PCB設(shè)計互連和天線駐波圖的理解

電磁波的反射是物理系統(tǒng)中的基本現(xiàn)象，但在電子設(shè)備中可能不需要。 在 PCB 板中的傳輸線等導電元件上形成的駐波圖案會發(fā)出強烈的輻射，這可能并不理想。 對于天線來說，駐波是自然的，會在特定頻率產(chǎn)生強烈的輻射，同時它們會干擾傳輸線。

當你想要控制駐波圖時，你需要通過阻抗控制和阻抗匹配來設(shè)計互連和天線中的反射。 根據(jù)阻抗不匹配的程度，您可以了解在使用諧波信號驅(qū)動時希望在互連上看到的駐波模式。 對于數(shù)字脈沖等寬帶信號，結(jié)果要復雜得多，但可以通過正確的 PCB 設(shè)計和分析工具集應(yīng)用相同的概念。

反射如何形成駐波模式

許多物理系統(tǒng)都可以形成駐波，在某些情況下，駐波對應(yīng)于系統(tǒng)本征模的諧振頻率。 在電子產(chǎn)品中，當在互連線上傳播的電磁波反射到阻抗不匹配的界面時，就會形成駐波。

當反射波與入射波完全同相時，會形成駐波，駐波沿互連線長度顯示為固定的正弦波。

如果觀察沿包含駐波的互連的整個長度的電場，電場看起來像駐波。 駐波可以形成一定范圍的頻率。 這意味著如果在互連的一端存在反射，則單次諧波交流電源可以激發(fā)很強的聲望。 PCB加工廠和PCB組裝廠講解對天線上PCB設(shè)計、互連和駐波圖的理解。

這里，我們需要兩條信息來計算駐波激勵頻率和描述波在互連線上的反射和疊加：

反射系數(shù)：界面處的反射系數(shù)用來描述波從界面反射時所經(jīng)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(jié)構(gòu)的長度向后傳播。 駐波圖案只會在電長結(jié)構(gòu)上形成，其長度將決定允許的駐波頻率/波長。

波的傳播速度：波的傳播速度（即互連線上的光速）將決定駐波的波長，從而決定能夠激發(fā)駐波的具體頻率。

阻抗不匹配時發(fā)生的反射可能發(fā)生在傳輸線上、傳輸線與天線之間的界面上或天線中。 讓我們看看每種情況，以更好地理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(jié)構(gòu)中的源端和負載端阻抗來計算反射系數(shù)。 下圖顯示了交流諧波從互連兩端的兩個公共阻抗反射時可能形成的駐波模式。 這是傳輸線中的一個常見示例，其中負載具有特定的阻抗值并且可能終止于其輸出端。 當傳輸線足夠長時，根據(jù)傳輸線的特性阻抗和負載阻抗在接口上定義反射系數(shù)。

形成互連中的反射系數(shù)和駐波圖。

在特定頻率下，傳輸線將支持如上所示的駐波圖。 在線外，部分功率被傳輸?shù)截撦d，負載可能在線外遭受損失。 負載可能是一些簡單的元件、天線或復雜的電路。 通常不需要這些駐波圖，因為線路上有較大的振蕩，會產(chǎn)生輻射。 由于線路和天線的不匹配，這些振蕩也可能發(fā)生在天饋線上。 然而，在天線內(nèi)部，情況就不同了。

天線駐波

由于天線開路端的阻抗不匹配，會在天線上形成駐波。 對于天線邊界之外的空氣，存在阻抗失配。 在特定頻率下，可以激發(fā)與天線結(jié)構(gòu)的特定本征模式相對應(yīng)的駐波模式，類似于諧振器或波導中發(fā)生的情況。 調(diào)整模態(tài)頻率是天線設(shè)計中的一項重要任務(wù)，也是一個正在進行的研究課題。

雖然天線有駐波，但我們不希望駐波所在的地方成為饋線。 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端的反射。 這也是我們采用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，使天線輸入阻抗與饋線特性阻抗相等的原因之一。

提取寬帶信號的阻抗和S參數(shù)

對于寬帶信號，我們需要系統(tǒng)的S參數(shù)，因為這是處理反射最好的方法。 除非特定頻率支配信號的功率譜，否則可能無法形成上圖所示的相干駐波圖。 為了最好地理解寬帶信號如何與諧振結(jié)構(gòu)相互作用，最好使用 S 參數(shù)。 最好的設(shè)計軟件可以直接從您的布局中確定阻抗和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使您能夠識別布局中強反射和駐波的可能性。 PCB加工廠和PCB組裝廠講解對天線上PCB設(shè)計、互連和駐波圖的理解。