測量電壓駐波比(VSWR)量化傳輸線的阻抗失配(共4頁)

1、關鍵詞:radio, rf, swr, vswr, standing wave ratio, reflected energy, rf reflections, transmission line, antenna load, standing waves HYPERLINK /cn/app-notes/index.mvp/id/5432 l rp 相關型號設計指南5432測量電壓駐波比(VSWR)量化傳輸線的阻抗失配Wilson Tang, 技術員工Tom Au-Yeung, 客戶應用總監(jiān) Aug 26, 2013, Maxim Integrated Products, Inc.摘要：RF傳

2、輸線的阻抗失配會引起功率損耗和反射，電壓駐波比(VSWR)是用于衡量傳輸線缺陷的一項指標。本文(bnwn)表述了VSWR定義，說明如對其進行計算，并在最后給出了一個天線VSWR的檢測系統(tǒng)。類似文章(wnzhng)發(fā)表在2012年10月出版的 HYPERLINK /library/resources/images/issuepdf/psde_october12.pdf t /cn/app-notes/index.mvp/id/_blank 電源(dinyun)系統(tǒng)設計雜志。定義和背景在RF傳輸系統(tǒng)中，駐波比(SWR)用來衡量RF信號從功率發(fā)射源通過傳輸線，最終送入負載的傳輸效率。例如，功率放大器

3、通過一段傳輸線連接到天線。SWR反映了入射波與反射波的比率，SWR越高表明傳輸線效率越低、反射能量越大，可能導致發(fā)射機損壞，降低發(fā)射效率。由于SWR通常用電壓比表示，也稱為電壓駐波比(VSWR)。VSWR和系統(tǒng)效率一個理想系統(tǒng)是從功率源100%地將能量傳送到負載，這需要信號源阻抗、傳輸線及其它連接器的特征阻抗與負載阻抗精確匹配。由于理想的傳輸過程不存在干擾，信號交流電壓在傳輸線兩端保持相同。而在實際系統(tǒng)中，阻抗失配將會導致部分功率反射到信號源(如同一個回波)。反射引起疊加和相消干擾，從而在不同時間、不同距離在傳輸線上產生電壓波峰、波谷。VSWR用于度量這些電壓的變化，它是傳輸線上任何位置的最高

4、電壓與最低電壓之比。由于理想系統(tǒng)中電壓保持不變，其VSWR為1.0，通常表示為1:1。產生反射時，電壓發(fā)生變化，VSWR會增大，例如，使VSWR達到1.2或1.2:1。反射能量當入射波到達邊界，例如(lr)，通過無損傳輸線到達負載時(圖1),一部分能量傳送到負載，而另一部分能量則會反射(fnsh)回去。反射系數(shù)表示入射波與反射波的比： = V-/V+(式1)式中，V-是反射(fnsh)波，V+是入射波。VSWR與電壓反射系數(shù)()的關系為：VSWR = (1 + |)/(1 |)(式2)圖1. 傳輸線電路說明了傳輸線與負載之間的阻抗失配，在邊界產生的反射為，入射波為V+、反射波是V-?？梢灾苯永?/p>

5、用SWR計測量VSWR，矢量網(wǎng)絡分析儀(VNA)等RF測試儀器可以用來測量輸入端口(S11)和輸出端口(S22)的反射系數(shù)。S11和S22等同于輸入口、輸出口的反射系數(shù)，VNAs數(shù)學模型也可以直接用來計算、表征VSWR。輸入和輸出端口的回波損耗可以通過反射系數(shù)S11或S22計算：RLIN= 20log10|S11| dB(式3)RLOUT= 20log10|S22| dB(式4)可以通過傳輸線的特性阻抗和負載阻抗計算反射系數(shù)，公式如下： = (ZL- ZO)/(ZL+ ZO)(式5)式中，ZL是負載阻抗，ZO是傳輸線的特性阻抗(圖1)。VSWR也可以用ZL和ZO表示。把式5代入式2,可以得到：

6、VSWR = 1 + |(ZL- ZO)/(ZL+ ZO)|/1 - |(ZL- ZO)/(ZL+ ZO)| = (ZL+ ZO+ |ZL- ZO|)/(ZL+ ZO- |ZL- ZO|)如果ZL ZO, |ZL- ZO| = ZL- ZO則：VSWR = (ZL+ ZO+ ZL- ZO)/(ZL+ ZO- ZL+ ZO) = ZL/ZO.(式6)如果ZL ZO, |ZL- ZO| = ZO- ZL則：VSWR = (ZL+ ZO+ ZO- ZL)/(ZL+ ZO- ZO+ ZL) = ZO/ZL.(式7)我們(w men)注意到上面所提到的VSWR是相對于1的比值，例如VSWR為1.5:1。

7、VSWR有兩種特殊情況:1和1:1。負載(fzi)開路時，VSWR為:1，當負載(fzi)與傳輸線特性阻抗完全匹配時，VSWR為1:1。VSWR的定義是來自于傳輸線自身產生的駐波：VSWR = |VMAX|/|VMIN|(式8)其中，VMAX是傳輸線上駐波電壓的最大值，VMIN是傳輸線上駐波電壓的最小值。最大值由入射波和反射波同向疊加產生。因此：VMAX= V+ V-(式9)最小值由入射波和反射波反向疊加產生：VMIN= V+- V-(式10)把式9和式10代入式8，可得：VSWR = |VMAX|/|VMIN| = (V+ V-)/(V+- V-)(式11)把式1代入式11,得到：VSWR

8、= V+(1 + |)/(V+(1 - |) = (1 + |)/(1 |)(式12)式12與本文式2相等。VSWR檢測系統(tǒng) HYPERLINK /cn/MAX2016 MAX2016為雙通道對數(shù)檢測器/控制器，它與環(huán)行器和衰減器配套使用，用于監(jiān)測天線的VSWR/回波損耗。MAX2016可輸出兩路功率檢測器的差。MAX2016與 HYPERLINK /cn/MAX5402 MAX5402數(shù)字電位器和 HYPERLINK /cn/MAX1116 MAX1116/ HYPERLINK /cn/MAX1117 MAX1117ADC組成一個完整的VSWR監(jiān)測系統(tǒng)(圖2)。數(shù)字電位器用作MAX2016輸

9、出參考電壓的分壓器，內部電壓基準可提供2mA典型電流,該電壓用于設置內部比較器的門限電壓(CSETL)。當輸出電壓高于或低于門限電壓(COUTL)時，產生報警輸出。MAX1116 ADC的工作電壓為2.7V至3.6V，MAX1117 ADC的工作電壓為4.5V至5.5V。ADC也可以利用MAX2016提供電壓基準，ADC與微控制器共同監(jiān)測天線的VSWR。圖2. 配套ADC用于構建VSWR實時(sh sh)監(jiān)測系統(tǒng)，用外部數(shù)字電位器配置比較器輸出(COUTL)報警門限。總結(zngji)本指南了SWR或VSWR是衡量傳輸線路缺陷和效率(xio l)的一種方式。VSWR與反射系數(shù)相關。比值越高說明

10、失配越嚴重,而1:1是完全匹配的。匹配或失配取決于駐波的最大和最小幅度。SWR是傳輸能量與反射能量的比值。MAX2016是用來舉例說明如何創(chuàng)建一個系統(tǒng)來監(jiān)測天線的VSWR。相關型號 HYPERLINK /cn/products/MAX1116 MAX1116單電源、低功耗、串行8位ADC HYPERLINK /cn/sdemo/index.mvp 免費樣品 HYPERLINK /cn/products/MAX1117 MAX1117單電源、低功耗、2通道、串行8位ADC HYPERLINK /cn/sdemo/index.mvp 免費樣品 HYPERLINK /cn/products/MAX2016 MAX2016LF至2.5GHz、雙路對數(shù)檢測器/控制器，用于功率、增益和VSWR測量 HYPERLINK /cn/sdemo/index.mvp 免費樣品 HYPERLINK /cn/products/MAX5402 MAX5402256抽頭、PoT、低漂移數(shù)字電位器 HYPERLINK /cn/sdemo/index.mvp 免費樣品內容總結（1）摘要：RF傳輸線的阻抗失配會