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發(fā)表于 2009-05-08 12:06:45 只看樓主

小談駐波比

電壓駐波比（VSWR）是射頻技術(shù)中最常用的參數(shù)，用來衡量部件之間的匹配是否良好。當(dāng)業(yè)余無線電愛好者進行聯(lián)絡(luò)時，當(dāng)然首先會想到測量一下天線系統(tǒng)的駐波比是否接近1:1，
如果接近1:1，當(dāng)然好。常常聽到這樣的問題：但如果不能達到1，會怎樣呢？駐波比小到幾，天線才算合格？為什么大小81這類老式的軍用電臺上沒有駐波表？
本文不打算重復(fù)很多無線電技術(shù)書籍中關(guān)于電壓駐波比的理論敘述，只是想從感性認識的層面談幾個實用問題。
VSWR及標稱阻抗
發(fā)射機與天線匹配的條件是兩者阻抗的電阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果發(fā)射機的阻抗不同，要求天線的阻抗也不同。在電子管時代，一方面電子管本輸出阻抗高，另一方面低阻抗的同軸電纜還沒有得到推廣，流行的是特性阻抗為幾百歐的平行饋線，因此發(fā)射機的輸出阻抗多為幾百歐姆。而現(xiàn)代商品固態(tài)無線電通信機的天線標稱阻抗則多為50歐姆，因此商品VSWR表也是按50歐姆設(shè)計標度的。
如果你擁有一臺輸出阻抗為600歐姆的老電臺，那就大可不必費心血用50歐姆的VSWR計來修理你的天線，因為那樣反而幫倒忙。只要設(shè)法調(diào)到你的天線電流最大就可以了。
VSWR不是1時，比較VSWR的值沒有意義
天線VSWR＝1說明天線系統(tǒng)和發(fā)信機滿足匹配條件，發(fā)信機的能量可以最有效地輸送到天線上，匹配的情況只有這一種。
而如果VSWR不等于1，譬如說等于4，那么可能性會有很多：天線感性失諧，天線容性失諧，天線諧振但是饋電點不對，等等。在阻抗園圖上，每一個VSWR數(shù)值都是一個園，擁有無窮多個點。也就是說，VSWR數(shù)值相同時，天線系統(tǒng)的狀態(tài)有很多種可能性，因此兩根天線之間僅用VSWR數(shù)值來做簡單的互相比較沒有太嚴格的意義。
正因為VSWR除了1以外的數(shù)值不值得那么精確地認定（除非有特殊需要），所以多數(shù)VSWR表并沒有象電壓表、電阻表那樣認真標定，甚至很少有VSWR給出它的誤差等級數(shù)據(jù)。由于表內(nèi)射頻耦合元件的相頻特性和二極管非線性的影響，多數(shù)VSWR表在不同頻率、不同功率下的誤差并不均勻。
VSWR都＝1不等于都是好天線
一些國外雜志文章在介紹天線時經(jīng)常給出VSWR的曲線。有時會因此產(chǎn)生一種錯覺，只要VSWR＝1，總會是好天線。其實，VSWR＝1只能說明發(fā)射機的能量可以有效地傳輸?shù)教炀€系統(tǒng)。但是這些能量是否能有效地輻射到空間，那是另一個問題。一副按理論長度作制作的偶極天線，和一副長度只有1/20的縮短型天線，只要采取適當(dāng)措施，它們都可能做到VSWR＝1，但發(fā)射效果肯定大相徑庭，不能同日而語。做為極端例子，一個50歐姆的電阻，它的VSWR十分理想地等于1，但是它的發(fā)射效率是0。
影響天線效果的最重要因素：諧振
天線系統(tǒng)和輸出阻抗為50歐的發(fā)信機的匹配條件是天線系統(tǒng)阻抗為50歐純電阻。要滿足這個條件，需要做到兩點：第一，天線電路與工作頻率諧振（否則天線阻抗就不是純電阻）；第二，選擇適當(dāng)?shù)酿侂婞c。
讓我們用弦樂器的弦來加以說明。無論是提琴還是古箏，它的每一根弦在特定的長度和張力下，都會有自己的固有頻率。當(dāng)弦以固有頻率振動時，兩端被固定不能移動，但振動方向的張力最大。中間擺動最大，但振動張力最松弛。這相當(dāng)于自由諧振的總長度為1/2波長的天線，兩端沒有電流（電流波谷）而電壓幅度最大（電壓波腹），中間電流最大（電流波腹）而相鄰兩點的電壓最小（電壓波谷）。
我們要使這根弦發(fā)出最強的聲音，一是所要的聲音只能是弦的固有頻率，二是驅(qū)動點的張力與擺幅之比要恰當(dāng)，即驅(qū)動源要和弦上驅(qū)動點的阻抗相匹配。具體表現(xiàn)就是拉弦的琴弓或者彈撥的手指要選在弦的適當(dāng)位置上。我們在實際中不難發(fā)現(xiàn)，拉弓或者撥弦位置錯誤會影響弦的發(fā)聲強度，但稍有不當(dāng)還不至于影響太多，而要發(fā)出與琴弦固有頻率不同的聲響卻是十分困難的，此時弦上各點的振動狀態(tài)十分復(fù)雜、混亂，即使振動起來，各點對空氣的推動不是齊心合力的，發(fā)聲效率很低。
天線也是同樣，要使天線發(fā)射的電磁場最強，一是發(fā)射頻率必須和天線的固有頻率相同，二是驅(qū)動點要選在天線的適當(dāng)位置。如果驅(qū)動點不恰當(dāng)而天線與信號頻率諧振，效果會略受影響，但是如果天線與信號頻率不諧振，則發(fā)射效率會大打折扣。
所以，在天線匹配需要做到的兩點中，諧振是最關(guān)鍵的因素。
在早期的發(fā)信機，例如本期介紹的71型報話機中，天線電路只用串聯(lián)電感、電容的辦法取得與工作頻率的嚴格諧振，而進一步的阻抗配合是由線圈之間的固定耦合確定死的，在不同頻率下未必真正達到阻抗的嚴格匹配，但是實際效果證明只要諧振就足以好好工作了。
因此在沒有條件做到VSWR絕對為1時，業(yè)余電臺天線最重要的調(diào)整是使整個天線電路與工作頻率諧振。
天線的駐波比和天線系統(tǒng)的駐波比
天線的VSWR需要在天線的饋電端測量。但天線饋電點常常高懸在空中，我們只能在天線電纜的下端測量VSWR，這樣測量的是包括電纜的整個天線系統(tǒng)的VSWR。當(dāng)天線本身的阻抗確實為50歐姆純電阻、電纜的特性阻抗也確實是50歐姆時，測出的結(jié)果是正確的。
當(dāng)天線阻抗不是50歐姆時而電纜為50歐姆時，測出的VSWR值會嚴重受到天線長度的影響，只有當(dāng)電纜的電器長度正好為波長的整倍數(shù)時、而且電纜損耗可以忽略不計時，電纜下端呈現(xiàn)的阻抗正好和天線的阻抗完全一樣。但即便電纜長度是整倍波長，但電纜有損耗，例如電纜較細、電纜的電氣長度達到波長的幾十倍以上，那么電纜下端測出的VSWR還是會比天線的實際VSWR低。
所以，測量VSWR時，尤其在UHF以上頻段，不要忽略電纜的影響。
不對稱天線
我們知道偶極天線每臂電氣長度應(yīng)為1/4波長。那么如果兩臂長度不同，它的諧振波長如何計算？是否會出現(xiàn)兩個諧振點？
如果想清了上述琴弦的例子，答案就清楚了。系統(tǒng)總長度不足3/4波長的偶極天線（或者以地球、地網(wǎng)為鏡象的單臂天線）只有一個諧振頻率，取決于兩臂的總長度。兩臂對稱，相當(dāng)于在阻抗最低點加以驅(qū)動，得到的是最低的阻抗。兩臂長度不等，相當(dāng)于把弓子偏近琴馬拉弦，費的力不同，驅(qū)動點的阻抗比較高一些，但是諧振頻率仍舊是一個，由兩臂的總長度決定。如果偏到極端，一臂加長到1/2波長而另一臂縮短到0，驅(qū)動點阻抗增大到幾乎無窮大，則成為端饋天線，稱為無線電發(fā)展早期用在汽艇上的齊柏林天線和現(xiàn)代的1/2波長R7000垂直天線，當(dāng)然這時必須增加必要的匹配電路才能連接到50歐姆的低阻抗發(fā)射機上。
偶極天線兩臂不對稱，或者兩臂周圍導(dǎo)電物體的影響不對稱，會使諧振時的阻抗變高。但只要總電氣長度保持1/2波長，不對稱不是十分嚴重，那么雖然特性阻抗會變高，一定程度上影響VSWR，但是實際發(fā)射效果還不至于有十分明顯的惡化。
QRPer不必苛求VSWR
當(dāng)VSWR過高時，主要是天線系統(tǒng)不諧振時，因而阻抗存在很大電抗分量時，發(fā)射機末級器件可能需要承受較大的瞬間過電壓。早期技術(shù)不很成熟時，高VSWR容易造成射頻末級功率器件的損壞。因此，將VSWR控制在較低的數(shù)值，例如3以內(nèi)，是必要的。
現(xiàn)在有些設(shè)備具有比較完備的高VSWR保護，當(dāng)在線測量到的VSWR過高時，會自動降低驅(qū)動功率，所以燒末級的危險比20年以前降低了很多。但是仍然不要大意。
不過對于QRP玩家講來，末級功率有時小到幾乎沒有燒末級的可能性。移動運用時要將便攜的臨時天線調(diào)到VSWR＝1卻因為環(huán)境的變幻而要絞盡腦汁。這時不必太喪氣。1988－1989年筆者為BY1PK試驗4W的CW/QRP，使用長度不足1.5米的三樓窗簾鐵絲和長度為1.5米左右的塑料線做饋線，用串并電容的辦法調(diào)到天線電流最大，測得VSWR為無窮大，卻也聯(lián)到了JA、VK、U9、OH等電臺。后來做了一個小天調(diào)，把VSWR調(diào)到1，但對比試驗中遠方友臺報告說，VSWR的極大變化并沒有給信號帶來什么改進，好像信號還變?nèi)趿诵�，可能本來就微弱的信號被天調(diào)的損耗又吃掉了一些吧。
總之，VSWR道理多多。既然有了業(yè)余電臺，總是免不了和VSWR打交道，不妨多觀察、積累、交流各自的心得吧。

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· 我很贊同詳細.. 發(fā)表與：2009-5-9 20:20:29

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發(fā)表于 2009-05-08 12:12:05

嗯，支持個。。。好像不是很懂

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zfw0777

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發(fā)表于 2009-05-08 12:24:44

學(xué)習(xí)了

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zfw0777

steflg

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#4

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發(fā)表于 2009-05-08 14:16:02

學(xué)習(xí)噶～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～

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#5

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發(fā)表于 2009-05-08 14:16:37

不錯不錯~~~相當(dāng)?shù)膶嵱脋

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yiju229

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#6

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發(fā)表于 2009-05-10 14:32:12

能通俗點嗎？不是很懂

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#7

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發(fā)表于 2009-05-15 11:15:30

路過學(xué)習(xí)

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ericleung

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#8

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發(fā)表于 2009-05-22 16:59:54

文字太多,不好理解

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#9

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發(fā)表于 2009-06-02 12:07:26

看看，謝謝樓主分享

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fire.bug

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#10

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發(fā)表于 2009-06-02 21:26:37

我也沒仔細看呢

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發(fā)表于 2009-06-03 11:02:52

看完了,沒全懂,學(xué)習(xí)了

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發(fā)表于 2009-06-04 08:30:34

學(xué)學(xué)�。。。。。。。。�

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cain007

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#13

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發(fā)表于 2009-06-15 14:33:34

樓主的東東太高深了�。。。。。。�

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發(fā)表于 2009-06-23 14:19:34

說的太專業(yè)了，就有點看不明白了，好像駐波比和功率之間有一個換算的公式的，

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xiaowenyingli

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發(fā)表于 2009-06-23 14:20:16

這里是中興后臺操作軟件的說明和方法http://gg1fic3.cn/bbs/?fromuid=54055，歡迎提出意見
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