我們知道，根據(jù)在其他科學(xué)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗(yàn)，波與某些特定的行為相關(guān)聯(lián)。光波在從一種介質(zhì)（如空氣）進(jìn)入另一種介質(zhì)（如玻璃）時(shí)會(huì)發(fā)生折射。水波在遇到船只或大型巖石時(shí)會(huì)發(fā)生衍射。聲波會(huì)相互干擾，導(dǎo)致音量周期性變化。

同樣，電波也表現(xiàn)出我們通常不會(huì)與電信號(hào)聯(lián)系在一起的行為特性。不過(guò)，我們對(duì)電的波動(dòng)性質(zhì)普遍缺乏了解也不奇怪，因?yàn)樵谠S多電路中，這些效應(yīng)都是可以忽略不計(jì)或根本不存在的。對(duì)于數(shù)字工程師或低頻模擬工程師來(lái)說(shuō)，他們可能工作多年并設(shè)計(jì)出許多成功的系統(tǒng)，卻從未深入理解高頻電路中突出的波動(dòng)效應(yīng)。

正如大學(xué)問(wèn)——傳輸線所討論的，受特殊高頻信號(hào)行為影響的互連被稱為傳輸線。只有當(dāng)互連的長(zhǎng)度至少為信號(hào)波長(zhǎng)的四分之一時(shí)，傳輸線效應(yīng)才顯著；因此，除非我們處理高頻信號(hào)或非常長(zhǎng)的互連，否則我們不必?fù)?dān)心波的屬性。

反射

反射、折射、衍射和干涉——所有這些經(jīng)典的波動(dòng)行為都適用于電磁輻射。但在此階段，我們?nèi)匀惶幚淼氖请娦盘?hào)，即尚未通過(guò)天線轉(zhuǎn)換為電磁輻射的信號(hào)，因此我們只需要關(guān)注其中的兩種：反射和干涉。

我們通常認(rèn)為電信號(hào)是一種單向現(xiàn)象，它從一個(gè)組件的輸出端傳輸?shù)搅硪粋€(gè)組件的輸入端，換句話說(shuō)，就是從源到負(fù)載。然而，在射頻設(shè)計(jì)中，我們必須始終意識(shí)到信號(hào)可以雙向傳播：當(dāng)然是從源到負(fù)載，但也可能會(huì)因?yàn)榉瓷涠鴱呢?fù)載傳回到源。

當(dāng)波沿弦傳播并遇到物理障礙物時(shí)，它會(huì)發(fā)生反射。

水波類比

當(dāng)波遇到不連續(xù)處時(shí)，會(huì)發(fā)生反射。想象一下，一場(chǎng)風(fēng)暴導(dǎo)致大波浪在一個(gè)通常平靜的港口中傳播。這些波浪最終會(huì)撞上一個(gè)堅(jiān)固的巖石墻。我們憑直覺(jué)知道，這些波浪會(huì)從巖石墻上反射回來(lái)，并再次傳播回港口。然而，我們也憑直覺(jué)知道，海浪沖上海灘時(shí)，很少會(huì)將大量能量反射回大海。為什么會(huì)有這樣的差異？

波傳遞能量。當(dāng)水波在開(kāi)闊水域中傳播時(shí)，這種能量只是在移動(dòng)。然而，當(dāng)波遇到不連續(xù)處時(shí)，能量的平滑移動(dòng)就會(huì)中斷；在海灘或巖石墻的情況下，波的傳播變得不可能。但是，波所傳遞的能量會(huì)發(fā)生什么呢？它不能消失；它必須被吸收或反射。巖石墻不會(huì)吸收波浪的能量，因此會(huì)發(fā)生反射——能量繼續(xù)以波的形式傳播，但方向相反。然而，海灘允許波浪能量以更漸進(jìn)和自然的方式消散。海灘吸收了波浪的能量，因此幾乎不會(huì)發(fā)生反射。

從水到電子

電子電路也存在影響波傳播的不連續(xù)性；在這個(gè)背景下，關(guān)鍵參數(shù)是阻抗。想象一個(gè)電信號(hào)波沿著傳輸線傳播；這相當(dāng)于海洋中部的水波。波及其攜帶的能量從源到負(fù)載平穩(wěn)地傳播。然而，最終，電信號(hào)波會(huì)到達(dá)其目的地：天線、放大器等。

根據(jù)之前的內(nèi)容，我們知道當(dāng)負(fù)載阻抗的幅度等于源阻抗的幅度時(shí)，會(huì)發(fā)生最大功率傳輸。（在此上下文中，“源阻抗”也可以指?jìng)鬏斁€的特性阻抗。）在阻抗匹配的情況下，實(shí)際上不存在不連續(xù)性，因?yàn)樨?fù)載可以吸收波的所有能量。但如果阻抗不匹配，則只有部分能量被吸收，剩余的能量會(huì)以相反方向傳播的電信號(hào)波的形式反射回來(lái)。

反射能量的多少受到源阻抗和負(fù)載阻抗之間不匹配程度的影響。最糟糕的兩種情況是開(kāi)路和短路，分別對(duì)應(yīng)無(wú)窮大的負(fù)載阻抗和零負(fù)載阻抗。這兩種情況代表了完全的不連續(xù)性；沒(méi)有能量可以被吸收，因此所有能量都被反射。

匹配的重要性

如果你曾參與過(guò)射頻設(shè)計(jì)或測(cè)試，你就會(huì)知道阻抗匹配是一個(gè)經(jīng)常討論的話題。現(xiàn)在我們明白了阻抗必須匹配以防止反射，但為什么對(duì)反射如此關(guān)注呢？

首先，反射會(huì)影響效率。如果我們有一個(gè)功率放大器連接到天線，我們不希望一半的輸出功率反射回放大器。我們的目標(biāo)是產(chǎn)生可以轉(zhuǎn)換為電磁輻射的電功率。通常，我們想要將功率從源傳輸?shù)截?fù)載，這意味著必須盡量減少反射。

第二個(gè)問(wèn)題則更為微妙。通過(guò)傳輸線傳輸?shù)讲黄ヅ湄?fù)載阻抗的連續(xù)信號(hào)會(huì)導(dǎo)致連續(xù)的反射信號(hào)。這些入射波和反射波以相反的方向相互通過(guò)。它們之間的干涉會(huì)導(dǎo)致駐波，即入射波和反射波之和的靜止波模式。這種駐波確實(shí)會(huì)在電纜的物理長(zhǎng)度上產(chǎn)生峰值幅度的變化；某些位置的峰值幅度較高，而其他位置的峰值幅度較低。

駐波會(huì)導(dǎo)致電壓高于傳輸信號(hào)的原始電壓，在某些情況下，這種影響嚴(yán)重到足以對(duì)電纜或組件造成物理?yè)p壞。

總結(jié)

電信號(hào)波會(huì)受到反射和干涉的影響。

水波在遇到物理障礙物（如石墻）時(shí)會(huì)發(fā)生反射。類似地，當(dāng)交流信號(hào)遇到阻抗不連續(xù)時(shí)，也會(huì)發(fā)生電反射。

我們可以通過(guò)將負(fù)載阻抗與傳輸線的特性阻抗匹配來(lái)防止反射。這樣，負(fù)載就可以吸收波的能量。

反射是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儨p少了可以從源傳輸?shù)截?fù)載的功率量。

反射還會(huì)導(dǎo)致駐波；駐波的高振幅部分可能會(huì)損壞組件或電纜。