射頻與高頻電路

波長

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往池塘丟一顆石頭,漣漪向外散開;從一個波峰到下一個波峰的距離,就是波長。沿著導線傳播的電訊號也是同一種波,它的波長就是這個波在一個完整週期中走過的實體距離。這個單一數字決定了射頻裡最重要的問題:你的導線夠短、可以當成普通節點看待嗎?還是已經長到在同一瞬間,兩端的電壓其實並不相同?

公式是波長 = 速度 / 頻率,寫成 lambda = v / f。在自由空間中,波以光速行進,c = 3 times 10^8 公尺每秒。所以 1 GHz 的訊號波長 lambda = 3 times 10^8 / 10^9 = 0.3 公尺,約 30 公分。在 100 MHz 時是 3 公尺;在 2.4 GHz(WiFi)時約 12.5 公分。在纜線或電路板裡,波走得較慢,通常是光速的 0.6 到 0.7 倍,所以板上的波長會按同樣比例縮短。一個常用的經驗法則:一旦連接長度超過約十分之一波長,你就不能再把它當成單純的導線。

波長是一把量尺,告訴你什麼時候普通電路思維會失效。一條 5 公分的走線,在 1 kHz(波長 300 公里)時微不足道,但在 2 GHz 時卻是波長中有意義的一部分,必須當成傳輸線處理。波長也決定了天線的尺寸,這就是為什麼偶極天線長約半個波長,也是為什麼微波頻段的濾波器與匹配網路可以用尺寸精算過的銅片做成。誠實的提醒:真正重要的是以波長為單位的電氣長度,而不是公分;同一條走線在某個頻率無害,在另一個頻率卻是關鍵。

2.4 GHz 的 WiFi 訊號在自由空間的波長約 12.5 公分,所以對應的半波偶極天線約 6.25 公分長,四分之一波長的單極鞭狀天線約 3.1 公分。這就是為什麼路由器裡的天線那麼小。

頻率越高,波長越短,天線也越小。

在纜線或電路板上,訊號比光慢,所以板上的波長比自由空間值更短,常為 0.6 到 0.7 倍。判斷走線長度時,永遠要用介質中的波長。

又称
lambdaλ波長 lambda