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如何正確使用傳輸線反射系數(shù)
新設(shè)計人員經(jīng)常參考反射系數(shù)來描述傳輸線負載端的反射。不幸的是，大多數(shù)不精通信號完整性分析的設(shè)計人員可能不知道反射系數(shù)并不是用于描述傳輸線上負載反射的完整指標。在具有有限大小和確定幾何形狀的通道中，信號將不會像平面波那樣傳播，并且無法使用傳輸線反射系數(shù)來描述其反射。相反，我們需要S參數(shù)和輸入阻抗來正確描述沿傳輸線的阻抗不連續(xù)處的信號行為。
傳輸線反射系數(shù)與S參數(shù)和輸入阻抗的關(guān)系
所有傳輸線都是用于引導(dǎo)電磁脈沖或電磁波傳播的介質(zhì)。不管是處理數(shù)字脈沖還是交流諧波，電磁波的入射波前都可以從兩種材料之間的界面反射回來。在光學(xué)方面，我們說這是由于折射率對比引起的。在電磁學(xué)中，我們說這是由于兩種介質(zhì)的介電常數(shù)不匹配造成的。在電子產(chǎn)品中，這是由于阻抗不匹配引起的（請注意，所有這些量都是相關(guān)的?。?。
連接到負載阻抗Z in，源阻抗Z S和輸入阻抗Z in的傳輸線涉及的阻抗如下所示：
帶有輸入，源和負載阻抗的傳輸線示意圖。
推導(dǎo)平面波的反射系數(shù)是每個電磁學(xué)類別中的標準作業(yè)問題。傳輸線反射系數(shù)的一般定義為：
定義負載下傳輸線的反射系數(shù)。
在此，Z L是負載阻抗，Z 0是傳輸線的特性阻抗。此數(shù)量描述了由于阻抗不匹配而從傳輸線負載反射的電壓。通常，在假定電磁波為平面波的情況下推導(dǎo)該方程式，并且大多數(shù)處理方法僅考慮傳輸線和負載分量之間發(fā)生的情況。
盡管在傳輸線的負載端存在反射系數(shù)，但是在傳輸線的源阻抗和輸入阻抗之間也存在反射：
在源處定義傳輸線反射系數(shù)。
在這里，我們需要了解傳輸線的輸入阻抗，這也是在負載下測得的傳輸線反射系數(shù)的函數(shù)。
輸入阻抗
傳輸線部分的輸入阻抗是傳輸線反射系數(shù)的函數(shù)。輸入阻抗是進入源端的線路的阻抗。換句話說，它是由于負載的存在和傳輸線的特征阻抗而導(dǎo)致的源阻抗。我們通常認為負載阻抗由真實的輸入阻抗和負載上指定的任何端接組成。傳輸線的輸入阻抗是用于源端阻抗匹配的值，并定義為：
根據(jù)負載端傳輸線反射系數(shù)，長度為l的傳輸線段的輸入阻抗。
如果在負載處有完美的匹配，我們將使負載處的傳輸線反射系數(shù)等于零；在源端也是如此。從上式可以看出，如果傳輸線的反射系數(shù)為零（完美阻抗匹配），則輸入阻抗就是該線路的特性阻抗，而與線路的長度無關(guān)。如果源阻抗和傳輸線特性阻抗不匹配，仍可能會有反射！反射只是發(fā)生在源端，而不是在負載端。
實際上，反射系數(shù)在所有頻率下都永遠不等于零，這就是為什么我們使用S參數(shù)（特別是S11或回波損耗）來描述在廣泛頻率范圍內(nèi)的反射的原因。
S11（回波損耗）
S11與回波損耗密切相關(guān)；這兩個數(shù)量互為倒數(shù)。大多數(shù)RF設(shè)計人員都熟悉回波損耗的公式：
根據(jù)傳輸線反射系數(shù)定義回波損耗。
輸入阻抗和S11（回波損耗）都與傳輸線反射系數(shù)有關(guān)。實數(shù)S參數(shù)是頻率的復(fù)雜函數(shù)，并且可能具有一組復(fù)雜的共振/反共振；下面顯示了一個傳輸線示例，該傳輸線連接到端接50歐姆的1 pF負載電容。
S11和輸入電容為1 pF的負載分量的反射系數(shù)的比較。
在這里，我們看到傳輸線像典型的諧振腔一樣，當傳輸線很短時具有確定的諧振結(jié)構(gòu)。最終，隨著線路變長，損耗開始占主導(dǎo)地位，S11頻譜中的諧振開始消失。
從上圖可以明顯看出，如果將線延長到無窮遠，我們將發(fā)現(xiàn)每個端口的輸入阻抗都減小為上述標準反射系數(shù)方程式之一。對于在實際頻率下工作的實際傳輸線，必須根據(jù)輸入阻抗和S參數(shù)來描述信號行為，尤其是在線路短時。
使用S參數(shù)和輸入阻抗檢查反射
如上所述，傳輸線的S參數(shù)和輸入阻抗是描述傳輸線負載端信號反射的正確工具。反射系數(shù)只是故事的一部分。由于輸入阻抗僅取決于反射系數(shù)和傳播常數(shù)，因此只要您可以近似傳輸線的傳播常數(shù)，就可以近似輸入阻抗。
S參數(shù)是用于描述傳播信號通過通道時的反射和損耗的標準工具。如果要提取理解互連所需的所有信息，則可以使用以下過程確定傳輸線的S參數(shù)和輸入阻抗：
將PCB布局軟件與集成的現(xiàn)場求解器一起使用，以提取通道的S參數(shù)。
使用標準S參數(shù)到ABCD參數(shù)的轉(zhuǎn)換來確定通道的寬帶傳播常數(shù)。
使用負載阻抗譜（包括負載電容?。┖蛡鬏斁€的阻抗譜計算負載端的反射系數(shù)。
使用步驟3的結(jié)果計算輸入阻抗。
通過此過程，您無需PCB布局即可獲得傳輸阻抗的輸入阻抗和S參數(shù)。