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技術專題
了解互連和天線上的駐波圖
電磁波的反射是物理系統(tǒng)中的基本現(xiàn)象，但在電子設備中可能并不需要。在諸如PCB中的傳輸線之類的導電元件上形成的駐波圖會發(fā)出強烈的輻射，這可能不是理想的。對于天線而言，駐波是自然的，并且會在特定頻率下產生強輻射，而它們卻會對傳輸線造成干擾。
當您想要控制駐波圖時，您需要通過阻抗控制和阻抗匹配來設計互連和天線中的反射。根據阻抗失配的程度，您可以了解使用諧波信號驅動時在互連上希望看到的駐波模式。對于諸如數字脈沖之類的寬帶信號，結果要復雜得多，但是相同的概念可以通過正確的PCB設計和分析工具集應用。
反射如何形成駐波模式
駐波可以在許多物理系統(tǒng)中形成，并且在某些情況下，駐波對應于系統(tǒng)本征模的共振頻率。在電子產品中，當在互連上傳播的電磁波反射出具有阻抗失配的接口時，就會形成駐波。
當反射波和入射波完全同相時，會形成駐波，該駐波沿互連線的長度顯示為固定的正弦波。
如果沿著包含駐波的互連的整個長度看電場，則電場看起來就像是駐波。駐波可形成一定范圍的頻率。這意味著，如果互連的一端有反射，則單諧波交流電源可以激發(fā)強大的聲望。如下圖所示：
基波（n = 1）和高階（n> 1）諧波的駐波模式。
在這里，我們需要兩條信息來計算駐波激發(fā)頻率，并描述互連上的波的反射和疊加：
反射系數：界面處的反射系數用于描述波從界面反射時所經歷的強度和相移。
互連或天線的長度：一旦發(fā)生反射，波將通過結構的長度向后傳播。駐波圖案將僅在電氣較長的結構上形成，其長度將確定允許的駐波頻率/波長。
波的傳播速度：波的傳播速度（即互連上的光速）將決定駐波的波長，從而決定可激發(fā)駐波的特定頻率。
阻抗不匹配時發(fā)生的反射可能會在傳輸線上，傳輸線與天線之間的界面上或天線內發(fā)生。讓我們看一下每種情況，以更好地了解這些駐波模式是如何形成的。
傳輸線
為了處理傳輸線，我們需要使用反射結構中的源極和負載側阻抗來計算的反射系數。下圖顯示了當交流諧波諧波從兩個通用阻抗反射而來時可能形成的駐波模式，兩個阻抗在互連的每一端。這是傳輸線中的常見示例，其中負載具有特定的阻抗值，并且可能在其輸出端終止。當傳輸線足夠長時，反射系數根據傳輸線的特性阻抗和負載阻抗定義在界面上。
互連中的反射系數和駐波圖形成。
在特定頻率下，傳輸線將支持上面所示的那種駐波圖。在線路外部，一些功率被傳輸到負載，這可能會遭受線路外部的損耗。該負載可能是一些簡單的組件，天線或復雜的電路。通常，不需要這些駐波圖，因為線路上存在大的振蕩，會產生輻射。由于線路和天線之間的不匹配，這些振蕩也可能在天線饋線上發(fā)生。但是，在天線內部，情況卻有所不同。
天線駐波
由于天線開口端的阻抗不匹配，會在天線上形成駐波。對于超出天線邊界的空氣，存在阻抗不匹配的情況。在特定的頻率下，可以激發(fā)一個與天線結構的特定本征模式相對應的駐波圖，類似于在諧振腔或波導中發(fā)生的情況。調整模態(tài)頻率是天線設計中的一項重要任務，并且仍然是一個持續(xù)的研究課題。
盡管天線具有駐波，但我們不希望駐波的地方是饋線。饋線中的駐波會干擾PCB的其他部分，因此需要消除天線輸入處的反射。這是我們使用阻抗匹配網絡將天線輸入阻抗和饋線特性阻抗設置為相等的原因之一。
提取寬帶信號的阻抗和S參數
對于寬帶信號，我們需要系統(tǒng)的S參數，因為這是處理反射的最佳方法。除非特定的頻率主導了信號的功率譜，否則不一定會形成如上所示的相干駐波圖。為了最好地了解寬帶信號如何與諧振結構相互作用，最好使用S參數。最好的設計軟件可以直接從您的布局確定阻抗和網絡參數，從而使您能夠識別強烈的反射和布局中駐波的潛力。