射频术语与阻抗的专业知识

时间:2025-07-01

在射频(RF)领域,准确理解相关术语和阻抗概念对于设计和应用射频系统至关重要。本文将详细介绍一些常见的射频术语,并深入探讨阻抗的相关知识。

射频术语详解


  1. 分贝相关单位
    • dBA:代表分贝放大器,用于测量 RF 应用中的电流幅度。在实际测量中,它能帮助工程师准确评估电流的变化情况,确保电路的稳定性。
    • dBm 或 dB:常用于描述 RF 应用中的功率(瓦特)。“m” 通常表示前缀 “milli”,由于 RF 功率测量值一般不会很高(取决于具体应用),所以 dBm 更为常见。例如,在一些低功率的射频设备中,使用 dBm 能更方便地表示功率大小。
    • dBi:专门用于测量天线的方向增益。不同的天线设计会导致不同的方向增益,dBi 这个单位能准确衡量天线在特定方向上的信号增强能力。
    • dBV:代表分贝伏特,用于测量 RF 应用中的电压幅度。通过 dBV,工程师可以直观地了解电压的变化,从而优化电路设计。
  2. 频率相关概念
    • 频率范围:指天线工作的有效频率,通常会指定频率和频率。天线在这个范围内能够以不同的 “效率” 进行接收或发射信号,具体效率取决于中心频率。有些具有宽带能力的天线还可以列出几个频率范围。
    • 中心频率:是天线产生或传递信号强度(更佳增益)的位置。部分天线具有多个中心频率,可实现宽带通信。在开发应用时,不一定要匹配中心频率,靠近中间位置往往能获得更好的性能。
    • 带宽:是频率范围的总宽度,通过天线额定的频率减去频率得到。例如,若天线频率为 1MHz,频率为 50MHz,则带宽为 49MHz。仅知道带宽数值无法推测频率范围,还需知晓或额定值才能推导出另一个额定值。
  3. 带通和带阻
    带通和带阻通常适用于 “通过” 或 “抑制” 频率范围的特殊滤波器。在研究 RF 滤波器时,波特图是常用的工具,其中 X 轴表示不断增加的频率(通常以对数刻度表示),Y 轴通常表示以 dBV(分贝伏特)为单位的信号幅度。以一个低端在 810Hz 左右截止、高端在 777kHz 左右截止的带通滤波器为例,该滤波信号的带宽约为 776,190Hz(即 776.19kHz),在此范围内的频率信号能保持在 1V(0dBV)左右,而其他频率的幅度则会急剧降低(衰减)。相反的滤波器就是带阻滤波器,用于抑制某些特定频率。

  1. 宽带
    宽带不仅常用于描述互联网连接,也是一个通用术语。具有宽范围频率以及数个中心频率的天线称为宽带天线,这种天线能够在更广泛的频率范围内进行信号的接收和发射。
  2. 增益
    增益通常描述某种信号属性的增加。对于天线而言,增益指的是 “定向增益”,而非增加的功率,因为天线本身无法提高功率。由于天线设计的原因,其产生的信号具有方向性。增益高并不总是有益的,如果不希望信号固定在特定方向上,则需要降低增益。有些天线具有负增益(损耗),这取决于具体应用。对于滤波器或升压信号,增益可应用于其他测量单位,如功率、电流和电压,但这需要借助外部电源。
  3. 回波损耗
    回波损耗是天线接收和抑制的频率之比,它反映了天线对不同频率信号的处理能力,对于评估天线的性能具有重要意义。
  4. VSWR(电压驻波比)
    VSWR 表示电压驻波比,驻波是指不被接收器接收并在传输线上反射回来的功率。VSWR 是无损耗线路上电压与电压之比,驻波高度依赖于传输线、接收器和发射器的阻抗。合适的 VSWR 值对于保证信号的有效传输至关重要。

阻抗的理解


阻抗是电抗和电阻的组合,电抗以欧姆为单位进行测量,且完全取决于信号的频率。简单来说,阻抗可以理解为交流电路中的无源元件减少或阻碍电流的程度,这同样适用于高频无线电应用或高频数字电路应用,因为这些应用在任何周期性波形中都存在某种形式的电压变化(并非仅局限于正弦波)。一些直流波形,如方波、锯齿波、三角波和其他脉冲模式,也可以通过稳定的直流输入进行操作。


阻抗和电阻的主要区别在于电路工作频率。直流应用的输入和 / 或输出往往没有频率(暂时忽略时钟产生和其他振荡设计)。在直流电路中,工程师熟悉电阻、电容、电感两端的电压、电流和功率的一般等式,但在交流电路中,由于输入电压和电流随时间变化,求解等式变得更加困难。幸运的是,傅立叶变换之后业界发现了一种省时捷径,将电感和电容的复杂等式转换为虚数(复数),从而可以使用相同的基本直流分析技术(欧姆定律和直流分析中的其他方法)来求解电路。


在进行阻抗计算时,不同元件有不同的计算公式:


  1. 电阻:电阻的阻抗等于其电阻值,在较低频率(通常将低于 1 至 3 兆赫视为低频)下,采用 MLCC 设计的现代器件也遵循这一规律。
  2. 电容:电容的阻抗计算公式为ZC=jωC1,其中ω=2πf,f为频率(Hz),C为电容值(法拉)。
  3. 电感器:电感器的阻抗计算公式为ZL=jωL,其中L为电感值(亨利)。
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