電壓駐波比 VS WR和回波損耗RL

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。

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)和波腹之間來回震蕩。

在電磁波的傳播過程中，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。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。

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)，沒有反射波，駐波比為 1，當(dāng)全反射時(shí)，駐波比為無窮大。

我們通過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。

附錄：VSWR 駐波比反射損耗功率損耗換算表

審核編輯 黃昊宇