的大小变为Z0除以Z0。这样我们又有了|Γ| = 1，这也是有道理的，因为短路也对应于不能吸收任何入射波能量的阻抗完全不连续性。

驻波比（VSWR）

用于描述阻抗匹配的另一个参数是电压驻波比（VSWR），定义如下：

从所得驻波（VSWR）的角度来看，VSWR接近阻抗匹配。它传达了最高驻波幅度与最低驻波幅度之比。有很多驻波（VSWR）视频可以帮助您可视化阻抗失配与驻波幅度特性之间的关系，下图显示了三种不同反射系数的驻波幅度特性。

VSWR通常表示为比率:完美匹配将是1：1，这意味着信号的峰值幅度始终相同（即没有驻波）。 2：1的比率表示反射已导致驻波，其最大振幅是其最小振幅的两倍。

总结

1、标准化阻抗的使用使RF设计更加实用和高效。

2、大多数RF系统的阻抗约为50Ω。某些系统使用75Ω。后一个值更适合于高速数字信号。

3、阻抗匹配的质量可以通过反射系数（Γ）在数学上表示。完全匹配对应于Γ= 0，而完全不连续（其中所有能量都被反射）对应于Γ= 1。

4、量化阻抗匹配质量的另一种方法是电压驻波比（VSWR）。

互联网小常识：交换机的交换模式主要分静态交换和动态交换，动态交换又分为快速转发、碎片丢弃和存储转发。三个的转发时机分别为：获得目的MAC后（14B），获得前64B后，获得整个数据帧。

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