考慮一個例子，其中兩個不同頻率的波（信號）通過 1 m 同軸電纜傳播。第一個信號的頻率為1 MHz，而第二個信號的頻率為1 GHz。為了計(jì)算它們的波長，我們將使用以下公式：

式中l(wèi)為信號波長，f為頻率，VF為電纜速度因子。讓我們假設(shè)用于路由兩個信號的同軸電纜是 RG8 類型，已知其速度因子為 0.66。

那么對于

在信號 1 的情況下，同軸電纜的長度與通過它傳播的信號的波長相比非常小。因此，如圖 1 所示，電纜中不同點(diǎn)的信號電位變化可以忽略不計(jì)。

對于 f = 1 GHz 的信號 2：

在信號 2 的情況下，同軸電纜的長度比通過它傳播的信號的波長大得多（幾乎 5 倍）。因此，在任何給定時間，信號的多個周期將同時通過電纜。由于它們的波長很小，高頻信號以波的形式通過電纜傳播。因此，此類信號在不同介質(zhì)之間傳播時會遭受反射和功率損耗（波動理論）。在電路的情況下，當(dāng)信號（波）通過具有不同特性阻抗的系統(tǒng)組件時，就會發(fā)生介質(zhì)的這種變化。因此，為了最大限度地減少反射和功率損耗，必須使用具有匹配阻抗的合適組件構(gòu)建 RF 系統(tǒng)。

特征阻抗

特性阻抗是傳輸線參數(shù)，由線路的物理結(jié)構(gòu)決定。它還有助于確定傳播信號如何在線路中傳輸或反射。RF 組件的阻抗不是直流電阻，對于傳輸線，可以使用以下公式計(jì)算：

在上面的公式中：

Z 0 = 特性阻抗

L = RF 傳輸線每單位長度的電感，由電流流過導(dǎo)線時在導(dǎo)線周圍形成的磁場引起。

C = 射頻傳輸線單位長度的電容。這也是兩個導(dǎo)體之間存在的電容

R = 射頻傳輸線單位長度的直流電阻

G = 每長度的介電電導(dǎo)

ω = 頻率（弧度/秒）

由于理想電纜沒有電阻或介質(zhì)泄漏，其特性阻抗可以使用上述公式計(jì)算為：

由于射頻系統(tǒng)中的所有組件都必須進(jìn)行阻抗匹配以最大限度地減少信號損失和反射，因此組件制造商專門設(shè)計(jì)了他們的設(shè)備，使其具有 50 或 75 Ω 的特征阻抗。50 Ω RF 系統(tǒng)構(gòu)成了 RF 市場的大部分，包括大多數(shù)通信系統(tǒng)。75 Ω RF 系統(tǒng)數(shù)量較少，主要用于視頻 RF 系統(tǒng)。工程師確保電纜和連接器等部件以及可能駐留在測試系統(tǒng)中的其他儀器都是阻抗匹配的，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

插入損耗

如果信號傳輸?shù)膫鬏斁€長度大于其自身波長的 0.01，則信號中會出現(xiàn)顯著的功率損耗。開關(guān)模塊的“插入損耗”規(guī)格是這種功率損耗和信號衰減的量度。開關(guān)模塊在特定頻率下的插入損耗可用于計(jì)算在該頻率下打開信號引起的功率損耗或電壓衰減。

功率損耗計(jì)算公式：

電壓衰減計(jì)算公式：

要理解插入損耗的概念，請將開關(guān)或繼電器視為低通濾波器?，F(xiàn)實(shí)世界中的每個開關(guān)都有一些寄生電容、電感、電阻和電導(dǎo)。這些寄生成分結(jié)合在一起會衰減和降級開關(guān)用于路由的信號。這些元件引起的功率損耗和電壓衰減隨輸入信號的頻率而變化，可以通過開關(guān)模塊在該頻率下的插入損耗規(guī)格來量化。因此，確保開關(guān)的插入損耗在應(yīng)用的帶寬要求下是可接受的至關(guān)重要。為了理解為什么這很重要，讓我們考慮一個比較兩個開關(guān)對于特定 RF 應(yīng)用的適用性的示例。該應(yīng)用的要求包括將八個 3 GHz 視頻信號路由到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上的一個通道，衰減小于 30%（插入損耗在 3 GHz 時應(yīng)小于 3 dB）?？紤]的第一個開關(guān)是 NI PXI-2557 75 Ω 2.5 GHz 8x1 多路復(fù)用器，而第二個是來自另一家 PXI 供應(yīng)商的 3 GHz 75 Ω 8x1 多路復(fù)用器。在初步檢查兩個模塊的更高級別規(guī)格后，似乎后者更合適（后者具有更好的帶寬規(guī)格）。然而，對這兩種產(chǎn)品進(jìn)行仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，這種假設(shè)并不成立。下圖顯示了在兩個交換機(jī)模塊上收集的從 160 MHz 到 3 GHz 的插入數(shù)據(jù)。

可以看出，在 3 GHz 時，2.5 GHz 模塊的插入損耗約為 1.78 dB，而 3 GHz 開關(guān)的插入損耗接近 5.64 dB。從這些值我們可以計(jì)算出兩個模塊造成的后續(xù)電壓和功率損耗為：

上表中的值表明，3 GHz 1 V pp 正弦波在通過 NI PXI-2557 2.5 GHz 75 Ω 多路復(fù)用器時會衰減至 0.817 V pp。當(dāng)同一信號通過來自其他 PXI 供應(yīng)商的 3 GHz 75 Ω 多路復(fù)用器時，將衰減至 0.522 V pp。由此可以看出，即使替代 PXI 供應(yīng)商的開關(guān)模塊的帶寬規(guī)格高于 NI 模塊的帶寬規(guī)格，但其引起的凈信號衰減明顯高于 NI PXI-2557 引起的信號衰減。此外，可以肯定地說，在上述 3 GHz 應(yīng)用的情況下，2.5 GHz NI 開關(guān)模塊比其 3 GHz 對應(yīng)物更適合。

電壓駐波比 (VSWR)

VSWR 是反射波與透射波的比率。如前所述，在較高頻率下，信號在通過傳輸線或電纜時采用波的形式和形狀。出于這個原因，就像在聲波和光波的情況下一樣，當(dāng)信號穿過不同的介質(zhì)（例如阻抗不匹配的組件）時會發(fā)生反射。在開關(guān)模塊中，這種不匹配可能存在于連接器的特性阻抗、PCB 走線和實(shí)際繼電器本身之間。因?yàn)?VSWR 是反射波功率的量度，它也可用于測量傳輸線中的功率損耗量。當(dāng)與輸入信號相加時，反射波會增加或減少其凈幅度，這取決于反射與輸入信號是同相還是異相?！榜v波”模式中最大（當(dāng)反射波同相時）與最小（當(dāng)反射波異相時）電壓的比率稱為 VSWR。要了解如何計(jì)算射頻系統(tǒng)中的 VSWR 和回波損耗，讓我們考慮圖 6 中所示的射頻傳輸線。

在圖 6 的電路中，負(fù)載的阻抗 (40.5 Ω) 不等于源和傳輸線的阻抗 (50 Ω)。出于這個原因，通過傳輸線傳播的信號的某些部分會從負(fù)載反射回來。我們可以使用以下公式測量這種反射：

如您所見，回波損耗是反射信號功率的量度。它也是插入損耗的一個子集。RF 系統(tǒng)中的回波損耗（或反射）越高，其插入損耗就越高。

VSWR 是另一種測量信號反射的方法。它可以計(jì)算為：

在上式中，┏ 是反射系數(shù)，可以使用以下公式計(jì)算：

對于圖 6 中的電路，我們計(jì)算 VSWR 為：

為了形象化本例中發(fā)生的情況，讓我們假設(shè)來自 RF 系統(tǒng)的信號是 1 V pp正弦波。由于系統(tǒng)的反射系數(shù)為 0.1，我們可以確定反射的幅度為 0.1 x 1 = 0.1 V 或 100 mV。圖 7 顯示了當(dāng)反射波與輸入信號分別同相和異相 180 度時產(chǎn)生的合成信號的最大和最小幅度。

如前所述，VSWR 是駐波模式中最大電壓與最小電壓的比值。使用這個定義，我們可以從圖 7 中計(jì)算出 VSWR 為：

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帶寬

如前所述，射頻開關(guān)模塊的帶寬是其主要規(guī)格之一。然而，帶寬只能為我們提供給定產(chǎn)品性能的近似值，因?yàn)闉?RF 開關(guān)建立帶寬規(guī)范的過程因供應(yīng)商而異。開關(guān)的帶寬僅表示供應(yīng)商認(rèn)為可以以可接受的 損耗路由通過它的最大頻率信號。但是，一個供應(yīng)商可以接受的可能對另一個供應(yīng)商來說是不可接受的。因此，例如來自供應(yīng)商 A 的 3 GHz 交換機(jī)可能與來自供應(yīng)商 B 的 3 GHz 交換機(jī)具有完全不同的性能指標(biāo)。

再次考慮由o不同供應(yīng)商生產(chǎn)的具有相似拓?fù)浜吞匦宰杩沟珟捯?guī)格不同的兩個模塊的示例。第一個模塊 NI PXI-2557，是一個 2.5 GHz 8x1 多路復(fù)用器，具有 75 Ω 特性阻抗；來自替代 PXI 供應(yīng)商的開關(guān)是具有 75 Ω 特性阻抗的 3 GHz 8x1 多路復(fù)用器。雖然看起來第二個模塊更適合路由 2 到 3 GHz 之間的信號，但圖 3 中收集和顯示的插入損耗數(shù)據(jù)表明情況并非如此。出于這個原因，NI 模塊的帶寬規(guī)范比其對應(yīng)的模塊要保守得多。，

許多人還認(rèn)為產(chǎn)品的帶寬是其 -3 dB 帶寬。這種觀點(diǎn)對于數(shù)字化儀等儀器是準(zhǔn)確的，其中設(shè)備的帶寬規(guī)格實(shí)際上是儀器模擬前端的 -3 dB 點(diǎn)。然而，對于 RF 開關(guān)，帶寬和 -3 dB 之間的關(guān)系并不總是成立。雖然有些供應(yīng)商確實(shí)將帶寬指定為 -3 dB，但其他供應(yīng)商則沒有。從圖 8 中的圖表可以看出一個例子，圖中顯示了 NI PXI-2547 在其帶寬 (2.7 GHz) 及其 -3 dB 點(diǎn) (3.7 GHz) 下的插入損耗。

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