電壓駐波比是射頻系統(tǒng)中一個(gè)常常會(huì)遇到的指標(biāo)參數(shù),是指駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比,又稱為駐波系數(shù)、駐波比。
為了弄清楚這個(gè)概念,首先我們來(lái)聊一下什么是駐波。
駐波是指頻率和振幅均相同、振動(dòng)方向一致、傳播方向相反的兩列行波疊加后形成的波為駐波,若振幅不相同,則形成行駐波。
在行波中能量隨波的傳播而不斷向前傳遞,其平均能流密度不為零;但駐波的平均能流密度等于零,能量只能在波節(jié)與波腹間來(lái)回運(yùn)行。
在兩者電壓(或電流)相加的點(diǎn)出現(xiàn)波腹,在兩者電壓(或電流)相減的點(diǎn)形成波節(jié)。
在波形上,波節(jié)和波腹的位置始終是不變的,給人“駐立不動(dòng)”的印象,但它的瞬時(shí)值是隨時(shí)間而改變的。如果這兩種波的幅值相等,則波節(jié)的幅值為零。
如下圖所示:綠線和藍(lán)線分別代表兩個(gè)振幅相同,頻率相同,傳播方向相反的兩個(gè)波,紅線代表兩個(gè)行波疊加的狀態(tài)。觀察紅線的波形可以看到,能量只在波節(jié)和波腹之間來(lái)回震蕩。
在電磁波的傳播過(guò)程中,當(dāng)傳輸線的阻抗發(fā)生變化時(shí),就會(huì)有一部分電磁波反射回來(lái)。
反射波和入射波疊加,就形成駐波。我們?cè)趯W(xué)習(xí)長(zhǎng)線效應(yīng)時(shí)學(xué)習(xí)到傳輸線的電壓和電流滿足以下公式:
式中第一項(xiàng)代表入射波電壓或者電流,第二項(xiàng)代表反射波電壓或者電流。
如下圖所示,假設(shè)藍(lán)色曲線代表入射波,紅色曲線代表反射波,那么黑色曲線就是入射波和反射波疊加的駐波。
當(dāng)全反射時(shí),反射波振幅等于入射波振幅,那么形成的駐波,波腹為入射波振幅的兩倍,波節(jié)為0,駐波比為無(wú)窮大。
當(dāng)完全匹配時(shí),波腹和波節(jié)相等,駐波比為1.實(shí)際射頻電路設(shè)計(jì)中,完全匹配狀態(tài)時(shí)不可能存在的。
由于傳輸線上同時(shí)存在入射波和反射波,那么在傳輸線上任意觀察點(diǎn)上的電壓和電流都是入射波和反射波疊加的結(jié)果。
由于反射波振幅一般情況下小于入射波振幅,那么傳輸線上反射波和入射波疊加的結(jié)果時(shí)形成行駐波。
當(dāng)反射系數(shù)為正實(shí)數(shù)時(shí),反射波電壓和入射波電壓相位相同,合成行駐波電壓的振幅最大,形成電壓波腹;而在該位置反射波電流和入射波電流相位相反(相差180°),合成行駐波的電流振幅最小,形成電流波節(jié)。該位置的波腹電壓和波節(jié)電流分別為:
當(dāng)反射系數(shù)為負(fù)實(shí)數(shù)時(shí),反射波電壓和入射波電壓相位相反,合成波電壓振幅最小,形成電壓波節(jié),而該點(diǎn)的反射波電流和入射波電流相位相同,合成波電流振幅最大,形成電流波腹。該位置的波節(jié)電壓和波腹電流分別為:
而在其他位置上,合成波電壓,電流的振幅分別介于各自波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)之間。
根據(jù)上文電壓駐波比的定義,即電壓波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)的比值,我們能夠得到電壓駐波比的公式:
駐波比是表示傳輸線上駐波成分大小的一個(gè)參數(shù),當(dāng)完全匹配時(shí),沒(méi)有反射波,駐波比為1,當(dāng)全反射時(shí),駐波比為無(wú)窮大。
我們通過(guò)上文的介紹得到了駐波比與反射系數(shù)之間的關(guān)系。工程中常用的回波損耗RL是反射系數(shù)的dB形式。我們可以得到電壓駐波比VSWR,反射系數(shù)和回波損耗RL之間的關(guān)系。
這個(gè)表格也是很常用的,一樣就能看到所對(duì)應(yīng)的值。
在射頻電路設(shè)計(jì)中,這三個(gè)參數(shù)表示的都是傳輸線的匹配狀況,即入射波和反射波之間的關(guān)系??磮D也更能理解dB的作用。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:詳解 VSWR 和 RL
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