天饋駐波特性測量與分析

基站天饋線駐波特性

測量與分析計算

西安海天天線科技股份有限公司

編寫：品質部趙恩惠研究員

2003年12月1日

本人自我介紹

（參見中國空間技術研究院人物錄230頁）

1965年7月畢業(yè)于中國科技大學無線電物理專業(yè)。原航天科技集團504研究所研究員。曾負責“714”飛船通信分系統、東方紅一號衛(wèi)星短波地面接收系統和天線分系統、718船天短波通信系統和天線分系統、“Z5無人機”電視系統天線、東方紅三號衛(wèi)星通信天線和神通一號通信衛(wèi)星Ku點波束天線等的研制，“FY－3”微波輻射計天線、中繼星天線和機械跟蹤可展開天線等的預研及921飛船測控天線系統的方案攻關。發(fā)表科技論文二十余篇。獲航天部科技進步二等獎兩項，部級科技進步三等獎三項，國防科技委四等獎和陜西省自然科學優(yōu)秀學術論文四等獎各一項。榮記航天任務三等功兩次。2001年5月21日加盟海天公司，主管過GSM直放站和室內分布系統的初期研發(fā)工作，協助院長開展對用戶的技術支持和基站天線的技術培訓，編寫了有關基站天線的基本概念和基站天線選型建議。2002年2月兼任研發(fā)一部部長，主管天線研發(fā)。2003年6月10日調品質部，被聘任為資深專家?；咎祓伨€駐波特性測量與分析計算前言匹配的概念反射損耗駐波比和反射損耗有損傳輸線上的駐波特性有損傳輸線終端駐波比的計算輸入端接頭不匹配時的駐波特性有損傳輸線輸入端接頭不匹配時的最大駐波比計算使用SiteMaster時選擇饋線和轉接頭的注意事項接頭不匹配時饋線長度L與駐波波浪線周期的關系假設饋線接頭匹配情況下饋線終端天線駐波比的推算測試實例的大致判斷前言

通常情況下，駐波比是用戶在使用現場對基站天線能夠檢測的唯一一項電性能技術指標。對其是否合格的現場判定往往會決定著被測天線的命運。有時甚至會影響公司在一個地區(qū)的訂單和聲譽。因此做為一線的銷售人員，特別是負責技術支持的人員學習和了解天饋系統的饋線損耗、接頭匹配性能對測試結果的影響，從而正確判斷在什么情況下，實測的駐波比會比天線本身的駐波比好，在什么情況下，實測的駐波比又會比天線本身的駐波比壞，做到既不放過一個不合格品，也不錯判一個合格品是十分重要的。今天我們將提供給各位進行這種判斷的理論基礎，最后會給出進行這種判斷的一些測試實例。

匹配的概念什么叫匹配？我們可簡單地認為，饋線終端所接負載阻抗Ｚ等于饋線特性阻抗Ｚ。時，稱為饋線終端是匹配連接的。當使用的終端負載是天線時，如果天線的輸入阻抗和與之相連的發(fā)射機或接收機、長線傳輸線（饋線）的輸入阻抗相同，我們就稱天線與這些設備之間的連接是匹配的。

當饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸的是行波，饋線上各處的電壓幅度相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就不能全部將饋線上傳輸的高頻能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。

9.6W75

ohms50ohms朝前:10W返回:0.4W這里的反射損耗為10log(10/0.4)=14dBVSWR=1.5是反射損耗的另一種計量反射損耗在不匹配的情況下,饋線上同時存在入射波和反射波。兩者疊加在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波節(jié)。這種合成波稱為駐波。駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數，也叫電壓駐波比(VSWR)。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數。由此可見，終端負載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數越小，駐波系數越接近于１，匹配也就越好。反射波幅度（ＺL－Ｚ。）反射系數Γ＝─────＝───────

入射波幅度（ＺL＋Ｚ。）

波腹電壓幅度最大值Ｖmax（1+Γ）

電壓駐波比S＝─────────────＝───

波節(jié)電壓輻度最小值Ｖmin（1-Γ）負載阻抗ＺL

Ｚ。ＺLＺ。時，電壓駐波比S＝───────；ＺLＺ。時，S＝───

饋線特性阻抗Ｚ。ＺLZinZLZ0L無損饋線的駐波特性存在饋線損耗時的駐波特性。

ZinZLZ0L入射波幅度反射波幅度駐波幅度天線負載有損傳輸線終端駐波比的計算

設天線輸入端口的駐波比為1.3；基站室外饋線(加跳線)的平均損耗為0.4dB/10米，接頭損耗為0.25dB。

當饋線長度為50米時，則饋線+接頭的損耗為50米×0.4dB/10米+0.25dB=2.25dB

因此饋線反射的往返總損耗為L線=2.25dB×2=4.5dB

天線駐波比為1.3時的反射系數為：反射損耗為：在機房饋線的終端，實際的最大反射損耗應為天線本身的反射損耗+連接饋線至天線的往返損耗的算術和。即：

由此可以求出總的反射系數為：

接著利用在饋線與接頭完全匹配的正常情況下，對天線的不同駐波比和饋線長度有如下的定量計算可供參考（假設基站

饋線的平均插損為0.4dB/10米）：

天線本身駐波比

天饋線輸入端駐波比

饋線長為25米

饋線長為30米

饋線長為30米

饋線長為50米

饋線長為60米

1.131.11.11.091.081.071.341.261.251.221.201.181.31.231.221.201.181.161.41.311.291.261.241.21

以上是在連接接頭完全匹配情況下的計算。但是如果饋線輸出端與基站發(fā)射機輸入端口的接頭不完全匹配。實際測試得到的終端駐波比就不會變好這么多。輸入端接頭不匹配時的駐波特性天線端的與接頭處反射系數會出現矢量疊加，對于一個給定的頻率f，當輸入端接頭到饋線終端天線處的距離為N/2（即反射波來回的路程為波長整數倍）時，天線和接頭的反射系數同向相加，出現駐波比的極大值；而當輸入端接頭到饋線終端天線處的距離為(2N+1)/4（即反射波來回的路程為半波長的奇數倍）時天線和接頭的反射系數反向相減，出現駐波比的極小值；因此，在一個頻帶范圍內，駐波比曲線會隨著頻率的變化成為周期變化的波浪線。2L/2=L×f2/

C=N+1(12)輸入端接頭阻抗Zin天線輸入阻抗ZLZ0饋線長L123455.52L/1=L×f1/

C=N(11)123456傳輸方向反射方向傳輸方向反射方向無損傳輸線輸入端接頭不匹配時的駐波特性

如果天線本身的駐波比為1.3，輸入端接頭的駐波比分別為1.1和1.2時，我們利用上述反射波矢量疊加的特性通過下面的運算可以得出此時在饋線終端的駐波比范圍。

在饋線輸出端口的接頭不匹配（從故障診斷曲線可看出零距離處有反射損耗），它與天線反射系數（損耗）矢量疊加的結果構成了如下圖所示的波折震蕩的駐波比曲線。使得從整體看來，駐波比可能沒有改善，甚至會變壞。

如果跳線接頭的駐波比分別為下表SX線所列各值，我們可以得到饋線長50米時的天線輸出端最大駐波比為表中SZ終所示。并且其駐波比曲線將隨著饋線的長短不同呈現密度不同的近似等周期的波浪線形式。

也就是說，如果饋線跳線接頭的駐波比超過1.10以后，即使饋線長50米，天線饋線終端的駐波比也可能超過1.3。這個問題我在各種場合已講過多次，希望能夠引起一線技術支持人員和銷售人員的足夠重視。天線駐波比為1.3時

序號

123456

SX線

1.051.101.151.201.251.30

SZ終

1.2261.2851.3441.441.4631.523在饋線長50米的同樣條件下，如果天線本身的駐波比為1.4時，在饋線終端測得的駐波比最大值就會更大（如下表所示）。

天線駐波比為1.4時

序號

123456

SX線

1.051.101.151.201.251.30

SZ終

1.2821.3441.4061.4691.5321.595SiteMaster連接線和轉接頭的選擇

SiteMaster.主要有兩種測量模式：頻域和距離域測量。頻域測量包括駐波比（VSWR）、回波損耗（RL）饋線損耗（CL）測量。距離域測量通常稱為（DTF）故障定位。它可以有回波損耗（RL）和駐波比（VSWR）兩種表示形式。兩者都可用來找出故障點。但饋線損耗（CL）不會出現在距離域。從上述分析我們不難理解，為了準確地測量駐波比和其它參數，在使用SiteMaster.時，應選擇駐波比盡可能好的連接電纜跳線和N到DIN的轉接頭。如果可能，其校準應在連接天線饋線的轉接頭處進行，以消除SiteMaster.連接電纜跳線對測量的影響。

新華社基站波形圖(A-TRX)

接頭不匹配時饋線長L與駐波波浪線周期的關系下面四張圖為北京長安街上新華社CDMA基站A扇區(qū)天線TRX通道的測試結果。其中左上圖為天線與基站斷開后在站內饋線終端測得的天線（含饋線）輸入電壓駐波比；右上圖為在同一終端進行的故障診斷測試；左下圖為斷開天線后，測得的天線引下饋線的插入損耗；右下圖為斷開天線引下饋線后，直接在天線輸出端口測得的天線輸入電壓駐波比。

由圖不難看出，雖然長度為27.91米的天線引下饋線有約1.5dB插入損耗，但是由于在饋線輸出端口的接頭不匹配（從故障診斷曲線可看出零距離處有反射損耗），它與天線反射系數（損耗）矢量疊加的結果構成了如左下圖所示的周期性波折震蕩的駐波比曲線。使得從整體看來，駐波比并沒有改善。饋線長度L與波浪線周期的關系：2L=n1；1=C/f12L=（n+1）2；2=C/f22L=nC/f1;2Lf1=n.C……………(1)2L=（n+1）C/f2;2Lf2=(n+1)C……..…..(2)(2)式－(1)式得：2L（f2-f1）=CL=C/2（f2-f1）(3)12(f2-f1)=(880-830)MHz=50MHz;2(f2-f1)=8.333MHz(4)

將4式代入3式得:L=300m/8.333=36

由于帶發(fā)泡介