射频电路和低频电路,从某个层面来讲,其实一样~

原创 加油射频工程师 2024-04-28 11:01

今日正文

在低频电路中,电压和电流的关系如下图所示。

其实,在射频电路中,也还是这样。

只不过,射频中的R,C,L,可能和低频电路一样,是具象的R,C,L,也有可能是抽象的存在,比如一根传输线,也可以把它看成R,L,C的组合。但是,电压和电流的关系还是低频电路的那种关系。总电压和分电压之间,总电流和分电流之间仍然满足基尔霍夫电压和电流定律。

以一根普通的传输线,对于低频信号而言,只是起一个连接的作用;但是对于射频信号而言,就不是一个简单的连接。射频电路,因为工作频率高,波长短,通常波长的长度和传输线的长度能够比拟了。

但是,如果用微分的视角来看传输线,取传输线中无限小的一段dZ,那就又可以用低频电路中电压和电流的关系了。这一无限小的一段,可以用如下电路来等效。

然后对上面的微分方程组求解,就可以得到传输线上的电压和电流,如下图所示。

所以,传输线上的电压和电流,可以分解成入射波和反射波。因为有入射波和反射波,也就有了反射系数这一说。

但是总电压V(z)和I(z)之间,还是存在和低频电流一样的关系,即:

等分析射频电路的时候,虽然V(z)和I(z)还是存在如上的关系,但是测起来,就没有低频那么方便了。

比如说,分析低频电路时,我们可以通过测试电阻两端的电压和通过电阻的电流,来计算出电阻的大小。

理论上,分析射频电路时,也可以这样干,但是难就难在,内阻小的电流表和内阻大的电压表,在射频的时候,实现起来并没有那么容易。而且,对于射频电路而言,当负载为短路或开路的时候,经常会出现工作不正常的情况;比如说,放大器在负载为短路或开路的时候,自激的概率就会大很多。

那怎么办呢,用什么来表征射频器件的性能呢?那就是大家非常熟悉的S参数。

S参数定义中主要涉及这么几个参量,即各个端口的入射波,反射波,而且是在端口都是匹配状态下来得到。

然后基于S参数,又可以做很多指标的变种。

比如说对于放大器而言,S11,S22则是放大器的反射系数,而S21则是放大器的增益。

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