时域反射测量（Time-Domain Reflectometry，简称TDR）是测量传输线阻抗的技术。这项技术对于高速印制电路或射频印制电路至关重要。我长期接触无线电，虽说并非专业人士，但在功率传输的特性阻抗方面积累了很多经验。
就拿连接天线的传输线来说，特性阻抗就非常重要。在PCB领域，天线可能会出现在手机或Wi-Fi设备上。这些设备在高频下传输和接收射频信号，若传输线和天线不匹配，就会对性能产生影响。因此，业余无线电中使用的标准传输线缆都已知阻抗值，例如RG-8或RG-58这样的同轴线缆。这些线缆的特性阻抗为50欧姆，50欧姆被认为是“常数”，因此仅天线的变化会影响输出的谐振。
在射频应用中，理想频率下的天线长度不匹配可能会对有效辐射功率 (effective radiated power，简称ERP) 或接收功能性产生严重影响。当这种情况发生时，驻波比（standing wave ratio，简称SWR）就会发生变化。在传输线与负载（天线）匹配的情况下，SWR极低，完美匹配的比率为1:1。这意味着全部的传输功率都被辐射或传递到负载上了。随着SWR的增加，电路的一部分功率会反射到发射源或发射电路上。SWR越高，反射的功率越大。由于功率会产生热量，对发射源很危险，因为，反射较高的信号会损坏输出电路，导致失效。
我们来看一看Wi-Fi路由器。Wi-Fi路由器通常在2.4~5GHz频段传输。传输功率通常以毫瓦计算，所以说达到最佳ERP非常重要（是的，这些设备中有天线）。路由器设计的不同，天线的长度可能也会有所不同。由于是在较高的频率下运行，天线尺寸会非常小。例如，路由器天线只有大约4~5英寸长，这并非巧合，它是2.4GHz下的完整波长（936/f =全波长度，以英尺为单位的，其中f表示频率）。在2.4GHz下，这个波长实际上是4.68英寸。随着频率的增加，需要的天线实际长度会缩短。由于2.4GHz频段的频率为2.401~2.484GHz，制造商将频段中间值2.445GHz定为平均谐振频率，则波长约为4.58英寸。可以通过测量路由器天线的长度来仔细核查。
在路由器案例中，传输功率通常在10~25毫瓦之间。传输线与天线的匹配至关重要，匹配程度高才能辐射尽可能多的信号。在传输线与天线不匹配的情况下，SWR不断增加，10~25毫瓦的ERP便会随之降低，电路开始出现损耗。在讨论信号的增益和损耗时，使用分贝 (dB)为单位。一旦功率发生反射，ERP就会开始降低。3dB损耗是传输功率的一半，所以如果传输10毫瓦时有3dB损耗，那么有效辐射就只剩5毫瓦，该数值仅供参考。在一开始就使用如此低功率的情况下，接收端接收到的信号效果不好。
路由器也支持5 GHz的频段，可计算结果却只适用于2.4 GHz。为什么要使用相同的天线？无线波的美妙之处在于它们能够以谐波的形式工作，或者更具体地说，使用自身的倍数。Wi-Fi 5 GHz频段的出现并非偶然。5GHz频段是2.4GHz频段的近似谐波。因此，2.4GHz的1个完整波长下使用相同的天线，可以在5 GHz频段上也匹配，不需要第二根天线。SWR的匹配会有点模糊，但只要比值小于1.5:1就是比较理想的情况，2:1是可以接受的临界值。
相信你一定注意到了越来越多的山顶上立起了几百英尺高的巨型信号塔。相比之下，真正的发射天线非常小。使用我们的天线计算器，知道有一个FM电台在俄勒冈州海拔超过1000英尺的塔上以92.3 MHz的频率进行传输。然而，一个完整波长的驱动要素只有10.3英尺。当看到这些巨塔时，切记，使用信号塔只是为了将天线尽可能高地抬离地面，从而将发射的波传播得尽可能远。
好的，我们现在了解了传输线与负载（天线）相匹配的重要性。在成品电路板中，我们还会遇到其他变量——IC、电容器、电感器和电阻器。同样，在计算信号响应时，电路板上使用的传输线（走线）需要保持恒定。传输线与负载不匹配可能会导致波形发生意料之外的变化。其中，感抗和容抗可以操控频率波形，经过设计可以得到理想波形。但不匹配的传输线可能会使这些波形发生偏差，导致不理想的结果。如果电路的感性增强，电压波形将超过电流波形90度。
相反，当电路的容性增加时，电流波形将超过电压90度。利用这些电气特性，电路可以增益或衰减信号。然而，只有稳定的传输线作为常数才能成功实现这些特性。
现在我们知道TDR在电路设计中发挥重要作用的原因了。匹配的传输线可提供最佳的电路性能，而不匹配的传输线会产生较高的反射波，引起信号损耗，甚至导致传输要素发生故障。
Todd Kolmodin任Gardien Services USA公司质量副总裁，同时也是电气测试及可靠性领域专家。如需阅读往期专栏，可点击此处。
