RF术语与概念-4：驻波比VSWR

★★★TCS-4---VSWR★★★

引言：驻波比是无源/有源元器件中的一个重要参数，用来表征器件的前后阻抗匹配程度，广泛引用在多工器、天线等器件中，本节简述驻波比。€1.定义

VSWR/SWR（Voltage Standing Wave Ratio）驻波比全称为电压驻波比，是衡量传输线和负载之间阻抗匹配程度的一个重要指标。它是指传输线上电压最大值与电压最小值之比（传输线波腹电压与波谷电压幅度之比），又称为驻波系数，驻波比。当传输线和负载完全匹配时，驻波比为1；当负载和传输线不匹配时，会产生反射波，导致驻波比大于 1。从数学公式角度，驻波比：

其中Vmax是传输线上电压的最大值，Vmin是传输线上电压的最小值，也可以通过反射系数Г来计算驻波比，公式为：

其中反射系数Г表示反射波电压与入射波电压之比。

€2.来源

阻抗不匹配：在各种传输系统中，如射频、微波、光纤通信等，当传输线的特性阻抗与负载的阻抗不一致时，就会产生反射。以射频同轴电缆为例，如果电缆的特性阻抗是50Ω，而连接的天线阻抗不是50Ω，信号在天线和电缆的连接处就会产生反射，这些反射波和入射波叠加，形成驻波。

传输线不均匀性：传输线自身的不均匀性也可能导致驻波比的增加，在微波传输线中，传输线的弯曲、连接处的不平整或者内部介质的微小变化等因素，都会引起阻抗的局部变化，从而产生反射波，使驻波比升高。

€3.影响

功率传输效率降低：在功率传输过程中，驻波比大于1意味着有一部分功率被反射回去，没有有效地传输到负载。在无线通信系统中，高驻波比会导致从发射机到天线的功率传输效率降低，使天线辐射的功率减少，从而影响通信距离和信号质量。

设备损坏风险增加：驻波比过高会使传输线上的电压和电流分布不均匀，某些位置的电压和电流峰值可能会超过设备的额定值。在射频和微波设备中，这可能会导致元件（如功率放大器、滤波器等）的损坏，缩短设备的使用寿命。

€4.测量方式

使用矢量网络分析仪VNA是最常见的测量驻波比的方法，将VNA连接到被测的传输系统（如天线系统），通过发送测试信号并测量反射信号和入射信号，就可以计算出反射系数，进而得到驻波比。一些简单的驻波比测试仪也可以直接测量驻波比，其原理是基于测量传输线上的电压最大值和最小值。

在微波系统中，同样可以使用VNA或者专门的微波测量仪器进行测量，在光纤通信系统中，虽然驻波比这个概念主要应用于射频和微波领域，但类似的原理可以通过光时域反射仪（OTDR）来检测光信号在光纤中的反射情况，以此来判断光纤连接的质量和是否存在阻抗不匹配类似的情况。

阻抗匹配是降低驻波比的关键措施，通过调整负载的阻抗或者在传输线和负载之间添加匹配网络来实现阻抗匹配。匹配网络可以是由电感、电容等元件组成的简单电路，例如L型、T型、π型匹配网络等。在光纤通信中，也可以通过使用折射率匹配材料来改善光纤连接的质量，减少反射。

优化传输线设计和安装，保证传输线的质量和均匀性，避免不必要的弯曲和损伤。在射频同轴电缆的安装过程中，要注意电缆的弯曲半径不能过小，接头的连接要紧密、平整，以减少因传输线自身问题导致的驻波比升高。

€5.天线驻波比

天线驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，简称 VSWR）是指天线系统中传输线上的驻波电压最大值与最小值之比，它反映了天线与传输线之间的匹配程度。驻波比=1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。图4-1和图4-2为天线实测的驻波比图值，两种单位形式。