射頻布局和天線調(diào)諧需要了解射頻特定的概念，并且需要比傳統(tǒng)電路布局更多的關(guān)注。本節(jié)介紹 RF 設(shè)計、傳輸線路和特性阻抗的基礎(chǔ)知識。

需要理解以下概念和術(shù)語來設(shè)計有效的 RF 布局。

? 傳輸線

? 特性阻抗

? 回波損耗

? 介入損耗

? 阻抗匹配

影響射頻設(shè)計與模擬設(shè)計相關(guān)的關(guān)鍵因素是射頻電路的阻抗。在低頻時，負(fù)載阻抗在距離負(fù)載走線不同距離處測量時保持不變。對于大多數(shù)應(yīng)用，也不依賴于跡線寬度或其均勻性。因此，跡線僅表示為低頻節(jié)點(diǎn)。但在高頻時，RF 電路的阻抗 （Z） 會在距負(fù)載不同距離處測量時發(fā)生變化。這種變化還取決于所使用的基底和射頻跡線的尺寸。因此，跡線也成為 RF 原理圖中的設(shè)計元素。

傳輸線是通過定義的路徑傳輸電磁能量的媒介。同軸電纜，波導(dǎo)以及 RF 引腳和天線之間的 RF 走線都是傳輸線。大多數(shù)射頻跡線是諸如微帶線和共面波導(dǎo)之類的傳輸線。

傳輸?shù)年P(guān)鍵特性是它的特征阻抗 （Z0），它是通過無損傳輸線傳播的波的電壓和電流的振幅比。對于頻率為 2.45 GHz 的應(yīng)用，例如 BLE，50Ω特性阻抗廣泛用于射頻跡線。

傳輸線路的等效模型

即使 Z0 是一個實(shí)數(shù)，它也不是 RF 走線的電阻。理想的傳輸由于其特性阻抗不消耗能量或具有任何損耗。傳輸線的等效模型如上圖所示。它是表示傳輸線分布式串聯(lián)電感與分布式并聯(lián)電容之比的屬性。

其中 L 和 C 分別是沿傳輸線任意長度的分布電感和分布電容。

特性阻抗 （Z0） 取決于 PCB 材料，基底厚度，跡線寬度，跡線厚度以及 RF 跡線和接地填充物之間的間隙。這些參數(shù)在傳統(tǒng)的布局和設(shè)計中經(jīng)常被忽略，但它們在射頻設(shè)計中扮演著重要的角色。

阻抗測量設(shè)置的表示

上圖描述了測量 RF 電路阻抗的典型測量設(shè)置。射頻走線上給定點(diǎn)的阻抗與走線的特征阻抗，與負(fù)載的距離和負(fù)載阻抗有關(guān);計算方式如下面的等式：

其中 Z 是在距離負(fù)載的距離為 l 處測得的阻抗，ZL是在負(fù)載 （l = 0） 處測得的阻抗，Z0是傳輸線的特性阻抗，β是相位常數(shù)。J 是阻抗的反應(yīng)部分。

讓我們來看看阻抗在特定情況下如何變化。

當(dāng)在負(fù)載下測量時，l = 0，所以 Z 等于 ZL.

當(dāng) ZL = 0 和 l = λ/4 時， Z = ∞。

當(dāng) ZL = ∞ 和 l = λ/4 時， Z = 0

因此，在四分之一波長 （λ/ 4） 的距離處測量時，即使是短路，也可視為開路，反之亦然。在傳統(tǒng)的電路設(shè)計中，走線長度從不接近λ/ 4，所以沒有看到過這種操作。

當(dāng) ZL= Z0時，對于任何值 l，Z = Z0。

因此，當(dāng)負(fù)載阻抗 （ZL） 等于特性阻抗 （Z0） 時，測量到的阻抗 （Z） 在距離負(fù)載的任意距離 （l） 處測量時都保持等于 Z0。出于這個原因，在將 RF 跡線傳送到其他設(shè)備之前，使用匹配網(wǎng)絡(luò)將任何 RF 設(shè)備的阻抗變換為 Z0是常見的做法。

匹配網(wǎng)絡(luò)是用于將任何給定阻抗轉(zhuǎn)換 （通常） 為 RF 跡線的特征阻抗的無源電路。為了確保通過 RF 電路從源到負(fù)載的最大功率傳輸，源阻抗和負(fù)載阻抗應(yīng)該匹配。

由于電路的阻抗隨與電路的距離而變化，所以用于阻抗匹配的元件的放置也取決于距被匹配電路的距離。即使射頻跡線上的小短截線可用作電容器或電感器，也可以改變阻抗。有關(guān)小短截線的示例，請參閱下圖。

短截線示例

長度小于λ/ 4 的開路短截線等效于電容器，長度小于λ/ 4 的短路短截線相當(dāng)于電感器。因此，短截線可以用于射頻頻率窄帶應(yīng)用的組件。但是，除非有意設(shè)計，射頻跡線中的短截線或分支會影響阻抗匹配，導(dǎo)致射頻性能較低。

在 RF 電路中源負(fù)載和傳輸線展示

匹配網(wǎng)絡(luò)的有效性通過使用參數(shù)回波損耗和插入損耗來測量。

上圖顯示了一個典型的射頻電路，其中一個射頻源發(fā)射射頻功率，一個負(fù)載承擔(dān)大部分射頻功率并反射一些射頻功率。回波損耗是入射功率與反射功率之比。插入損耗指示在到達(dá)下一階段之前通過電路損失的功率的部分。

在一個理想的匹配網(wǎng)絡(luò)中，所有的功率都轉(zhuǎn)移到下一個階段，沒有功率被反射。這會導(dǎo)致零插入損耗和無限回波損耗。在實(shí)際電路中，所需的回波損耗可能在 6 dB 到 30 dB 之間，具體取決于應(yīng)用和使用情況。在匹配網(wǎng)絡(luò)中，回波損耗轉(zhuǎn)化為插入損耗，如下表所示。

回波損耗與插入損耗