传输线与特性阻抗

匹配负载消除反射

从左侧发出的电压波沿传输线奔向右端的负载。把负载阻抗 Z_L 设得远离特性阻抗 Z₀，波的一部分便返回，与前行波叠加成凹凸的驻波。把 Z_L 匹配到 Z₀，反射消失，波平滑流过。找出反射何时变为零。

不是电路而是波

我们学过，合上开关时同一电压会立刻加在整个电路上。但那只在线远短于信号波长时成立。当线长与波长相当时——手机电路板上的高频走线，或通往广播天线的长馈线——电压与电流不再作为一团一起运动。一端的变化以接近光速沿线像波一样扩展。这时我们称这条线为传输线。

分布的 L 与 C，以及 Z₀

传输线的两个导体每单位长度具有电感 L 与电容 C。导体中有电流便生磁场，给出电感；两导体间有电压便生电场，给出电容。这 L 与 C 像梯子般相连，载着波奔行。波速为 v = 1/√(LC)，电压与电流之比即特性阻抗 Z₀ = √(L/C)。Z₀ 由导线粗细、间距与其间材料决定，同轴电缆通常为 50Ω，广播用为 75Ω。

反射系数 Γ

波到达线端的负载时，唯有负载接受的电压与电流之比与 Z₀ 相合，才能被平滑吸收。若负载阻抗 Z_L 等于 Z₀，波便像线无限延伸一样被全部吸收。这就是匹配。但若 Z_L 不同于 Z₀，为强行凑合这一比值，一部分波便反射返回。返回的比例就是反射系数 Γ = (Z_L − Z₀)/(Z_L + Z₀)。负载开路（Z_L = ∞）时 Γ = +1，短路（Z_L = 0）时 Γ = −1，二者都把整列波弹回。

驻波

前行波与反射波叠加便形成驻波——沿线某些位置总是大幅摆动（波腹），某些位置几乎不动（波节）的凹凸图样。其凹凸程度由驻波比 SWR = (1 + |Γ|)/(1 − |Γ|) 度量。完全匹配时 Γ = 0、SWR = 1，没有图样、平滑流过，全部功率传给负载。反射越大，SWR 越大，返回的功率会加热发射机或使信号失真。所以高频设计的目标始终是匹配。

回到第一屏

在第一屏，把负载 Z_L 设得离特性阻抗 Z₀ 越远，前行波与反射波叠加，驻波的波腹与波节就越清晰。把 Z_L 匹配到 Z₀ 的那一刻，反射系数 Γ 归零，图样消失，波平滑流过。在传输线上，电压与电流是波，其比即 Z₀ = √(L/C)。负载若照单全收这一比值便无反射，若不符便有 Γ = (Z_L − Z₀)/(Z_L + Z₀) 返回。匹配正是把全部功率完好传递的途径。

与其为每个负载手算反射系数 Γ，不如用一个把所有阻抗与反射铺在一张圆盘上、一目了然的工具。下一节(EM-27)看这张史密斯圆图。你将掌握这张地图：复阻抗画成圆与弧，沿线移动时点便绕圆而行。