[科普]来射频微波世界一游：①啥是驻波？

来源：面包芯语 2023-06-06 09:58:51

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这是射频美学的第1284期分享。

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宗旨|看到的未必是你的，掌握底层逻辑才是。

序言：站在宇宙的角度看，人是渺小的。站在频域的角度上看，可见光的频带是极窄的。在可见光的频带下游，有个人眼无法察觉的微波世界，它真实存在又至关重要。看不见的它似乎难以捉摸，可要是我们能看见呢？建此专栏带同学们一览这魔法世界的神奇。

类比、演示和“所有都被一笔带过”的公式

类比：让我们先回到高中的物理课上，物理老师出了一道实践题：

你有以下物件，请点亮灯泡：①电池*1②导线*2③灯泡*1

实操：

我们拿导线1连上电池的正极和灯泡的正，然后再拿导线2连上电池的负极和灯泡的负，当导线2刚和灯泡有效接触的瞬间：

只听一声啪!很快啊，灯泡瞬间就亮了。如果忽略灯泡发亮的过程、灯光传输到眼睛和眼睛反应的时间，那么这个时隙就是电传播所需时间，接近光速。

那么对应地来到RF领域(名词解释)：

灯泡→负载：用来消耗传输线从源处传输过来的能量

电池→信号源：由晶振加电发生，再经变频和放大到需要的功率。一般直

接看最后一级功放的输出功率是多少dBm

导线1→信号线：大部分情况下认为只有它是带电的。

导线2→返回路径：大部分情况下认为它不带电，作为信号线上电平的参考地，必须与信号线构成回路，负载才能工作

简而言之：

负载两侧的电压差驱动其运行，持续的电压差需负载和源形成回路

演示：那我们把频率f升高看看会如何呢？有个很明显的特征是，导体上的电压不再是低频和直流状态下的处处相等，反而是出现时而正时而负的正弦特性，这就是长线效应：

当导体长度=20mm,频率1MHz时，轴向几乎处处相等的电场（短线）

当导体长度=20mm,频率100GHz时，电场在轴向成正弦分布，像一串行走的糖葫芦（长线）

此时再来看传输线，不能再之前那么理想了。我们截取一段长度▲z长度的传输线来分析这均匀的分布参数，有导体自身的自感L0，有导体电阻R0，信号线和回路间的物理结构是导体+介质+导体，天然就是个电容C0，导体之间虽有绝缘介质却也不是1个电子都不能通过，故有电导G0，那么传输线模型就建好了。

让我们跳过基尔霍夫原理方程-跳过电报方程-跳过推导直接得到这个至关重要的公式，并记住一个结论：

传输线的特征阻抗等于单位电感除以单位电容再开根号。传输线的特征阻抗和源的内阻及负载的阻抗相同时称为匹配，能量可以完美的传输，其它情况统称不匹配，能量会以各种形式反射回去。

驻波：当反射足够强到全反射时，会在电缆的轴向上看到有些地方的电场永远为零，有些地方永远是最强场强处，电磁波不走了，仿佛停滞在这里。

接下来让我们来看看这些传输线的状态：

补充解释：

理想中的天线应该把接收的能量完全辐射到指定范围

假负载：指只是用来吸收RF能量而无实际作用，RF能量进入假负载后

能量大多转换为热

平衡与不平衡：大部分情况我们认为地上不带电，其实质是由于信号线与返回路径的结构导致，当交变的电磁场未能整体激起地上的电压波动时，

我们认为它不带电。不平衡模式多出现在同轴线、微带线等地相对信号线非常大的情况，平衡模式常出现在巴伦、双线系统这种信号

线和返回路径尺寸相比拟时。带地的差分传输系统另谈。

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