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其实匹配不好带来的损耗,还是挺严重的!

07/08 09:30
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射频设计中,损耗是一个不可避免的挑战。为了降低信号损耗,我们通常会采取多种措施,例如选择导电率更高的金属(如铜或银)作为导体,或者使用损耗角正切更小的板材(例如罗杰斯的微波板)。然而,除了这些材料选择之外,还有一种损耗可以通过优化设计来改善,那就是失配损耗。

失配损耗的定义与原理失配损耗(Mismatch Loss)是由于传输线的阻抗不匹配而导致的能量损耗。在射频系统中,阻抗匹配是确保信号高效传输的关键。当信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗不匹配时,部分信号能量会被反射回信号源,而不是被负载吸收。这种反射现象导致了能量的损失,即失配损耗。

阻抗匹配的参数在射频设计中,阻抗匹配通常通过以下参数来描述:

• 反射系数(Γ):表示反射能量与入射能量的比值。

• 回波损耗(Return Loss):表示反射能量的大小,通常以分贝(dB)表示。

• 电压驻波比(VSWR):表示传输线上电压的最大值与最小值之比,用于衡量阻抗匹配的程度。

尽管这些参数经常被提及,但失配损耗本身却较少被讨论。实际上,失配损耗是由于电磁波反射引起的能量损失,其本质就是反射的能量无法被负载有效吸收。失配损耗的计算失配损耗可以通过以下公式计算:

上式中的Γ 就是反射系数,当反射系数Γ为0(完全匹配)时,失配损耗为0 dB,表示没有能量损失。当反射系数Γ接近1(完全反射)时,失配损耗会变得非常大,表示大部分能量被反射。

失配损耗到底有多大呢?

关于匹配,不同的射频系统有不同的要求,比如电视广播发射系统,通常要求VSWR 小于1.1,也就是回波损耗RL要到26.5dB以下,而通信基站通常要求VSWR小于1.5,回波损耗RL 大于14dB,手机射频前端端一般要求VSWR小于2,回波损耗RL大于9.5dB即可。

为什么差别这么大呢?

这个要从失配损耗的大小说起。下表给出了答案,当VSWR小于1.1时,失配损耗仅为0.01 dB。这种极低的损耗水平对于高功率的电视广播发射系统至关重要,因为它能确保系统在传输高功率信号时的能量损耗最小化;当VSWR为1.5时,失配损耗增加到0.18 dB。虽然这一损耗水平对于高功率的电视广播发射系统来说可能较为显著,但对于功率相对较低的基站系统,仍然是可以接受的;当VSWR达到2时,失配损耗进一步增加到0.5 dB。

这一损耗水平对于基站系统来说已经较为显著,但对于手机终端等低功率设备,其影响相对较小,因为手机终端的信号功率本身较低,失配损耗所占比例相对较小。

所以,从成本,效能和系统的平衡中,我们选择了一个还可以接受的匹配标准。但是如果说哪种匹配最好,其实我们最想要的就是没有失配损耗,即匹配实现理想匹配。这样我们只需要承受材料带来的痛楚就可以了。附件1,常用金属材料的导电率列表

附件2,常用PCB板材的介电常数和损耗角正切

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