電壓駐波比定義和公式

射頻 （RF） 輸電線路中的阻抗不匹配會導(dǎo)致功率損耗和反射能量。電壓駐波比（VSWR）是一種測量傳輸線缺陷的方法。本教程定義 VSWR 并說明其計算方式。最后，展示了天線駐波比監(jiān)測系統(tǒng)。

駐波比定義

電壓駐波比（VSWR）定義為射頻（RF）電氣傳輸系統(tǒng)中發(fā)射和反射電壓駐波之間的比值。它是衡量RF功率從電源通過傳輸線傳輸?shù)截?fù)載的效率的指標(biāo)。一個常見的例子是通過傳輸線連接到天線的功率放大器。

因此，SWR是透射波和反射波之間的比率。高駐波比表示傳輸線效率和反射能量較差，這會損壞發(fā)射器并降低發(fā)射器效率。由于SWR通常是指電壓比，因此通常稱為電壓駐波比（VSWR）。

駐波比和系統(tǒng)效率

在理想的系統(tǒng)中，100%的能量從功率級傳輸?shù)截?fù)載。這要求源阻抗（傳輸線及其所有連接器的特性阻抗）與負(fù)載阻抗完全匹配。信號的交流電壓從頭到尾都是相同的，因為它通過而不受干擾。

在實際系統(tǒng)中，不匹配的阻抗會導(dǎo)致一些功率反射回源（如回波）。這些反射會造成相長和破壞性干擾，導(dǎo)致電壓出現(xiàn)峰值和谷值，隨傳輸線的時間和距離而變化。VSWR量化了這些電壓變化，因此電壓駐波比的另一個常用定義是，它是傳輸線上任何點的最高電壓與最低電壓的比值。

對于理想的系統(tǒng)，電壓不會變化。因此，其駐波比為 1.0（或更通常表示為 1：1 的比率）。發(fā)生反射時，電壓會發(fā)生變化，VSWR會更高，例如1.2（或1.2：1）。VSWR的增加與傳輸線（以及整體發(fā)射器）效率的降低相關(guān)。

反射能量

當(dāng)發(fā)射波碰到無損傳輸線和負(fù)載之間的邊界（圖1）時，一些能量將傳輸?shù)截?fù)載，一些能量將被反射。反射系數(shù)將入射波和反射波關(guān)聯(lián)為：

其中V是反射波，V是入射波。VSWR與電壓反射系數(shù)（Γ）的大小相關(guān)如下：-+

圖1.傳輸線電路說明了傳輸線和負(fù)載之間的阻抗失配邊界。反射發(fā)生在Γ指定的邊界處。入射波為V，反射波為V。+-

駐波比可以直接用SWR計測量。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）等RF測試儀器可用于測量輸入端口（S11） 和輸出端口 （S22).S11和 S22分別相當(dāng)于輸入端口和輸出端口的Γ。具有數(shù)學(xué)模式的 VNA 也可以直接計算和顯示生成的 VSWR 值。

輸入和輸出端口的回波損耗可通過反射系數(shù)S 計算11或 S22如下：

反射系數(shù)由傳輸線的特性阻抗和負(fù)載阻抗計算如下：

其中 ZL是負(fù)載阻抗和ZO是傳輸線的特性阻抗（圖1）。

駐波比也可以用 Z 表示L和 ZO.將等式 5 代入等式 2，我們得到：

駐波比 = [1 + |（ZL- ZO）/（ZL+ ZO)|]/[1 - |（ZL- ZO）/（ZL+ ZO)|]= （ZL+ ZO+ |ZL- ZO|)/（ZL+ ZO- |ZL- ZO|)

對于 ZL>ZO, |ZL- ZO|= ZL- ZO

因此：

對于 ZL

因此：

我們在上面指出，VSWR是以相對于1的比率形式給出的規(guī)范，例如1.5：1。VSWR 有兩種特殊情況，∞：1 和 1：1。當(dāng)負(fù)載為開路時，會出現(xiàn)無窮大與 1 的比率。當(dāng)負(fù)載與傳輸線特性阻抗完全匹配時，比率為1：<>。

駐波比由傳輸線本身產(chǎn)生的駐波定義，下式：

其中 V.MAX是最大振幅和V最低是駐波的最小振幅。對于兩個疊加波，最大值發(fā)生在入射波和反射波之間的相長干涉下。因此：

以獲得最大的建設(shè)性干擾。最小振幅發(fā)生在解構(gòu)干擾或：

將等式9和10代入等式8得到

將等式 1 代入等式 11，我們得到：

等式 12 是本文開頭所述的等式 2。

駐波比監(jiān)測系統(tǒng)

MAX2016為雙路對數(shù)檢波器/控制器，用于監(jiān)測天線與環(huán)行器和衰減器配對時的駐波比/回波損耗。MAX2016輸出兩個功率檢測器之間的差值。

MAX2016與MAX5402數(shù)字電位器和MAX1116/MAX1117 ADC相結(jié)合，構(gòu)成完整的VSWR監(jiān)測系統(tǒng)（圖2）。數(shù)字電位器利用MAX2016的基準(zhǔn)電壓輸出充當(dāng)分壓器。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通?？商峁?2mA 電流。該電壓設(shè)置內(nèi)部比較器（引腳CSETL）的閾值電壓。當(dāng)輸出電壓超過閾值（引腳COUTL）時，可以產(chǎn)生報警。MAX1116 ADC需要2.7V至3.6V電源，MAX1117 ADC需要4.5V至5.5V電源。ADC還可以使用MAX2016提供的外部基準(zhǔn)電壓。ADC與微控制器配對，可以持續(xù)監(jiān)控天線的駐波比。

圖2.駐波比監(jiān)測系統(tǒng)由一個用于實時測量的ADC組成。外部數(shù)字電位計可在比較器輸出端（COUTL）上實現(xiàn)可配置的報警信號。

總結(jié)

回顧一下，本教程將SWR或VSWR描述為測量傳輸線缺陷和效率的一種方法。駐波比與反射系數(shù)有關(guān)。較高的比率表示較大的不匹配，而 1：1 的比率表示完全匹配。這種匹配或不匹配源于駐波的最大和最小振幅。SWR與發(fā)射能量和反射能量之間的比率有關(guān)。MAX2016作為如何創(chuàng)建系統(tǒng)來監(jiān)測天線VSWR的示例。

審核編輯：郭婷