回波损耗、反射系数、电压驻波比以及S参数的物理意义

. .. .. .. .10/11回波损耗、反射系数、电压驻波比以与S参数的物理意义以二端口网络为例，如单根传输线，共有四个S参数：S11，S12，S21，S22，对于互易网络有S12＝S21，对于对称网络有S11＝S22，对于无耗网络，有S11*S11+S21*S21＝1112S参数：S11，S12，S21，S22，对于互易网络有S12＝S21，对于对称网络有S11＝S22，对于无耗网络，有S11*S11+S21*S21＝1，即网络不消耗任何能量，从端口1输入的能量不是被反射回端口12或带状线，都有参考平面，为不对称构造〔但平行双导线就S11不等于S22有S12＝S21。假设Port1为信号输入端口，Port2为信号输出端口，那么我们关心的S参数有两个：S11和S21，S11表示Port1值越小越好，一般建议S110.7，即－3dB，假设网络是无耗的Port1S21>0.7的要求GHz即使在Port1S21的值就会变得很小，表示能量在传输过程中还没到达目的地，就已经消耗在路上了。对于由2根或以上的传输线组成的网络，还会有传输线间的互参数，可以理解为近端串扰系数、远端串扰系统，留意在奇模鼓励和偶模鼓励下的S参数值不同。需要说明的是，S参数表示的是全频段的信息，由于传输线的带宽限制，一般在高频的衰减比较大，S参数的指标只要在由信号的边缘速率表示的EMI放射带宽围满足S11这几个参数在射频微波应用中常常会遇到，他们各自的含义如(ReturnLoss)：入射功率/反射功率,为dB数值反射系数(Г)：反射电压/入射电压,为标量电压驻波比(VoltageStandingWaveRation):波腹电压/波节电压SS12为反向传输系数，也就是隔离。S21为正向传输系数，也就是增益。S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。四者的关系：VSWR=(1+Г)/(1-Г(1)S11=20lg(Г)(2)RL=-S11(3它各端口都要匹配。这些参数的共同点：他们都是描述阻抗匹配好坏程度的参数。其中，S11实际上就是反射系数Г，只不过它特指一个网络1号端口的反射系数。反射系数描述的是入射电压和反射电压之间的比值，而回波损耗是从功率的角度来对待问题。而电压驻波的原始定义与传输线有关，将两个网络连接在一起，虽然我们能计算出连接之后的电压驻波比的值，但实际上假设这里没有传输线，根本不会存在驻波。我们实际上可以认为电压驻波比实际上是反射系数的另一种表达方式，至于用哪一个参数来进展描述，取决于怎VSWR之间的转换关系，12/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11示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移1.5。回波损耗：它是反射系数确定值的倒数，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、公式表达2.1驻波比:S＝电压最大值/电压最小值＝Umax/Umin2.2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)2.3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〕︱取确定值2.4回波损耗：L＝1/P＝︱〔Zb+Za〕/〔Zb-Za〕︱2.5驻波比与反射系数：S＝〔1+P〕/〔1-P〕VSWRVSWR翻译为电压驻波比(VoltageStandingWaveRatio)，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局部被反射，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VSWR=(1+反射系数模值)/(1能量的比值为1：(反射系数模的平方)从能量传输的角度考VSWR为1:1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〔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展联络时，固然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1，假设接近1:1，固然好。常常听到这样的问题：但假设不能到达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？VSWR与标称阻抗放射机与天线匹配的条件是两者阻抗的电阻重量一样、感抗局部相互抵消。假设放射机的阻抗不同，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，因此放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那么多为50欧姆因此商品VSWR表也是按50欧姆设计标度的。 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，由于那样反而帮倒忙。只要设法调到你的天线电流最大就可以了。VSWR不是1时，比较VSWR的值没有意义正由于VSWR除了1VSWR表并没有象电压表、电阻VSWR给出它的误差等级数据。由于表射频耦合元件的相频特性和二极管非线性的影响，多VSWR都＝1不等于都是好天线 影响天线效果的最重要因素：谐振让我们用弦乐器的弦来加以说明。无论是提琴还是古筝，它的每一根弦在特定的长度和力下，都会有自己的固有频率。当弦以固有频率振动时，两端被固定不能移动，但振动方向的力最大。中间摇摆最大，但振动力最松弛。这相当于自由谐振的总长度为1/2波长的天线两端没有电〔电流波谷〕而电压幅度最大〔电压波腹，中间电流最大〔电流波腹〕而相邻两点的电压最小〔电压波谷。 我们要使这根弦发出最强的声音，一是所要的声音只能是弦的固有频率，二是驱动点的力与摆幅之比要恰当，即驱动源要和弦上驱动点的阻抗相匹配。具体表现就是拉弦的琴弓或者弹拨的手指要选在弦的适当位置上。我们在实际中不难觉察，拉弓或者拨弦位置错误会影响弦的发声强度，但稍有不当还不至于影响太多，而要发出与琴弦固有频率不同的声响却是十分困难的，此时弦上各点的振动状态格外简单、混乱，即使振动起来，各点对空气的推动不是齐心合力的，发声效率很低。天线也是同样，要使天线放射的电磁场最强，一是放射频率必需和天线的固有频率一样，二是驱动点要选在天线的适当位置。假设驱动点不恰当而天线与信号频率谐振，效果会略受影响，但是假设天线与信号频率不谐振，那么放射效率会大打折扣。 所以，在天线匹配需要做到的两点中，谐振是最关键的因素。 在早期的发信机，例如本期介绍的71型报话机中，天线电路只用串联电感、电容的方法取得与工作频率的严格谐振，而进一步的阻抗协作是由线圈之间的固定耦合确定死的，在不同频率下未必真正到达阻抗的严格匹配，但是实际效果证明只要谐振就足以好好工作了。因此在没有条件做到VSWR确定为1要的调整是使整个天线电路与工作频率谐振。天线的驻波比和天线系统的驻波比天线的VSWR高悬在空中，我们只能在天线电缆的下端测量VSWR，这样测量的是包括电缆的整个天线系统的VSWR。当天线本身的50姆时，测出的结果是正确的。当天线阻抗不是50欧姆时而电缆为50VSWR值会严峻受到天线长度的影响，只有当电缆的电器长度正好为波长的整倍数时、而且电缆损耗可以无视不计时，电缆下端呈现的阻抗正好和天线的阻抗完全一样。但即便电缆长度是整倍波长，但电缆有损耗，例如电缆较细、电缆的电气长VSWR还是会比天线的实际VSWR低。VSWR时，尤其在UHF的影响。不对称天线1/4臂长度不同，它的谐振波长如何计算？是否会消灭两个谐振点？假设想清了上述琴弦的例子，答案就清楚了。系统总长度不3/4线〕只有一个谐振频率，取决于两臂的总长度。两臂对称，相当于在阻抗最低点加以驱动，得到的是最低的阻抗。两臂长度不等，相当于把弓子偏近琴马拉弦，费的力不同，驱动点的阻抗比较高一些，但是谐振频率照旧是一个，由两臂的1/2缩短到0，驱动点阻抗增大到几乎无穷大，那么成为端馈天线，称为无线电开展早期用在汽艇上的齐柏林天线和现代的1/2波长R7000垂直天线，固然这时必需增加必要的匹配电50偶极天线两臂不对称，或者两臂四周导电物体的影响不对1/2长，不对称不是格外严峻，那么虽然特性阻抗会变高，肯定程度上影响VSWR，但是实际放射效果还不至于有十清楚显的恶化。QRPerVSWR当VSWR过高时，主要是天线系统不谐振时，因而阻抗存在很大电抗重量时，放射机末级器件可能需要承受较大的瞬间过电压。早期技术不很成熟时，高VSWR简洁造成射频末级功率器件的损坏。因此，将VSWR掌握在较低的数值，例如3现在有些设备具有比较完备的高VSWR保护当在线测量到的VSWR过高时，会自动降低驱动功率，所以烧末级的危急比20年以前降低了很多。但是仍旧不要大意。 不过对于QRP玩家讲来末级功率有时小到几乎没有烧末级的可能性。移动运用时要将便携的临时天线调到VSWR＝1却由于环境的变幻而要绞尽脑汁。这时不必太丧气。1988－1989年笔者为BY1PK试验4W的CW/QRP，使用长度缺乏1.5米的三楼窗帘铁丝和长度为1.5米左右的塑料线做馈线，用串并电容的方法调到天线电流最大，测得VSWR为无穷大，却也联到了JA、VK、U9、OH等电台。后来做了一个小天调，把VSWR调到1，但比照试验中远方友台报告说，VSWR的极大变化并没有给信号带来什么改进，似乎信号还变弱了些，可能原来就微弱的信号被天调的损耗又吃掉了一些吧。总之，VSWR道理多多。既然有了业余电台，总是免不了和VSWR天线系统和输出阻抗天线系统和输出阻抗为50欧的发信机的匹配条件是天线系50第一，天线电路与工作频率谐振〔否那么天线阻抗就不是纯一些国外杂志文章在介绍天线时常常给出VSWR时会因此产生一种错觉，只要VSWR＝1R＝1只能说明放射机的能量可以有效地传输到天线系统。但是这些能量是否能有效地辐射到空间，那是另一个问题。一副按理论长度作制作的偶极天线，和一副长度只有1/20VSWR＝1，但放射效果确定大相径庭，不能同日而语。做为极端例子，一个50欧姆的电