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射频回波损耗、反射系数、电压驻波比、S参数的含义与关系

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一、反射系数/行波系数/驻波比/回波损耗

 

1、定义

天馈线匹配:阻抗匹配的优劣一般用四个参数来衡量,即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用那一个均出于习惯。通常用的较多的是驻波比和回波损耗。

比: 它是行波系数的倒数,其值在1到无穷大之间。驻波比为1,表示完全匹配;驻波比为无穷大表示全反射,完全失配。在移动通信系统中,一般要求驻波比小于1.5。

回波损耗: 它是反射系数绝对值的倒数,以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间,回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射,无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中,一般要求回波损耗大于14dB。

 

 

2、表达公式

驻波比:

S=电压最大值/电压最小值
=Umax/Umin

行波系数:

K=电压最小值/电压最大值=Umin/Umax
=(入射波振幅-反射波振幅)/(反射波振幅+入射波振幅)

反射系数:

P=反射波振幅/入射波振幅
=(传输线特性阻抗-负载阻抗)/(传输线特性阻抗+负载阻抗)
即P=︱(Zb-Za)/(Zb+Za)︱ 取绝对值

回波损耗:

L=1/P=︱(Zb+Za)/(Zb-Za)︱

驻波比与反射系数:

S=(1+P)/(1-P)

 

二、电压驻波比(VSWR)

 

1、VSWR 

 

VSWR翻译为电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio),一般简称驻波比。 电磁波从甲介质传导到乙介质,会由于介质不同,电磁波的能量会有一部分被反射,从而在甲区域形成“行驻波”。 电压驻波比,指的就是行驻波的电压峰值与电压谷值之比,此值可以通过反射系数的模值计算: VSWR=(1+反射系数模值)/(1-反射系数模值)。 而入射波能量与反射波能量的比值为 1:(反射系数模的平方)

从能量传输的角度考虑,理想的VSWR为 1:1 ,即此时为行波传速状态,在传输线中,称为阻抗匹配;最差时VSWR无穷大,此时反射系数模为1,为纯驻波状态,称为全反射,没有能量传输。

由上可知,驻波比越大,反射功率越高,传输效率越低。

 

 

 

2、电压驻波比(VSWR)

 

电压驻波比(VSWR)是射频技术中最常用的参数,用来衡量部件之间的匹配是否良好。当业余无线电爱好者进行联络时,当然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1, 
 
如果接近1:1,当然好。常常听到这样的问题:但如果不能达到1,会怎样呢?驻波比小到几,天线才算合格?为什么大小81这类老式的军用电台上没有驻波表? 

 

3、VSWR及标称阻抗

发射机与天线匹配的条件是两者阻抗的电阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果发射机的阻抗不同,要求天线的阻抗也不同。在电子管时代,一方面电子管本输出阻抗高,另一方面低阻抗的同轴电缆还没有得到推广,流行的是特性阻抗为几百欧的平行馈线,因此发射机的输出阻抗多为几百欧姆。而现代商品固态无线电通信机的天线标称阻抗则多为50欧姆,因此商品VSWR表也是按50欧姆设计标度的。   


如果你拥有一台输出阻抗为600欧姆的老电台,那就大可不必费心血用50欧姆的VSWR计来修理你的天线,因为那样反而帮倒忙。只要设法调到你的天线电流最大就可以了。 

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