电压驻波比是多少？ VSWR如何计算？

“ VSWR（电压驻波比）是一种衡量射频功率从电源通过传输线传输到负载（例如，从功率放大器通过传输线传输到天线）的效率的度量。 ）。” 这就是VSWR的概念。 有关VSWR的更多信息，例如VSWR的影响因素，对传输系统的影响，与SWR的区别等。本文可以为您提供详细的解释。

 

＃内容

1. 什么是驻波比（SWR）？

2. SWR重要参数指标

3. 什么是VSWR（电压驻波比）？

4. VSWR如何影响传输性能 系统?

5. 如何测量 SWR?

6. 怎么算 驻波?

7. 免费在线VSWR计算器

 

 

 1.什么是驻波比（SWR）？ 

 

根据维基百科，驻波比（SWR）定义为：

“负载与传输线或波导的特征阻抗的阻抗匹配的量度。阻抗失配会导致沿传输线的驻波，而SWR定义为波腹处部分驻波振幅与最大振幅的比值。沿线的一个节点上的振幅（最小）。”

 

SWR通常是使用称为 驻波计。 由于SWR是相对于使用中的传输线的特征阻抗的负载阻抗的度量（它们共同决定了反射系数，如下所述），因此，给定的SWR仪表只有在具有为特定的特性阻抗而设计。 实际上，在这些应用中使用的大多数传输线是阻抗为50或75欧姆的同轴电缆，因此大多数SWR表都对应于其中之一。

检查SWR是无线电台的标准程序。 尽管可以通过使用阻抗分析仪（或“阻抗电桥”）测量负载的阻抗来获得相同的信息，但SWR表在此方面更简单，更耐用。 通过测量发射器输出处阻抗不匹配的大小，可以揭示由于天线或传输线引起的问题。

 

顺便说一句，如果您认为自己从未经历过驻波，那是极不可能的。 微波炉中的驻波是食物烹饪不均匀的原因（转盘是该问题的部分解决方案）。 2.45 GHz信号的波长约为12厘米，或约XNUMX英寸。 辐射（和加热）中的零点将以类似于波长的距离分开。

 

最后，让我们看一个视频。

 

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 2. SWR重要参数指标

 

 1）什么是反射系数

 

反射系数为 参数 它描述了传输介质中的阻抗不连续性反射了多少电磁波，等于反射波与入射波的振幅之比。 在确定VSWR或调查例如馈线和负载之间的匹配时，反射系数是非常有用的质量。 希腊字母Γ通常用于反射系数，尽管也经常看到σ。

反射系数

 

使用反射系数的基本定义，可以根据以下知识进行计算： 入射电压和反射电压.

 

地点：
    Γ=反射系数
    Vref =反射电压
    Vfwd =正向电压

 

2）回波损耗和复位损耗

 

回波损耗 是由于光纤链路或传输线中的不连续信号反射或返回而导致的信号功率损耗，其表达单位也以分贝（dBs）为单位。 阻抗不匹配可能与插入线路中的设备或终端负载有关。 此外，回波损耗是反射系数（Γ）和驻波比（SWR）两者之间的关系，并且始终为正数，而高的回波损耗是良好的测量参数，通常与低插入相关失利。 顺便说一句，如果增加回波损耗，它将与较低的SWR相关。

 

信号丢失，其中 沿光纤链路的长度发生，称为插入损耗。 但是，插入损耗是所有类型的传输（无论是数据传输还是电气传输）都会自然发生的现象。 此外，与基本上所有物理传输线或导电路径一样，路径越长，损耗越大。 此外，这些损耗也会发生在沿线的每个连接点，包括接头和连接器。 此特定的测量参数以分贝表示，并且应始终为正数。 但是，这并不总是意味着，如果偶然是负数，那不是一个好的测量参数。 在某些情况下，插入损耗可能会显示为负参数测量值。

 

 

回波损耗和插入损耗

 

因此，现在让我们详细检查上图，以便我们可以更好地了解插入损耗和回波损耗之间的相互作用。 如您所见，入射功率从左侧沿传输线传播，直至到达组件。 一旦到达组件，信号的一部分会沿着传输线向下反射回信号源。 另外，请记住，信号的这一部分不会进入组件。

 

信号的其余部分确实进入了分量。 那里的一些被吸收，其余的则通过组件进入另一侧的传输线。 来自组件的功率称为发射功率，它小于入射功率，原因有两个：

① 一部分信号被反射。

②该分量吸收了一部分信号。

 

因此，总而言之，我们用分贝表示插入损耗，它是入射功率与发射功率之比。 此外，我们可以总结出回波损耗（我们也用分贝表示）是入射功率与反射功率之比。 因此，我们可以看到两种类型的损耗测量参数如何帮助准确地测量系统或直通路径中可测量信号和组件的整体效率。

在当今的电子实践中，就使用而言，回波损耗优于SWR，因为它可以为较小的反射波值提供更好的分辨率。

 

 3）什么是阻抗匹配

 

阻抗匹配为 设计源 和 负载阻抗 最小化信号反射或最大化功率传输。 在直流电路中，电源和负载应相等。 在交流电路中，根据目标，电源应等于负载或负载的复共轭。 阻抗（Z）是对电流流动的度量，它是一个复数值，实数部分定义为电阻（R），虚数部分称为电抗（X）。 阻抗的等式定义为Z = R + jX，其中j是虚数单位。 在直流系统中，电抗为零，因此阻抗与电阻相同。

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3.什么是VSWR（电压驻波比）

 

1）VSWR的含义是什么

 

电压驻波比（VSWR）为 表示不匹配的数量 在天线和与其连接的馈电线之间。 （点击 此处 选择我们的天线产品）这也称为驻波比（SWR）。 VSWR的值范围是1到∞。 低于2的VSWR值被认为 合适的 适用于大多数天线应用。 天线可被描述为具有“良好匹配”。 因此，当有人说天线匹配不良时，通常意味着对于感兴趣的频率，VSWR值超过2。 回波损耗是另一个令人关注的指标，在​​“天线理论”部分中有更详细的介绍。 通常需要在回波损耗和VSWR之间进行转换，并在表中列出了一些值以及这些值的图表以供快速参考。

 

让我们快速观看有关VSWR的视频！

 

 

2) 因素 影响VSWR

· 频率

· 天线接地

· 附近的金属物体

· 天线构造类型

· 温度

 

3）SWR vs VSWR vs ISWR vs PSWR

 

SWR是一个概念，即驻波比。 VSWR实际上是通过测量电压以确定SWR进行测量的方式。 您还可以通过测量电流甚至功率（ISWR和PSWR）来测量SWR。 但是对于大多数意图和目的，当有人说SWR时，他们的意思是VSWR，在普通对话中，它们是可以互换的。

 

· SWR：SWR代表驻波比。 它描述了线路上出现的电压和电流驻波。 它是电流和电压驻波的通用描述。 它通常与用于检测驻波比的仪表结合使用。 对于给定的失配，电流和电压按相同的比例上升和下降。
· 驻波：VSWR或电压驻波比专门适用于在馈线或传输线上设置的电压驻波。 由于更容易检测电压驻波，并且在许多情况下，电压在器件击穿方面更为重要，因此经常使用术语VSWR，尤其是在RF设计区域内。

 

对于大多数实际目的，ISWR与VSWR相同。 在理想条件下，信号传输线上的RF电压在线路上的所有点都相同，而忽略了由线路中的电阻和分隔线路导体的介电材料的缺陷所引起的功率损耗。 因此，理想的VSWR为1：1。 （由于第二个数字或分母始终为1，所以SWR值通常简单地用比率的第一个数字或分子来表示。）当VSWR为1时，ISWR也为1。仅当将射频功率传送到其中的负载（例如天线或无线接收器）的阻抗与传输线的阻抗相同时，才存在。 这意味着负载电阻必须与传输线的特征阻抗相同，并且负载必须不包含电抗（即，负载必须没有电感或电容）。 在任何其他情况下，电压和电流都会沿线路的各个点波动， 并且SWR不是1。

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4. VSWR如何影响传输系统的性能

 

VSWR通过多种方式影响传输系统或任何可能使用射频和相同阻抗的系统的性能。 尽管通常使用VSWR，但电压波和电流波都会引起问题。   

 

· 发射器功率放大器可能会损坏：由于驻波，馈线上看到的电压和电流水平增加，可能会损坏变送器的输出晶体管。 半导体器件如果在其指定的极限范围内运行，则非常可靠，但如果馈线上的电压和电流驻波使设备在其极限范围内运行，则可能导致灾难性的损坏。

· 功率放大器保护可降低输出功率：鉴于高SWR电平确实会造成功率放大器损坏的危险，许多变送器都集成了保护电路，当SWR升高时，该保护电路会降低变送器的输出。 这意味着，馈线和天线之间的不良匹配将导致较高的SWR，从而导致输出降低，从而显着降低发射功率。

· 高电压和电流水平会损坏馈线：由高驻波比引起的高电压和高电流电平可能会损坏馈线。 尽管在大多数情况下，馈线可以在其极限范围内正常运行，并且应该能够容纳两倍的电压和电流，但在某些情况下会造成损坏。 电流最大值可能会导致过多的局部加热，从而使使用的塑料变形或熔化，并且已知高压在某些情况下会引起电弧。

· 反射引起的延迟可能导致失真：当信号因不匹配而反射时，它会被反射回源头，然后又可以被反射回天线。 引入的延迟等于信号沿着馈线的传输时间的两倍。 如果正在传输数据，则可能导致符号间干扰，在另一个正在传输模拟电视的示例中，看到了“重影”图像。

· 与完全匹配的系统相比，信号减少：有趣的是，差的VSWR造成的信号电平损失并没有人们想象的那么大。 负载反射的任何信号都会反射回发射机，因为在发射机处进行匹配可以使信号再次反射回天线，因此产生的损耗从根本上说是馈线造成的。 指导原则是，长度为30米的RG213同轴电缆在1.5 MHz时损耗约为30 dB，这意味着与完全匹配的天线相比，使用VSWR的天线在该频率下的损耗仅略高于1dB。

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5.如何测量驻波比

 

可以使用许多不同的方法来测量驻波比。 最直观的方法 使用空线 它是具有开槽的传输线的一部分，可让探针探测沿传输线各个点的实际电压。 因此，可以直接比较最大值和最小值。 VHF和更高频率下使用此方法。 在较低的频率下，这样的线不切实际地长。 定向耦合器可以通过微波频率用于HF。 有些是四分之一波或更长，这限制了它们在较高频率下的使用。 其他类型的定向耦合器在传输路径中的单个点处采样电流和电压，并以数学方式将它们组合起来，以表示在一个方向上流动的功率。 业余操作中使用的常见SWR /功率计类型可能包含双向耦合器。 其他类型使用单个耦合器，该耦合器可以旋转180度以采样沿任一方向流动的功率。 这种类型的单向耦合器可用于许多频率范围和功率水平，并为所使用的模拟仪表提供适当的耦合值。

缝线 

 

定向耦合器测得的前向和反射功率可用于计算SWR。 可以用模拟或数字形式进行数学计算，也可以使用内置在仪表中的图形方法作为额外的标度，或者通过读取同一仪表上两个指针之间的交叉点来进行计算。

 

上述测量仪器可以“在线”使用，也就是说，变送器的全部功率可以通过测量设备，从而可以连续监控SWR。 其他仪器，例如网络分析仪，低功率定向耦合器和天线桥，都使用低功率进行测量，必须代替发射器进行连接。 桥接电路可用于直接测量负载阻抗的实部和虚部，并使用这些值得出SWR。 这些方法不仅可以提供SWR或转发和反射功率，还可以提供更多信息。 独立式天线分析仪使用各种测量方法，并且可以显示随频率变化的SWR和其他参数。 通过结合使用定向耦合器和电桥，可以制造出可以直接读取复数阻抗或SWR的在线仪表。 也可以使用独立的天线分析仪来测量多个参数。

 功率计

注意: 如果您的SWR读数低于1，则有问题。 您的SWR表可能坏了，天线或天线连接有问题，或者收音机损坏或有缺陷。

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6.如何计算VSWR

 

当传输波碰到诸如无损传输线和负载之间的边界（图1）时，一些能量将被传输到负载，并且一些能量将被反射。 反射系数将入射波和反射波关联为：

                                                Γ= V^-/V⁺                                                     （式1）

其中V-是反射波，V +是入射波。 VSWR通过以下方式与电压反射系数（Γ）的大小有关：

 VSWR =（1 + |Γ|）/（1 – |Γ|）（等式2）

 

 

图1.传输线电路，说明了传输线和负载之间的阻抗失配边界。 反射在由Γ指定的边界处发生。 入射波为V +，反射波为V-。

 

VSWR可以直接用SWR表测量。 可以使用诸如矢量网络分析仪（VNA）之类的RF测试仪器来测量输入端口（S11）和输出端口（S22）的反射系数。 S11和S22分别等效于输入和输出端口上的Γ。 具有数学模式的VNA还可以直接计算并显示最终的VSWR值。

 

可以根据反射系数S11或S22计算输入和输出端口的回波损耗，如下所示：

RLIN = 20log10 | S11 | dB（等式3）
RLOUT = 20log10 | S22 | dB（等式4）

 

反射系数由传输线的特征阻抗和负载阻抗计算得出，如下所示：

 Γ=（ZL-ZO）/（ZL + ZO）（式5）

 

其中ZL是负载阻抗，ZO是传输线的特征阻抗（图1）。

VSWR也可以用ZL和ZO表示。 将公式5代入公式2，我们得到：
VSWR = [1 + |（ZL-ZO）/（ZL + ZO）|] / [1-|（ZL-ZO）/（ZL + ZO）|] =（ZL + ZO + | ZL-ZO |）/ （ZL + ZO-| ZL-ZO |）
对于ZL> ZO，|| ZL-ZO | = ZL-ZO

因此：

 VSWR =（ZL + ZO + ZO-ZL）/（ZL + ZO-ZO + ZL）= ZO / ZL。 （式7）

 

上面我们指出，VSWR是相对于1的比率形式的规范，例如1.5：1。 VSWR有两种特殊情况，∞：1和1：1。 当负载开路时，无穷比与无穷大之比发生。 当负载与传输线特性阻抗完全匹配时，1：1的比率就会发生。

VSWR由传输线上本身产生的驻波定义为：

 VSWR = | VMAX | / | VMIN | （式8）

 

其中VMAX是驻波的最大振幅，而VMIN是驻波的最小振幅。 对于两个叠加波，最大值在入射波和反射波之间产生相长干涉时发生。 从而：
VMAX = V + + V-（式9）

 

以获得最大的建设性干扰。 最小振幅发生在相消干涉下，或者：

 VMIN = V +-V-（式10）

 

将方程式9和10代入方程式8可得
VSWR = | VMAX | / | VMIN | =（V + + V-）/（V +-V-）（式11）

 

将方程式1代入方程式11，我们得到：

VSWR = V +（1 + |Γ|）/（V +（1-|Γ|）=（1 + |Γ|）/（1-|Γ|）（等式12）

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 频率提问                                                  

1.什么是好的VSWR值

当电波传播通过天线系统的不同部分（接收器，馈电线，天线，自由空间）时，它可能会遇到阻抗差异。 在每个界面处，一部分波能量将反射回源，从而在馈线中形成驻波。 可以测量波中最大功率与最小功率之比，称为电压驻波比（VSWR）。 理想的是VSWR小于1.5：1，在功率损耗更为关键的低功率应用中，VSWR为2：1仍被认为是可以接受的，尽管正确使用高达6：1的VSWR设备。 万一您不关心数学方程式，以下是一些“备忘单”表，可帮助您了解VSWR与将返回的反射功率百分比之间的相关性。

驻波	返回功率 （近似）
1:1	0%
2:1	10%
3:1	25%
6:1	50%
10:1	65%
14:1	75%

 

2.什么导致高驻波比？

如果VSWR太高，则可能有太多能量反射回功率放大器，从而损坏内部电路。 在理想的系统中，VSWR为1：1。 VSWR额定值较高的原因可能是负载使用不当或诸如传输线损坏之类的未知因素。

 

3.免费在线VSWR计算器

https://fmuser.org/download/Conversions-between-VSWR-Return-Loss-Reflection-coefficient.html 

 

 

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