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1、关于反射驻波的实验高频信号傅送分析为了了解信号的传送，可以以图 3 的实验说明。使用长度为 30m 的同轴电檀线，在电缆综的左端连接脉冲发生器，在右端连接 50的终端负载。在此一状态下，产生脉冲宽度为0.1s=100ns的单次脉冲。图 3 脉冲信号传送实验(使用 30m 的同轴电缆做为实验。由信号源发射脉波宽幅为lOOns(10MHz)的单次脉波冲)照片 29 所示的是以示彼器的 ch A(上方)连接脉波发生器，以 ch B(下方) 连接负载端做为观测。由波形中可以发现 ch A 的脉波发生器端舆 ch B 的负载端亩产生时间上的差距。照片 29 在同轴电缆上传送脉冲波的情形(5V/div，1
2、00ns/div)(图 3 的实验结果，由脉波发生器所发射的脉波，经由同轴电缆传送到负载端子此时会在同轴电缆线上产生传送时间的延迟。在空间的电波传播速度为光速，但是，在同轴电缆线内的傅播速度要乘以速度系敷(=0.62)之所以会产生此一时间差的原因，可以用图 4 所示的电缆线内的信号传送原理来解释。在图(a)中，在脉波产生的同时，於同轴电缆线内会产生电缆面发生了电场，此後，电荷住负载端移动而产生电流，因而会发生磁场。也即是，随着时间的经过，信号会以(a)(b)(c) 的情况前进。这种情况与连续波的高频信号传送相同。双重电波前进波舆反射波的产生高频信号以电波形式在电缆线内传播，很快就到达电缆线的终
3、端。在电缆线终端所连接的负载，会将所传送来的高频能量消耗。此时，假设传送电缆线的阻抗为 Z，终端负载的阻抗为 ZL。而在 Z 不等于 ZL，也即是在阻抗没有匹配的状态下，无法将高频能量完全消耗，所剩下的能量成分会返回至信号源端。因此，在传送电缆线上，除了有从信号源传送至负栽的前进波以外，还有从负载端返回至信号源的反射波存在。关於反射波的存在，可以使用图 3 的电路实验。照片 30 所示的为观察结果。照片(a)为终端负载 ZL=50，也即是在阻抗匹配的情况下，所得到的波形。由於前进波的能量会在终端负载消耗掉，因此，不会产生反射波。照片(b)为将终端负载取开，成为开路状态下的情形，照片(c) 为将
4、终端短路成为非匹配状态下的情形。由於前进波的能量没有在终端负载消耗掉，因此，会有反射波产生。照片 30 前进波与反射波的情形(5V/diV，lOOns/div)(为了观测反射波，发射单次脉冲，在ZL=50的阻抗匹配状态下，不会发生反射波。如果将负载开路，前进波会维持原状反射。在同轴电缆线 30m 上的往返时间只花了约0.3S。如果将负载短路，前进波会反相而反射。反射波的相位在 ZL50时，会反转。)(a)阻抗匹配良好(b)负载端开路(c)将负载端短路前进波+反射波 驻波的产生如图 6 所示，将高频信号利用传送电缆线传送。如果将终端负载设为开路时，由於前进波会在负载端反射，因此在电缆线上同时存在
5、有前进波与反射波。此时，将前进波与反射波合成，便会在电缆线上产生电压波形，此一电压波形与时间无关，在同一位置发生，因此称其为驻波(Standing wave)。前进波(进行波)与反射波的关系可以用反射系数表示。其关系如下：=反射波的振幅/前进波的振幅，又=(ZL-Z)/(ZL+Z)图 6 驻波产生分析(前进波与反射波在传送路径上合成後便成为驻波，此驻波与时间无关永远维持一定的波形)=反射波的振幅/前进波的振幅，或者=(ZL-Z)/(ZL+Z) 另外，在传送路径上所形成电压的最大值 Vmax 与最小值 Vmin 之比，虽然称为电压驻波此VSWR，但一般的情况仅以驻波此 SWR 替代。SWR 可以
6、用以下式子表示。SWR=Vmax/Vmin 或 SWR=（1+T）/（1-T|)如何降低传输过程中的高频功率损耗-阻抗匹配高频信号所使用的机器或电缆线，都有其固有的阻抗，一般的机器阻抗为 50或 75。各高频机器间连接时，为了有效率地传送功率，需要阻抗匹配良好，俗称“阻抗匹配”。图 7 所示的为阻抗匹配与功率的关系。在圆(a)的电路中，假设传送方的输出阻抗为 r，负载方的阻抗为 R，则供应至负载的功率 P 为在此，令 r=50，改变 R 值而求功率 P，会得到如图(b) 所示的图形。由此，可以看出在 R=r 时，所供应的功率 P 为最大，此称为阻抗匹配。信号的大小表示分贝dB关於放大率、增益与
7、信号的大小，一般均用用分贝dB表示。表示方法如表 1 所示有 3 种方法。高频电路的增益是指功率增益。(注：国内“常用对数”表示为 lg，也即 log10X；原文为 log，现保留，下同。)相对位准用 dB 表示对於放大器的放大率或电阻的衰减度而言，为一种相对的表示方法，此时可以用输人为基准，表示输出的大小。功率放大率 Gp，可以表示如下。Gp=10(Po/Pi)dB 绝对位准用 dBm 表示以 1mW 为基准的表示方法。也即是以 Pm=1mW 为基准值，例如，P=100mW 时，用dBm 可以表示如下。Gm=10 (P/Pm)=10log100=20dBm绝对位准用 dB表示以 1V为基准的
8、表示方法。也即是以 Vp=1V为基准值。例如，V=1V 时，用 dB可以表示如下。Gv=20(V/V)=2010 6=120dBdB对於高频电路的测试，可以使用如图 8 所示的标准信号发生器 SSG(Standard Signal Generator)做为信号源，此一 SSG 的输出常用 dBm 与 dB表示。此处，dBm 为功率的输出表示。也即是，SSG 的输出在连按 ZL=50负载并取得阻抗匹配状态下的输出值。而 dB为 SSG 的输出端子为开路状态下的输出电压值。因此，如果在输出端连接 ZL=50的负载时，实际的输出值比此 SSG 的表达值小 6dB。图 8 SSG 的输出位准 (对於
9、SSG 的轮出位准可以用 dBm 或 dB表示。此时 dBm 为 SSG 在阻抗匹配状态下的输出值，而 dB为输出开路状态下的输出值。)备注栏：关於 dB与 dBmdB是以 1V为基准的电压表示。例如，1mV 可以用 60dB表示。又，SSG 的输出位准是在无负载情况下的表示值。dBm 为 1mW 为基准的电功率表示。例如，0.0lmW 可以用-20dBm 表示。又，SSG 的输出位准为在额定负载情况下的表示值。（数字信号及其频谱）高频放大器设计与制作放大电路可以说是模拟信号处理电路的基本单元，尤其对高频接收机与发射机而言。在接收机里，放大电路要将从天线所输入的 V 单位的小信号加以放大，在发
10、射机方面，功率放大电路也要将信号放大至以 W 为单位的信号级别。在本章中，将依次分析小信号高频放大器，宽频带放大器，功率放大器等 3 种不同类型的放大电路。 2-1 在高频放大电路所要求的特性对於所使用的频带的功率增益要高在直流放大和低频放大电路中，增益(Gain)一般是指电压增益；而在高频率电路中，增益一般常用功率增益来表示。例如，在图 2-1 所示的电路中，由天线所输入的信号为-30dBm(0.00lmW)，当高频放大器的功率增益为 25dB 时，输出信号变成为-5dBm。图 2-1 高频电路的增益为功率增益(在高频放大器中，一般是以每级功率增益限制在2030dB 的程度来设计。如图若输入
11、信号为-30dBm，增益为 25dB 时，放大後的信号成为-5dBm。)产生的杂讯要很小S/N 称为信噪比，常用于表示信号的品质，反映具体信号中有用信号和杂讯的比率。如图 2-2 所示，由於放大器在放大信号的同时，内部本身也会产生杂讯，故信号在输出端较之输入端的 S/N 值要小，品质会变差。对於由於放大而造成信号 S/N 变化，可以用杂讯指数 NF 表示。理想放大器的 NF 为0dB。图 2-3 所示的为改善 NF 的例子，在杂讯指数为 8dB 的接收机，连接前置放大器(pre-amplifier)的高频放大器。此时的前置放大器的 NF 为 2dB，功率增益为 25dB。因此，连接前置放大器後
12、的 NF 可以用以下公式表示。将数值代人此公式，可以得到连接前置放大器後的 NF 成为NF=10log1.58+(6.3-1)/316=2.03dB由此可以看出，加入前置放大器，可以改善全体的 NF，而得到高增益，低杂讯的放大器。图 2-2 放大器的杂讯指数 NF(S/N 为表示信号品质的值。在高频放大器中，由於放大器内部会产生杂讯，导致 S/N 恶化。利用杂讯指数 NF，可以分析由於内部杂讯而使 S/N 降低的情况。内部没有杂讯的放大器称为理想放大器，其 NF 为 0dB。)图 2-3 改善杂讯指数 NF截取点 (IP：intercept point)要高高频放大电路的输入信号有很多复杂成分
13、，尤其是在高频放大电路的选择性在不很高时，更有可能输入多种成分的输入信号。因此，在高频放大电路中，由於多种成分的信号间会互相干扰而产生多余的信号。另外，由於放大电路的非直线部分也会产生高谐波，这些信号互调，也会产生多余的信号。由于以上情况的存在，所产生的信号成为对於接收机造成干扰的假像(SpuriOtIS)成分、高谐波成分等杂讯。在这里，把影响最严重的 3 次互调失真成分与信号进行比较，这以比较可以用截取点(Intercept Point)表示。图 2-4 所示的为截取点的方法。在图上的信号电平与 3 次相互调变失真的电平相等的点，称为截取点。由於实际的放大器电平已达饱和，因此用虚线所示的假想延长线来求出截取点。图 2-4 截取点(在高频放大电路中，目的信号以外的干扰信号成分称为假像成分，假像成分中，最构成问题的是第 3 次互调失真。基本信号与第 3 次互调失真泣准为相同的点，称的为截取点。)小结：在实际的高频放大电路设计中，最重要的是要针对以上三点来展开设计，这很重要。
