一、基本概念

在高頻/射頻領域內(nèi)，最重要的基本概念就是沿著傳輸線傳輸?shù)娜肷洳?、反射波以及傳輸波。其實理解這些概念，可以類比光的傳播（這些知識初中就學過），一束光在相同介質(zhì)是沿著直線傳播的，但光從空氣入射到水中（介質(zhì)發(fā)生改變），有一部分光發(fā)生反射、一部分發(fā)生折射；如果介質(zhì)是由損耗極大的材料組成，則入射光全部被反射（如鏡子）。

圖1

同樣，射頻信號就好比光（其實光也是一種波），傳輸線就好比介質(zhì)，它的特征阻抗表征了這種材料。當傳輸線無限長時，射頻信號無反射，即入射信號=傳輸信號，但實際不存在無限長的傳輸線，傳輸線終端接的阻抗ZL就顯得十分重要了（通常傳輸線的特征阻抗Z0為正實數(shù)：50或者70歐）：

1、ZL = Z0時（相當于兩者介質(zhì)相同），此時傳輸線可以看成無限長，無反射波，輸入信號=傳輸信號，此時又稱為傳輸線終端阻抗匹配。

2、ZL != Z0時（相當于不同介質(zhì)，如空氣和水），此時在傳輸線終端會發(fā)生反射，傳輸信號=入射信號-反射信號，這又稱為阻抗失配。

二、在高頻/射頻下，為什么這些概念如此重要？

對比低頻和高頻信號：

1、低頻情況（波長遠大于線長）：電流更容易沿著導線傳播從而獲得有效的功率傳輸，測量電壓和電流不依賴于線的位置，也就是說一根導線電流電壓處處相等（初中學的）；

2、高頻/射頻情況（信號波長遠小于傳輸線長度，一般是小于等于10倍傳輸線長）：這需要傳輸線來傳輸信號，此時，為了減小反射信號獲得最大功率傳輸，匹配傳輸線特征阻抗顯得十分重要。傳輸線上測量的電壓取決于測量點沿線的位置（即傳輸線上電壓不是處處相等）。

之所以這些概念特別重要，是因為我們可以用特定的負載與傳輸線特征阻抗匹配來替代無限長傳輸線，是最大的功率傳輸?shù)截撦d，這是一件多么神奇的事情?。。?/p>

三、傳輸線終端匹配的三種情況（假設其特征阻抗為正實數(shù)Z0=50歐，負載為ZL）：

1、ZL=Z0（匹配）：理想情況下，負載無反射信號，此時傳輸線相當于無限長，如果我們沿著傳輸線觀察射頻信號包絡，它是常數(shù)（也就是沒有駐波），是因為入射信號能量只沿著一個方向傳播。

圖2

2、ZL=0（短路）或者ZL=無窮大（開路）：短路情況下，由于負載不消耗任何功率，能量在負載不知道往哪里傳輸，所以全部反射到源，用歐姆定律解釋，負載短路，負載兩端電壓為0，也就是說電壓完全被反射回源，且和入射信號幅值相等，相位相差180度；同理，對于開路情況，歐姆定律告訴我們，負載兩端電流為0，也就是說電流完全被反射到源，且反射電流信號大小相等、相位差180度。這樣，對于兩種情況，入射信號和反射信號大小相等、傳播方向相反，在傳輸線上的包絡將形成駐波，谷底為0，峰峰值是入射信號幅值的兩倍。為了滿足歐姆定律，峰和谷的位置都會沿傳輸線移動。

圖3

3、ZL=25歐（一般情況）：同理，根據(jù)歐姆定律，有1/3入射信號的信號被反射，相位差180度這點可能比較難理解，負載電壓為1/3Vs，為什么不是2/3的Vs被反射回來了？其實有多少信號被反射是看能量的，并不是只看負載電壓。我是這樣理解的，當終端阻抗匹配時，負載電壓為1/2Vs，此時反射信號為0，而負載為25歐時，負載電壓為1/3Vs，相對于匹配情況，它吸收了2/3的入射信號，有1/3的入射信號被反射到源。（不知道各位還有什么更好地直觀理解，求告知~）。同樣，包絡也會形成駐波，且駐波沒有0點。沿著傳輸線上不同點測量的阻抗也會發(fā)生變化，比如離負載1/4波長的傳輸線，就好比有100歐姆的負載（解釋見書上，實現(xiàn)阻抗變換的方法之一）。

圖4

四、總結(jié)

傳輸線的作用和基本概念是基礎，實際上，在射頻領域有許多理論，這里盡可能減少數(shù)學推導來理解這些概念和應用，如果想看推導，推薦波扎寫的《微波工程》這本書。最后，文中如理解有誤，還望指正~

傳輸線阻抗的計算

設計一個預定的特性阻抗，需要不斷調(diào)整線寬、介質(zhì)厚度和介電常數(shù)。如果知道傳輸線長度和材料的介電常數(shù)，就可以計算出特性阻抗以及其它參數(shù)

求解特性阻抗的途徑有三種：

1. 經(jīng)驗法則；

對于50ohm微帶線：w=2h,對于50Ohm帶狀線：b=2w

經(jīng)驗法則：FR4上50Ω微帶線的線寬w等于介質(zhì)厚度h的兩倍。50Ω帶狀線，兩平面間總介質(zhì)厚度b等于線寬w的兩倍

2. 解析近似；