マイクロ波回路 PCB 設計 - 定在波と定在波係数

（2）定在波と定在波係数 - Sパラメータ

1. 定在波の概念

PCB伝送線路端子の負荷を短絡すると、ZL=0となり、入射波と反射波の電圧振幅は等しく、位相は逆（位相差π）となり、電圧波は端末のすべてが互いにキャンセルし、ゼロになります。

終端位相シフト後に形成される反射波は右から左に移動します。 PCB 伝送ラインに沿って、この 2 つが追加されて、定在波である別の波形分布形式を形成します。

PCB 伝送ライン上に定在波が形成されると、あたかも PCB 伝送ライン上に「固定」されているかのように、エネルギーはラインに沿って伝送されなくなります (進行波状態に対応)。コサイン電圧波の定在波式は、次のように推定できます。

u=Um(t) Sin β ただし、Um (t)=2Um Sin ω t

電圧は単純高調波の法則に従って PCB 伝送線路に沿って分布し、その振幅 Um (t) は時間とともに変化することがわかりますが、ノード (電圧または電流が常にゼロになる点) の分布法則は）と腹側ポイント（最大値を持つポイント）は時間とともに変化しないため、周期的な脈動単調波が形成されます。

また、現在の定在波は、ノード (または腹部) が 1/4 波長だけ変位し、それらと短絡回路の間の距離が 1/4 波長の整数倍であることを除いて、同じ分布規則を持っていることがわかります。 .

PCB Design

2.定在波係数S（電圧定在波比ともいう）

実際には、上記の純粋な定在波は存在しません。 PCB 伝送ラインの損失のため、定在波は常に進行波よりも小さくなります。つまり、両方が同時に発生します。また、PCB 伝送ラインの実際の非対称性 (幾何学的サイズ) により、負荷が完全に一致した場合でも、エネルギーの部分反射により定在波が生成されます。つまり、実際には、定在波は進行波に重畳された純粋でない定在波です。

純粋定在波とは、入射波 A の振幅が反射波 B の振幅と等しいこと、つまり反射係数 Г= 1 (注: Г 複素弾性率) を意味し、非純粋定在波とは B<A、Г< を意味します。 1. 実際の PCB 伝送線路上に存在するさまざまな定在波状態を総合的に測定するために、通常は電圧定在波係数 - S パラメータを使用して測定します。

パラメータ S は、ノード電圧 Umin に対する PCB 伝送線路の定在波の腹側点電圧 Umax の比、つまり、S=Umax/Umin を示します。

Umax=A+B であることを証明できます。うみん=A-B

そして S=(1+ Г)/ (1- Г)

Г= A/B が反射係数係数である場合、Г= (S-1)/(S+1) が存在します。なぜなら、Г= 0~1 であるため、S パラメータは 1 以上の正数です。

荷重が完全に一致すると、Г= 0，S=1 となることがわかります。

上記から、定在波係数 S が高周波信号 (特にマイクロ波信号) 伝送の動作状態を完全に特徴付けることができることがわかります。マイクロ波回路では、

通常、S=1.05-3 です。

集中パラメータ特性を持つ一部のコンポーネントを特徴付ける場合、S パラメータは散逸係数または散乱係数とも呼ばれます。散逸であろうと散乱であろうと、直接的な要因は定在波です。したがって、コンポーネントの S パラメータを特徴付けるには VSWR を使用するのが最も適切です。なぜなら、VSWR は一部の回路のマイクロ概念を理解し、入力および出力 PCB 伝送ラインと組み合わせてそれらの特性を測定するのに役立つからです。

要約すると、マイクロ波回路の PCB 設計原則は次のとおりです。

● 定在波は、実際の回路が不安定になったり、設計要件に適合しない根本的な原因の 1 つです。設計では、S パラメータができるだけ 1 に近くなるように完全に保証する必要があります。つまり、S パラメータが小さいほど良い (通常は S=1.05-3)。

● 実際には、定在波係数の測定は反射係数の測定よりもはるかに簡単です。したがって、測定技術では定在波係数のみが一般的に使用されます。

● 長いアース線または架線 (PCB の設計または処理に起因する小さなバリなどのさまざまな形態を含む) は、強い定在波を形成し、放射干渉を形成する可能性があります。

● 過度の反射波は、信号ソース (信号処理リンクの相対的な「ソース」を含む) に干渉します。

● 定在波は通常の信号伝送に干渉し、信号対雑音比を低下させます。

● S パラメータの値は反射係数に依存します。つまり、PCB の伝送線路特性と負荷端子に依存します。したがって、PCB 設計では、配線特性だけでなく、各信号配線の伝送端子負荷の整合設計も十分に考慮する必要があります。これが回路品質を確保するための基本です。

● コンポーネントの S パラメータを単独で調査しないでください。それらの入出力信号伝送配線と組み合わせて総合的に測定する、つまり、特定のコンポーネントの組み合わせのネットワークと組み合わせて調査する必要があります。回路基板アセンブリ、回路基板設計、および回路基板処理メーカーは、マイクロ波回路 PCB 設計 - 定在波と定在波係数について説明しています。