PCB设计互连和天线驻波图的理解

PCB设计互连和天线驻波图的理解

电磁波的反射是物理系统中的基本现象，但在电子设备中可能不需要。 在 PCB 板中的传输线等导电元件上形成的驻波图案会发出强烈的辐射，这可能并不理想。 对于天线来说，驻波是自然的，会在特定频率产生强烈的辐射，同时它们会干扰传输线。

当你想要控制驻波图时，你需要通过阻抗控制和阻抗匹配来设计互连和天线中的反射。 根据阻抗不匹配的程度，您可以了解在使用谐波信号驱动时希望在互连上看到的驻波模式。 对于数字脉冲等宽带信号，结果要复杂得多，但可以通过正确的 PCB 设计和分析工具集应用相同的概念。

反射如何形成驻波模式

许多物理系统都可以形成驻波，在某些情况下，驻波对应于系统本征模的谐振频率。 在电子产品中，当在互连线上传播的电磁波反射到阻抗不匹配的界面时，就会形成驻波。

当反射波与入射波完全同相时，会形成驻波，驻波沿互连线长度显示为固定的正弦波。

如果观察沿包含驻波的互连的整个长度的电场，电场看起来像驻波。 驻波可以形成一定范围的频率。 这意味着如果在互连的一端存在反射，则单次谐波交流电源可以激发很强的声望。 PCB加工厂和PCB组装厂讲解对天线上PCB设计、互连和驻波图的理解。

这里，我们需要两条信息来计算驻波激励频率和描述波在互连线上的反射和叠加：

反射系数：界面处的反射系数用来描述波从界面反射时所经历的强度和相移。

互连或天线的长度：一旦发生反射，波将通过结构的长度向后传播。 驻波图案只会在电长结构上形成，其长度将决定允许的驻波频率/波长。

波的传播速度：波的传播速度（即互连线上的光速）将决定驻波的波长，从而决定能够激发驻波的具体频率。

阻抗不匹配时发生的反射可能发生在传输线上、传输线与天线之间的界面上或天线中。 让我们看看每种情况，以更好地理解这些驻波模式是如何形成的。

传输线

为了处理传输线，我们需要使用反射结构中的源端和负载端阻抗来计算反射系数。 下图显示了交流谐波从互连两端的两个公共阻抗反射时可能形成的驻波模式。 这是传输线中的一个常见示例，其中负载具有特定的阻抗值并且可能终止于其输出端。 当传输线足够长时，根据传输线的特性阻抗和负载阻抗在接口上定义反射系数。

形成互连中的反射系数和驻波图。

在特定频率下，传输线将支持如上所示的驻波图。 在线外，部分功率被传输到负载，负载可能在线外遭受损失。 负载可能是一些简单的元件、天线或复杂的电路。 通常不需要这些驻波图，因为线路上有较大的振荡，会产生辐射。 由于线路和天线的不匹配，这些振荡也可能发生在天馈线上。 然而，在天线内部，情况就不同了。

天线驻波

由于天线开路端的阻抗不匹配，会在天线上形成驻波。 对于天线边界之外的空气，存在阻抗失配。 在特定频率下，可以激发与天线结构的特定本征模式相对应的驻波模式，类似于谐振器或波导中发生的情况。 调整模态频率是天线设计中的一项重要任务，也是一个正在进行的研究课题。

虽然天线有驻波，但我们不希望驻波所在的地方成为馈线。 馈线中的驻波会干扰PCB的其他部分，因此需要消除天线输入端的反射。 这也是我们采用阻抗匹配网络，使天线输入阻抗与馈线特性阻抗相等的原因之一。

提取宽带信号的阻抗和S参数

对于宽带信号，我们需要系统的S参数，因为这是处理反射最好的方法。 除非特定频率支配信号的功率谱，否则可能无法形成上图所示的相干驻波图。 为了最好地理解宽带信号如何与谐振结构相互作用，最好使用 S 参数。 最好的设计软件可以直接从您的布局中确定阻抗和网络参数，使您能够识别布局中强反射和驻波的可能性。 PCB加工厂和PCB组装厂讲解对天线上PCB设计、互连和驻波图的理解。