反射系數(shù)/行波系數(shù)/駐波比/回波損耗定義、計算和性能分析

以二端口網(wǎng)絡(luò)為例，如單根傳輸線，共有四個S參數(shù)：S11，S12，S21，S22，對于互易網(wǎng)絡(luò)有S12＝S21，對于對稱網(wǎng)絡(luò)有S11＝S22，對于無耗網(wǎng)絡(luò)，有S11*S11+S21*S21＝1，即網(wǎng)絡(luò)不消耗任何能量，從端口1輸入的能量不是被反射回端口1就是傳輸?shù)蕉丝?上了。

在高速電路設(shè)計中用到的微帶線或帶狀線，都有參考平面，為不對稱結(jié)構(gòu)（但平行雙導(dǎo)線就是對稱結(jié)構(gòu)），所以S11不等于S22，但滿足互易條件，總是有S12＝S21。假設(shè)Port1為信號輸入端口，Port2為信號輸出端口，則我們關(guān)心的S參數(shù)有兩個：S11和S21，S11表示回波損耗，也就是有多少能量被反射回源端（Port1）了，這個值越小越好，一般建議S11<0.1，即－20dB，S21表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸?shù)侥康亩耍≒ort2）了，這個值越大越好，理想值是1，即0dB，越大傳輸?shù)男试礁?，一般建議S21>0.7，即－3dB，如果網(wǎng)絡(luò)是無耗的，那么只要Port1上的反射很小，就可以滿足S21>0.7的要求，但通常的傳輸線是有耗的，尤其在GHz以上，損耗很顯著，即使在Port1上沒有反射，經(jīng)過長距離的傳輸線后，S21的值就會變得很小，表示能量在傳輸過程中還沒到達目的地，就已經(jīng)消耗在路上了。

對于由2根或以上的傳輸線組成的網(wǎng)絡(luò)，還會有傳輸線間的互參數(shù)，可以理解為近端串擾系數(shù)、遠端串擾系統(tǒng)，注意在奇模激勵和偶模激勵下的S參數(shù)值不同。

需要說明的是，S參數(shù)表示的是全頻段的信息，由于傳輸線的帶寬限制，一般在高頻的衰減比較大，S參數(shù)的指標只要在由信號的邊緣速率表示的EMI發(fā)射帶寬范圍內(nèi)滿足要求就可以了。

回波損耗、反射系數(shù)、電壓駐波比,、S11這幾個參數(shù)在射頻微波應(yīng)用中經(jīng)常會碰到，他們各自的含義如下：

回波損耗(Return Loss)：入射功率/反射功率, 為dB數(shù)值

反射系數(shù)(Г)：反射電壓/入射電壓, 為標量

電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ration):?波腹電壓/波節(jié)電壓

S參數(shù)：S12為反向傳輸系數(shù)，也就是隔離。S21為正向傳輸系數(shù)，也就是增益。S11為輸入反射系數(shù)，也就是輸入回波損耗，S22為輸出反射系數(shù)，也就是輸出回波損耗。

四者的關(guān)系：

VSWR=(1+Г)/(1-Г) (1)

S11=20lg(Г) (2)

RL=-S11 (3)

以上各參數(shù)的定義與測量都有一個前提，就是其它各端口都要匹配。這些參數(shù)的共同點：他們都是描述阻抗匹配好壞程度的參數(shù)。其中，S11實際上就是反射系數(shù)Г，只不過它特指一個網(wǎng)絡(luò)1號端口的反射系數(shù)。反射系數(shù)描述的是入射電壓和反射電壓之間的比值，而回波損耗是從功率的角度來看待問題。而電壓駐波的原始定義與傳輸線有關(guān)，將兩個網(wǎng)絡(luò)連接在一起，雖然我們能計算出連接之后的電壓駐波比的值，但實際上如果這里沒有傳輸線，根本不會存在駐波。我們實際上可以認為電壓駐波比實際上是反射系數(shù)的另一種表達方式，至于用哪一個參數(shù)來進行描述，取決于怎樣方便，以及習(xí)慣如何。

回波損耗與VSWR之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，讀者可以采用上面的式子1和2來手動計算。

一、反射系數(shù)/行波系數(shù)/駐波比/回波損耗

1、定義?

天饋線匹配：阻抗匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量，即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用那一個均出于習(xí)慣。通常用的較多的是駐波比和回波損耗。

比： 它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.5。

回波損耗： 它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示。回波損耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。

?

2、表達公式?

駐波比:

S＝電壓最大值/電壓最小值

＝Umax/Umin

行波系數(shù):

K＝電壓最小值/電壓最大值＝Umin/Umax

＝(入射波振幅-反射波振幅)/(反射波振幅+入射波振幅)

反射系數(shù):

P＝反射波振幅/入射波振幅

＝(傳輸線特性阻抗-負載阻抗)/(傳輸線特性阻抗+負載阻抗)

即P＝︱（Zb-Za）/（Zb+Za）︱ 取絕對值

回波損耗：

L＝1/P＝︱（Zb+Za）/（Zb-Za）︱

駐波比與反射系數(shù)：

S＝（1+P）/（1-P）

二、電壓駐波比（VSWR）

1、VSWR?