了解失配損耗對(duì)有損線路的影響、通過(guò)固定衰減器減少失配損耗的方法以及該誤差的統(tǒng)計(jì)模型。

失配損耗（ML）描述了RF信號(hào)路徑中的多個(gè)阻抗不連續(xù)性如何導(dǎo)致功率損耗并阻止我們?cè)陔娐分械膬牲c(diǎn)之間進(jìn)行有效的功率傳輸。

在本文中，我們將首先討論失配損失對(duì)有損線的影響。然后，我們將看一個(gè)通過(guò)固定來(lái)減少失配損耗的簡(jiǎn)單方法 衰減 最后觸及這個(gè)誤差的統(tǒng)計(jì)模型。

處理無(wú)損線路時(shí)的失配損耗

在本系列的上一篇文章中，我們了解了 失配損耗對(duì)級(jí)聯(lián)放大器增益的影響 （圖1）。

圖1.示例圖顯示了通過(guò)帶狀線連接的兩個(gè)放大器。

在這種情況下，放大器1的輸出阻抗和放大器2的輸入阻抗與線路的 特性阻抗.由于 波反射，部分射頻能量無(wú)法輸送到放大器 2 的輸入端。功率損耗由公式1給出：

等式 1.

上述等式對(duì)應(yīng)于以下情況： 傳輸線無(wú)損 （增益為 1 或 0 dB）。然而，在實(shí)踐中，該線路表現(xiàn)出一些衰減。

考慮線路衰減

假設(shè)線路電壓衰減的大小為 Ac，其中 Ac以線性項(xiàng)而不是分貝表示，并且值小于單位。圖2顯示了電壓波如何沿正向傳播（a1） 受線路衰減的影響。

圖2.該圖顯示了向前傳播的電壓波如何受到線路衰減的影響。

當(dāng)信號(hào)從A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)時(shí)，它會(huì)衰減A倍c.然后信號(hào)在B點(diǎn)碰到阻抗不連續(xù)性，反射信號(hào)經(jīng)歷額外的衰減Γ2.此時(shí)，整體衰減因子為Γ2一個(gè)c.最后，信號(hào)沿線路向A點(diǎn)傳播，并額外衰減A。c.通過(guò)比較A點(diǎn)的入射信號(hào)和反射信號(hào)，從A點(diǎn)到線的有效反射系數(shù)的大小計(jì)算如下：

等式 2.

將此結(jié)果代入公式1，我們得到衰減為A的電纜的失配損耗c:

等式 3.

示例 1：查找最小和最大失配損耗

假設(shè)在匹配的環(huán)境中， 傳輸線 標(biāo)稱(chēng)衰減為 2 dB。如果 |Γ1|≤ 0.5 和 |Γ2|≤0.33，失配引起的損失的最大值和最小值是多少？

我們首先需要用線性術(shù)語(yǔ)找到衰減因子：

替換 Ac= 0.794, Γ1= 0.5 和 Γ2= 0.33 進(jìn)入公式 3，ML 的最大值和最小值計(jì)算為 ML.max= 0.859 dB 和 ML最小= -0.954 分貝。0.954 dB的負(fù)損耗實(shí)際上表示功率增益?，F(xiàn)在，我們可以使用這些值來(lái)查找線路的等效損失。我們知道線路的標(biāo)稱(chēng)損耗為2 dB。由于反射，可能會(huì)增加0.859 dB的損耗或0.954 dB的增益。因此，線路的最大損耗為 2.859 dB，最小損耗為 1.046 dB。

此外，我們還可以說(shuō)線路的最大增益為-1.046 dB，線路的最小增益為-2.859 dB。如果放大器 1 和 2 的傳感器增益為 G1和 G2，則級(jí)聯(lián)的總增益可以在G之間變化1+ 克2- 2.859分貝和G1+ 克2- 1.049分貝

通過(guò)衰減器降低失配不確定性

上述討論為我們提供了一個(gè)減少失配不確定性（MU）的通用解決方案。比較等式1和3，我們觀察到線的衰減因子有效地降低了反射系數(shù)。同樣，我們可以故意添加一個(gè)匹配的固定衰減器來(lái)抑制反射波。如圖 3 所示。

圖3.顯示添加匹配的固定衰減器如何抑制反射波的圖表。

衰減器輸入端的反射系數(shù)大小為：

在這種情況下，MU 是：

如果需要，我們還可以在線路的輸入端口添加一個(gè)固定衰減器，如下圖4所示。

圖4. 固定衰減器的示意圖被添加到線路的端口。

線輸入處的反射系數(shù)為：

因此，在兩個(gè)衰減器都到位的情況下，MU 為：

等式 4.

示例2：使用衰減器探索失配不確定性

射頻線輸入端和輸出端的反射系數(shù)分別為0.3和0.4，如下圖所示。

圖5.顯示RF線路輸入和輸出的示例圖，ΓS和ΓL.

此配置中的失配不確定性是什么？如果我們?cè)诰€路的輸入和輸出端插入兩個(gè)3 dB衰減器，新的失配不確定性會(huì)是什么？

如果沒(méi)有衰減器，我們有：

對(duì)于 3 dB 衰減器，衰減器的輸入輸出電壓比為：

使用公式4，我們找到了雙衰減器配置的失配不確定性：

如您所見(jiàn)，衰減器顯著降低了失配不確定性。

遮蔽墊 — 應(yīng)用和其他注意事項(xiàng)

用于減輕阻抗失配的衰減器有時(shí)稱(chēng)為“焊盤(pán)”、“屏蔽焊盤(pán)”或“匹配焊盤(pán)”。但是，請(qǐng)記住，術(shù)語(yǔ)“匹配焊盤(pán)”也用于在 75 Ω 到 50 Ω 之間轉(zhuǎn)換的阻抗轉(zhuǎn)換焊盤(pán)，這些是不同的設(shè)備。

屏蔽墊通常用于RF信號(hào)路徑，以使測(cè)量更加可靠和可預(yù)測(cè)。插入遮蔽墊的最佳位置是 阻抗匹配 是最差或最可變的。掩蔽焊盤(pán)的一個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用是射頻步進(jìn)衰減器（圖 6）。

圖6.示例應(yīng)用顯示了在RF步進(jìn)衰減器中使用掩蔽焊盤(pán)。圖片由 僥幸

在上圖所示的示例中，步進(jìn)衰減器在輸入和輸出端口均配有3 dB掩蔽焊盤(pán)，以確保步進(jìn)衰減器的不同設(shè)置表現(xiàn)出恒定的、定義明確的匹配。使用屏蔽墊的主要缺點(diǎn)是衰減器還會(huì)降低所需信號(hào)的幅度。這可以使所需信號(hào)更接近本底噪聲。例如，使用單個(gè)3 dB衰減器時(shí)，給定負(fù)載的回波損耗理想地提高了6 dB;但是，前向行波的幅度也降低了3 dB。

也可以使用匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的阻抗匹配，而不會(huì)顯著衰減所需信號(hào)。然而，與匹配網(wǎng)絡(luò)相比，屏蔽焊盤(pán)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是屏蔽焊盤(pán)可以在指定頻率范圍內(nèi)提供平坦的頻率響應(yīng)。例如，低值衰減器在 DC 至 18 GHz 頻率范圍內(nèi)的衰減變化可能為 ±0.2 dB。對(duì)于通常在窄頻率范圍內(nèi)提供阻抗匹配的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，情況并非如此。

失配不確定性圖

研究失配不確定性如何隨Γ變化是有益的1和Γ2.如圖 7 所示，圖 7 取自 是德科技應(yīng)用說(shuō)明.

圖7.顯示不匹配不確定性變化的圖。圖片由 是德科技[點(diǎn)擊圖片放大]

這些圖顯示了 MU 以 ±dB 為單位的變化。例如，使用Γ1= Γ2= 0.05，我們知道失配不確定性約為±0.021 dB，這與上述一組圖一致。這里重要的觀察結(jié)果是，通過(guò)將其中一個(gè)反射系數(shù)足夠低，我們可以控制失配不確定性。例如，使用Γ1= 0.05（對(duì)應(yīng)于1.1的VSWR），即使Γ，失配不確定性仍保持在約±0.2 dB以下2= 0.5（或駐波比為 3）。例如，考慮RF功率測(cè)量應(yīng)用。如果選擇低駐波比的功率傳感器，則可以確保根據(jù)傳感器的駐波比有多低（無(wú)論電源的駐波比如何），在一定程度上控制了失配不確定性。

失配不確定性的統(tǒng)計(jì)模型

在上面的討論中，我們只考慮了失配不確定性的上限和下限。雖然這讓我們了解電路中最壞情況下的不確定性，但有一個(gè)誤差的統(tǒng)計(jì)模型是很有用的。我上面提到的是德科技應(yīng)用筆記總結(jié)了針對(duì)失配不確定性可以考慮的不同概率密度函數(shù) （PDF）。要查找 MU 的 PDF，請(qǐng)考慮三種不同的發(fā)行版Γ1和Γ2，如圖 8 所示。

圖8.顯示三種不同分布Γ的示例1和Γ2.圖片由 是德科技.

結(jié)合這些分布，發(fā)現(xiàn)了六種不同的PDF函數(shù)來(lái)表示失配不確定性。例如，假設(shè)兩者都Γ1和Γ2具有環(huán)形分布（圖8（b）），MU具有眾所周知的U形分布，如圖9所示。

圖9.顯示 MU 如何具有 U 形分布的示例圖表。圖片由 是德科技[點(diǎn)擊圖片放大]

這些統(tǒng)計(jì)模型使我們能夠估計(jì)失配不確定性的標(biāo)準(zhǔn)差。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱本文前面鏈接的是德科技文檔。

射頻設(shè)計(jì)和失配不確定性

失配不確定性是設(shè)計(jì)級(jí)聯(lián)RF模塊或進(jìn)行RF測(cè)量時(shí)要考慮的重要因素。降低失配不確定性的一種常用方法是將匹配衰減器放置在不匹配阻抗的前面。在處理此錯(cuò)誤時(shí)，我們有興趣找到錯(cuò)誤的上限和下限及其 PDF 函數(shù)，以便我們可以估計(jì)錯(cuò)誤的標(biāo)準(zhǔn)偏差。