《【2017年整理】驻波比(VSWR)扫盲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】驻波比(VSWR)扫盲（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子知识VSWR(5)驻波比(5)电压驻波比(VSWR)是射频技术中最常用的参数，用来衡量部件之间的匹配是否良好。当业余无线电爱好者进行联络时，当然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1，如果接近 1:1，当然好。常常听到这样的问题：但如果不能达到 1，会怎样呢?驻波比小到几，天线才算合格?为什么大小 81 这类老式的军用电台上没有驻波表?VSWR 及标称阻抗发射机与天线匹配的条件是两者阻抗的电阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果发射机的阻抗不同，要求天线的阻抗也不同。在电子管时代，一方面电子管本输出阻抗高，另一方面低阻抗的同轴电缆还没有得到推广，流行的是特性阻抗为几百欧的平行馈线，因
2、此发射机的输出阻抗多为几百欧姆。而现代商品固态无线电通信机的天线标称阻抗则多为 50 欧姆，因此商品 VSWR 表也是按 50 欧姆设计标度的。如果你拥有一台输出阻抗为 600 欧姆的老电台，那就大可不必费心血用 50 欧姆的 VSWR 计来修理你的天线，因为那样反而帮倒忙。只要设法调到你的天线电流最大就可以了。VSWR 不是 1 时，比较 VSWR 的值没有意义正因为 VSWR 除了 1 以外的数值不值得那么精确地认定(除非有特殊需要)，所以多数 VSWR 表并没有象电压表、电阻表那样认真标定，甚至很少有 VSWR 给出它的误差等级数据。由于表内射频耦合元件的相频特性和二极管非线性的影响，多
3、数 VSWR 表在不同频率、不同功率下的误差并不均匀。VSWR 都=1 不等于都是好天线影响天线效果的最重要因素：谐振让我们用弦乐器的弦来加以说明。无论是提琴还是古筝，它的每一根弦在特定的长度和张力下，都会有自己的固有频率。当弦以固有频率振动时，两端被固定不能移动，但振动方向的张力最大。中间摆动最大，但振动张力最松弛。这相当于自由谐振的总长度为 1/2 波长的天线，两端没有电流(电流波谷)而电压幅度最大(电压波腹) ，中间电流最大(电流波腹)而相邻两点的电压最小(电压波谷)。我们要使这根弦发出最强的声音，一是所要的声音只能是弦的固有频率，二是驱动点的张力与摆幅之比要恰当，即驱动源要和弦上驱动点
4、的阻抗相匹配。具体表现就是拉弦的琴弓或者弹拨的手指要选在弦的适当位置上。我们在实际中不难发现，拉弓或者拨弦位置错误会影响弦的发声强度，但稍有不当还不至于影响太多，而要发出与琴弦固有频率不同的声响却是十分困难的，此时弦上各点的振动状态十分复杂、混乱，即使振动起来，各点对空气的推动不是齐心合力的，发声效率很低。天线也是同样，要使天线发射的电磁场最强，一是发射频率必须和天线的固有频率相同，二是驱动点要选在天线的适当位置。如果驱动点不恰当而天线与信号频率谐振，效果会略受影响，但是如果天线与信号频率不谐振，则发射效率会大打折扣。所以，在天线匹配需要做到的两点中，谐振是最关键的因素。在早期的发信机，例如本
5、期介绍的 71 型报话机中，天线电路只用串联电感、电容的办法取得与工作频率的严格谐振，而进一步的阻抗配合是由线圈之间的固定耦合确定死的，在不同频率下未必真正达到阻抗的严格匹配，但是实际效果证明只要谐振就足以好好工作了。因此在没有条件做到 VSWR 绝对为 1 时，业余电台天线最重要的调整是使整个天线电路与工作频率谐振。天线的驻波比和天线系统的驻波比天线的 VSWR 需要在天线的馈电端测量。但天线馈电点常常高悬在空中，我们只能在天线电缆的下端测量 VSWR，这样测量的是包括电缆的整个天线系统的 VSWR。当天线本身的阻抗确实为 50 欧姆纯电阻、电缆的特性阻抗也确实是 50 欧姆时，测出的结果是
6、正确的。当天线阻抗不是 50 欧姆时而电缆为 50 欧姆时，测出的 VSWR 值会严重受到天线长度的影响，只有当电缆的电器长度正好为波长的整倍数时、而且电缆损耗可以忽略不计时，电缆下端呈现的阻抗正好和天线的阻抗完全一样。但即便电缆长度是整倍波长，但电缆有损耗，例如电缆较细、电缆的电气长度达到波长的几十倍以上，那么电缆下端测出的 VSWR 还是会比天线的实际 VSWR 低。所以，测量 VSWR 时，尤其在 UHF 以上频段，不要忽略电缆的影响。不对称天线我们知道偶极天线每臂电气长度应为 1/4 波长。那么如果两臂长度不同，它的谐振波长如何计算?是否会出现两个谐振点?如果想清了上述琴弦的例子，答案
7、就清楚了。系统总长度不足 3/4 波长的偶极天线(或者以地球、地网为镜象的单臂天线)只有一个谐振频率，取决于两臂的总长度。两臂对称，相当于在阻抗最低点加以驱动，得到的是最低的阻抗。两臂长度不等，相当于把弓子偏近琴马拉弦，费的力不同，驱动点的阻抗比较高一些，但是谐振频率仍旧是一个，由两臂的总长度决定。如果偏到极端，一臂加长到 1/2 波长而另一臂缩短到0，驱动点阻抗增大到几乎无穷大，则成为端馈天线，称为无线电发展早期用在汽艇上的齐柏林天线和现代的 1/2 波长R7000 垂直天线，当然这时必须增加必要的匹配电路才能连接到 50 欧姆的低阻抗发射机上。偶极天线两臂不对称，或者两臂周围导电物体的影响
8、不对称，会使谐振时的阻抗变高。但只要总电气长度保持 1/2波长，不对称不是十分严重，那么虽然特性阻抗会变高，一定程度上影响 VSWR，但是实际发射效果还不至于有十分明显的恶化。QRPer 不必苛求 VSWR天线系统和输出阻抗为 50 欧的发信机的匹配条件是天线系统阻抗为 50 欧纯电阻。要满足这个条件，需要做到两点：第一，天线电路与工作频率谐振(否则天线阻抗就不是纯电阻);第二，选择适当的馈电点。 一些国外杂志文章在介绍天线时经常给出 VSWR 的曲线。有时会因此产生一种错觉，只要 VSWR=1，总会是好天线。其实，VSWR=1 只能说明发射机的能量可以有效地传输到天线系统。但是这些能量是否能
9、有效地辐射到空间，那是另一个问题。一副按理论长度作制作的偶极天线，和一副长度只有 1/20 的缩短型天线，只要采取适当措施，它们都可能做到 VSWR=1，但发射效果肯定大相径庭，不能同日而语。做为极端例子，一个 50 欧姆的电阻，它的 VSWR 十分理想地等于 1，但是它的发射效率是 0。而如果 VSWR 不等于 1，譬如说等于 4，那么可能性会有很多：天线感性失谐，天线容性失谐，天线谐振但是馈电点不对，等等。在阻抗园图上，每一个 VSWR 数值都是一个园，拥有无穷多个点。也就是说，VSWR 数值相同时，天线系统的状态有很多种可能性，因此两根天线之间仅用 VSWR 数值来做简单的互相比较没有太
10、严格的意义。天线 VSWR=1 说明天线系统和发信机满足匹配条件，发信机的能量可以最有效地输送到天线上，匹配的情况只有这一种。 本文不打算重复很多无线电技术书籍中关于电压驻波比的理论叙述，只是想从感性认识的层面谈几个实用问题。当 VSWR 过高时，主要是天线系统不谐振时，因而阻抗存在很大电抗分量时，发射机末级器件可能需要承受较大的瞬间过电压。早期技术不很成熟时，高 VSWR 容易造成射频末级功率器件的损坏。因此，将 VSWR 控制在较低的数值，例如 3 以内，是必要的。现在有些设备具有比较完备的高 VSWR 保护，当在线测量到的 VSWR 过高时，会自动降低驱动功率，所以烧末级的危险比 20
11、年以前降低了很多。但是仍然不要大意。不过对于 QRP 玩家讲来，末级功率有时小到几乎没有烧末级的可能性。移动运用时要将便携的临时天线调到VSWR=1 却因为环境的变幻而要绞尽脑汁。这时不必太丧气。1988-1989 年笔者为 BY1PK 试验 4W 的 CW/QRP，使用长度不足 1.5 米的三楼窗帘铁丝和长度为 1.5 米左右的塑料线做馈线，用串并电容的办法调到天线电流最大，测得 VSWR 为无穷大，却也联到了 JA、VK、U9、OH 等电台。后来做了一个小天调，把 VSWR 调到1，但对比试验中远方友台报告说，VSWR 的极大变化并没有给信号带来什么改进，好像信号还变弱了些，可能本来就微弱
12、的信号被天调的损耗又吃掉了一些吧。More: 数码万年历 More:s2csfa2总之，VSWR 道理多多。既然有了业余电台，总是免不了和 VSWR 打交道，不妨多观察、积累、交流各自的心得吧。IBIS 模型是一种基于 V/I 曲线对 I/O BUFFER 快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS 本身只是一种文件格式，它说明在一标准 IBIS 文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用
13、IBIS 模型仿真工具来读取。欲使用 IBIS 进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为 IBIS 格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取 IBIS 和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS 模型优点可以概括为：在 I/O 非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与 ESD 结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用 IBIS 模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS 尤其能够对高速振荡和
14、串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。 IBIS 模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS 模型仿真速度比 SPICE 快很多，而精度只是稍有下降。 非会聚是 SPICE 模型和仿真器一个问题，而在 IBIS 仿真中消除了这个问题。实际上，所有 EDA 供应商现在都支持IBIS 模型，并且它们都很简便易用。 大多数器件 IBIS 模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。 IBIS 模型是一种基于 V/I 曲线对
15、 I/O BUFFER 快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS 本身只是一种文件格式，它说明在一标准 IBIS 文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用 IBIS 模型仿真工具来读取。欲使用 IBIS 进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为 IBIS 格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取 IBIS 和
16、布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS 模型优点可以概括为：在 I/O 非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与 ESD 结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用 IBIS 模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS 尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。 IBIS 模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS 模型仿真速度比 SPICE 快很多，而精度只是稍有下降。 非会聚是 SPICE 模型和仿真器一个问题，而在 IBIS 仿真中消除了这个问题。实际上，所有 EDA 供应商现在都支持IBIS 模型，并且它们都很简便易用。 大多数器件 IBIS 模型均可从互联网上免费
