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什么是駐波比和回波損耗

2024/09/20
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電壓駐波比,英文稱為 voltage standing wave ratio,簡稱VSWR,是射頻領(lǐng)域中一個非常重要的概念。

隨便拿一個射頻器件來,其中肯定有一個駐波比的指標(biāo)。

那為什么有駐波比這個指標(biāo)呢?

當(dāng)一個入射波,進入傳輸線進行傳輸時,如果傳輸線的負(fù)載阻抗不與傳輸線的特征阻抗不匹配,就會產(chǎn)生反射波。

入射波和反射波是行波,波隨著時間的增長,向傳輸線的一端移動。

但是入射波和反射波疊加,會在傳輸線上形成駐波,駐波隨著時間的增長,駐波無法行進,所以無法傳輸能量。

由傳輸線的電報方程,可以知道,傳輸線上的電壓和電流表達(dá)式為:

因為在z=0處的反射系數(shù)為:

所以:

V(z)對應(yīng)的幅度隨時間的變化,就是傳輸線上的駐波隨時間的變化。

而電壓駐波比,即是Vmax和Vmin的比值。

負(fù)載阻抗為短路

當(dāng)負(fù)載阻抗為短路時,ZL=0,終端反射系數(shù)為-1,電路中的駐波是這樣的。此時駐波比為無窮大。

負(fù)載阻抗為開路

當(dāng)負(fù)載阻抗為開路時,ZL=∞,終端反射系數(shù)為1,電路中的駐波是這樣的。此時駐波比還是無窮大。

負(fù)載阻抗等于特征阻抗

當(dāng)負(fù)載阻抗為特征阻抗時,ZL=50 ohm,終端反射系數(shù)為0,電路中的駐波是這樣的。此時駐波比為1。

負(fù)載阻抗稍稍不匹配

當(dāng)負(fù)載阻抗稍稍不匹配時,比如ZL=60ohm,電路中的駐波比是這樣的。

所以,使用駐波比這個指標(biāo),是因為它反應(yīng)了傳輸線上波的反射情況。

除了駐波比之外,還有一個和它等價的指標(biāo),那就是回波損耗。

回波損耗的定義為反射系數(shù)的log值:

也就是說,回波損耗是入射波功率與反射波功率的dB差值。

比如說,入射波的功率為50dBm,反射波的功率為10dBm,那么回波損耗就是40dB。

因為有回波損耗,所以在傳輸過程中,則會有由于該回波損耗產(chǎn)生的失配損耗(Mismatch loss)。

而失配損耗的定義為:

所以,反射系數(shù),SWR,回波損耗,以及失配損耗有一一對應(yīng)的關(guān)系。

常規(guī)情況下,會看到駐波比的指標(biāo)<2,即對應(yīng)的回波損耗為10dB左右,失配損耗為0.46dB左右。

附上matlab代碼:

clc;clear all;close all;
omega=2*pi;%設(shè)置角頻率t=0;%設(shè)置時間變量初始值z=-30:0.01:0;%傳輸距離k=1;%波數(shù)Z0=50;V0_pos=1;

Zload=0;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('行波形成.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(1);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g');%    lgd=legend('入射波','反射波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;        lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=0;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載短路.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(2);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=10000;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載開路.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(3);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=50;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載匹配.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(4);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=60;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載失配.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(5);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);

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