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Aug 18, 2023

RF の謎を解く

Anton Patyuchenko, Ingegnere delle applicazioni sul campo Risposta: In questo articolo:

Anton Patyuchenko、フィールド アプリケーション エンジニア

答え：この記事では、RF 設計に固有の重要な特性の 1 つである波の反射に関連する用語について、非 RF エンジニア向けに簡単に説明します。 低周波数で動作する通常の回路と RF 周波数用に設計された回路の主な違いは、電気的サイズです。 RF 設計では、さまざまな波長のサイズを使用できるため、要素の物理的寸法にわたって電圧と電流の大きさと位相が変動します。 これにより、RF 回路には、その設計と解析に使用される中心原理の基礎となる多くの基本特性 1 が与えられます。基本概念と用語

任意の負荷で終端された伝送線路 (同軸ケーブルやマイクロストリップなど) を考え、図 1 に示すように波量 a と b を定義します。

これらの波量は、この負荷に入射および反射される電圧波の複素振幅です。 これらの量を使用して、入射波の複素振幅に対する反射波の複素振幅の比を表す電圧反射係数 Γ を定義できます。

反射係数は、伝送線路の特性インピーダンス Z0 と負荷の複素入力インピーダンス ZL を使用して次のように表すこともできます。

RF エンジニアリングは通常、Z0 = 50 Ω に依存します。これは、同軸伝送線で達成できる信号減衰と電力処理能力との間の妥協点です。 ただし、一部のアプリケーション (RF 信号を長距離にわたって送信する必要がある放送システムなど) では、ケーブル損失を低く抑えるために Z0 = 75 Ω を選択するのが一般的です。

特性インピーダンスの値が何であっても、負荷インピーダンスが同じ (ZL = Z0) であれば、この負荷は伝送線路に整合していると言われます。 この条件は、図 1 に示すように、信号源が伝送線路に一致している場合にのみ有効であることに注意してください。この記事ではこれを想定しています。 この場合、反射波はなく (Γ = 0)、負荷は信号源から最大電力を受け取りますが、全反射 (|Γ| = 1) の場合、電力は信号源に供給されません。まったく負荷がかかります。

負荷が不整合 (ZL ≠ Z0) の場合、入射電力をすべて受け取ることができません。 対応する電力の「損失」はリターンロス (RL) として知られており、次の式を使用して反射係数の大きさに関連付けることができます。

リターンロスは、負荷に入射する電力と負荷から反射される電力の比を表します。 リターンロスは常に負ではない量で、負荷がソースに向かって「見た」ネットワークのインピーダンスにどの程度整合しているかを示します。

負荷が不整合の場合、反射波の存在により定在波が発生し、線路に沿った位置に応じて変化する電圧の大きさが一定ではなくなります。 この回線のインピーダンス不整合を定量化するために使用される尺度は定在波比 (SWR) と呼ばれ、次のように定義されます。

SWR は最大電圧と最小電圧の観点から解釈されることが多いため、この量は電圧定在波比 (VSWR) としても知られています。 SWR は 1 から無限大までの範囲の値を取ることができる実数で、SWR = 1 は負荷が一致していることを意味します。

結論

RF 回路には、通常の回路とは異なる多くの基本的な特性があります。 マイクロ波回路の設計と解析では、実際的な関心のある問題を解決するために拡張概念を使用する必要があります。 この記事では、RF システムの主な特性の 1 つである波の反射に関連する重要な概念と用語のいくつかを紹介し、説明しました。

アナログ・デバイセズは、幅広い RF アプリケーションにわたる最も要求の厳しい要件に対処するための、深いシステム設計専門知識と組み合わせた、業界で最も広範な RF 集積回路のポートフォリオを提供します。 さらに、アナログ・デバイセズは、設計ツール、シミュレーション・モデル、リファレンス・デザイン、ラピッド・プロトタイピング・プラットフォーム、RFエンジニアをサポートし、ターゲット・アプリケーションの開発プロセスを容易にするディスカッション・フォーラムを含むエコシステム全体を提供します。

参考文献 1 MS グプタ。 「RFって何？」 IEEE マイクロウェーブ マガジン、Vol. 2、No. 4、2001 年 12 月。ヒーベル、マイケル。 ベクトル ネットワーク解析の基礎。 ローデ・シュワルツ、2007 年。Pozar、David M. マイクロ波工学、第 4 版。 ワイリー、2011年。

著者について：アントン・パチュチェンコは、2007 年にミュンヘン工科大学でマイクロ波工学の理学修士号を取得しました。卒業後、アントンはドイツ航空宇宙センター (DLR) で科学者として働きました。 彼は 2015 年にフィールド アプリケーション エンジニアとしてアナログ デバイセズに入社し、現在、RF アプリケーションに特化した © Analog Devices の戦略的主要顧客にフィールド アプリケーション サポートを提供しています。 [email protected] までご連絡ください。