Chương 9: Phản xạ và đường truyền
9.4. Hệ số phản xạ
Điều gì gây ra sự phản xạ? Nếu cấu tạo các đường mạch của chúng ta giống như các đường truyền, chúng ta gọi chúng là các đường trở kháng. Tiếp tới chúng ta sẽ có thể điều khiển được sự phản xạ. Nhưng nếu chúng ta không điều khiển chúng chính xác, sự phản xạ vẫn tồn tại. Câu hỏi ở đây là chúng lớn bao nhiêu và tại sao chúng lại lớn như vậy.
Nếu chúng ta sử dụng các đường mạch có trở kháng điều khiển được (transmission line), ít nhất 2 yếu tố có thể gây ra sự phản xạ trong hệ: (a) trở kháng của đường dây, và (b) đầu kết thúc của đường dây không tốt. Ta tạm thời cho rằng các tính chất trở kháng của một đoạn mạch được xác định bằng các chỉ số hình học của nó, hoặc hệ số phân cực điện môi, sẽ gây ra sự thay đổi về tính chất trở kháng của đường dây. Điều này sẽ gây ra sự phản xạ tại điểm đó. Do đó đòi hỏi thiết kế hình học của mạch phải không đổi tại mọi nơi trong đường mạch. Ngoài ra, nếu chúng ta muốn điều khiển tính chất trở kháng của một đoạn mạch, chúng ta phải xác định rõ (gắn liền với việc chế tạo mạch) các loại vật liệu phải được sử dụng và mối quan hệ giữa các hệ số điện môi của chúng. Nếu các chỉ số hình học được giữ không đổi, nhưng có sự thay đổi vật liệu ở các thời điểm khác nhau, thì trở kháng cũng sẽ thay đổi từ thời điểm này sang thời điểm khác. Đề giảm thiểu điều này đòi hỏi phải thay đổi được giá trị của đầu mạch tại các thời điểm khác nhau, một điều gần như không thể.
Giả thử rằng đường mạch được thiết kế và chế tạo cẩn thận với các tính chất trở kháng không đổi và điều khiển được. Nếu điểm kết thúc chính xác, sẽ không có sự phản xạ. Nhưng nếu điện trở ở điểm cuối được chọn không chính xác, sẽ có sự phản
xạ. Độ lớn của sự phản xạ được xác định bằng hệ số phản xạ, ρ. Trong trường hợp điện trở ở điểm cuối là đơn hoặc đôi, điện thế của hệ số phản xạ được xác định như trong phương trình 9-2:
Phương trình 10-2:
trong đó RL là điểm cuối, có thể là một tải hoặc một điện trở.
Chú ý rằng nếu RL=Z0, thì độ lớn của hệ số phản xạ sẽ bằng không, và sẽ không có sự phản xạ. Nếu đường mạch là vô cùng về phía bên trái (nghĩa là RL dài vô hạn), thì hệ số phản xạ sẽ là RL/RL=1. Điều này có nghĩa là phản xạ xảy ra hoàn toàn và nó cúng phía với tín hiệu vào. Cho nên, nếu chúng ta gửi một tín hiệu 3V vào một mạch vô cùng, sẽ có 1 tín hiệu phản xạ lại có độ lớn 3V và như vậy trong mạch sẽ có một tín hiệu 6V.
Chú ý rằng nếu chúng ta nối ngắn mạch thì điện trở của điểm cuối sẽ bằng không, do vậy hệ số phản xạ sẽ là –Z0/Z0=-1. Điều này có nghĩa là sự phản xạ cũng xảy ra hoàn toàn nhưng theo hướng ngược lại so với hướng tín hiệu vào. Cho nên nếu ta đặt vào một tín hiệu 3V vào đoạn mạch này tín hiệu phản xạ lại sẽ là -3V, và như thế tổng tín hiệu trong mạch sẽ bằng không. (Bạn có lẽ tự hỏi làm thế nào để bạn biết được là mình đã đặt tín hiệu 3V vào trong mạch, bạn nên nhớ rằng có một khoảng thời gian nhất định để tín hiệu đi từ điểm này đến điểm kết thúc và quay trở lại).
Giá trị của hệ số phản xạ có thể thay đổi từ -1 đến +1. Giá trị +1 đối với mạch hở, và -1 cho trường hợp ngắn mạch. Giá trị của hệ số phản xạ bằng không có nghĩa là đường mạch là hoàn hảo.