PCB新聞 - 駐波和駐波係數-S參數

微波電路 PCB設計-st和在裡面g wave and standing wave coefficient

1. 駐波概念

當PCB傳輸線終端負載短路時，ZL=0，使入射波和反射波電壓幅值相等但相位相反（差Ï），導致終端電壓波完全相互抵消並變為零。 圖8顯示了負載短路時入射波和反射波的分佈。

從圖中可以看出，隨著時間延遲，入射波從左向右移動。 在終端相移後，形成反射波，然後從右向左移動。 這兩種波沿著PCB傳輸線添加，形成另一種波分佈形式，即駐波，如圖9所示。

當在PCB傳輸線上形成駐波時，能量不再沿著線路傳輸，就像“駐紮”在PCB傳輸線上（對應於行波的狀態）。 余弦電壓波的駐波運算式可以推導為：

u=Um（t）Sinβz，其中Um（t）=2Um SinÏt

可以看出，電壓沿PCB傳輸線按照簡單諧波定律分佈，其幅值Um（t）隨時間變化，而節點（電壓或電流始終為零的點）和波腹（最大值點）的分佈規律不隨時間變化，從而形成週期性脈動簡單諧波。

還可以看出，電流駐波具有相同的分佈規律，但節點（或反節點）未對準1/4波長，並且它們之間距離短路的距離是1/4波長的整數倍。

2、駐波係數S（也稱為電壓駐波比）

實際上，上述純駐波並不存在。 由於PCB傳輸線的損耗，駐波總是小於行波，即兩者同時發生。 即使在完全匹配的負載情况下，PCB傳輸線的實際不均勻性（幾何尺寸）也會導致能量的部分反射，從而產生駐波。 也就是說，實際駐波是疊加在行波上的不純駐波。

純駐波意味著入射波振幅A等於反射波振幅B，即反射係數Ð=1（注意這裡是Ð複數的模量），而不純駐波意味著B

S參數表示PCB傳輸線駐波的波腹電壓Umax與節點電壓Umin的比值，即S=Umax/Umin

圖10顯示了在任何情况下沿PCB傳輸線的電壓駐波幅度分佈。

可以證明：Umax=A+B； Umin=A-B

並可以匯出S=（1+u）/（1-u）

在公式中，Г=A/B是反射係數的模量，然後Ð=（S-1）/（S+1）。 由於Г=0～1，S參數是等於或大於1的正數。

可以看出，當負載完全匹配時，Г=0，S=1。

由此可見，駐波係數S可以充分表徵高頻訊號（尤其是微波訊號）傳輸的工作狀態。 在微波電路中，

通常S=1.05-3。

當用集總參數特性表徵某些組件時，S參數有時被稱為耗散係數或散射係數。 不管耗散或散射如何，直接原因是駐波。 囙此，使用電壓駐波比來表徵元件的S參數是最合適的，因為電壓駐波比可以幫助理解某些電路中的微觀概念，並結合輸入和輸出端的PCB傳輸線量測其特性。

總之，微波電路的PCB設計原則如下：

. 駐波是導致實際電路不穩定或不符合設計要求的根本原因之一。 設計應充分確保S參數盡可能接近1，即S參數越小越好（通常S=1.05-3）。

. 實際上，量測駐波係數比量測反射係數簡單得多。 囙此，在量測科技中通常只使用駐波係數。

. 過長的地線或懸置導線（包括PCB設計或加工引起的微小毛刺等各種形式）會形成强大的駐波，從而造成輻射干擾。

. 過多的反射波將對信號源（包括信號處理連結的相對“源”）造成干擾。

. 駐波干擾正常訊號傳輸並降低信噪比。

. S參數值取決於反射係數，即取決於PCB傳輸線和負載端子的特性。 囙此，在PCB設計中，不僅要充分考慮跡線特性的結構，還要充分考慮每個訊號跡線的傳輸終端負載的匹配設計。 這是保證電路質量的基礎。

. 不要單獨檢查部件的S參數。 必須結合其輸入和輸出信號傳輸軌跡對其進行全面量測，也就是說，應結合特定組件組合的網絡對其進行檢查。

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