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阻抗匹配四参数:反射系数、行波系数、驻波比、回波损耗

2024-06-29 21:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

回波损耗、反射系数、电压驻波比,、S11这几个参数在射频微波应用中经常会碰到,他们各自的含义如下:

回波损耗(Return Loss):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(Voltage Standing Wave Ration): 波腹电压/波节电压 (也有ISWR,表示电流测量值)S参数:S12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。

行波系数:行波系数是相邻的电压波节与电压波腹之比。驻波比倒数,它是驻波比的倒数,用Tr表示.实际电路中,行波系数不小于0.5~0.6.

四者的关系: VSWR=(1+Г)/(1-Г) (1) S11=20lg(Г) (2) RL=-S11 (3)

一、反射系数/行波系数/驻波比/回波损耗

1、定义 

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。 驻波比: 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。

 

三、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统阻抗为50欧纯电阻。要满足这个条件,需要做到两点:第一,天线电路与工作频率谐振(否则天线阻抗就不是纯电阻);第二,选择适当的馈电点。 

 

一些国外杂志文章在介绍天线时经常给出VSWR的曲线。有时会因此产生一种错觉,只要VSWR=1,总会是好天线。其实,VSWR=1只能说明发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1/20的缩短型天线,只要采取适当措施,它们都可能做到VSWR=1,但发射效果肯定大相径庭,不能同日而语。做为极端例子,一个50欧姆的电阻,它的VSWR十分理想地等于1,但是它的发射效率是0。    而如果VSWR不等于1,譬如说等于4,那么可能性会有很多:天线感性失谐,天线容性失谐,天线谐振但是馈电点不对,等等。在阻抗园图上,每一个VSWR数值都是一个园,拥有无穷多个点。也就是说,VSWR数值相同时,天线系统的状态有很多种可能性,因此两根天线之间仅用VSWR数值来做简单的互相比较没有太严格的意义。  天线VSWR=1说明天线系统和发信机满足匹配条件,发信机的能量可以最有效地输送到天线上,匹配的情况只有这一种。



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