测量电压驻波比量化传输线的阻抗失配.doc

《测量电压驻波比量化传输线的阻抗失配.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、测量电压驻波比量化传输线的阻抗失配　　　　定义和背景　　在RF传输系统中，驻波比（SWR）用来衡量RF信号从功率发射源通过传输线，最终送入负载的传输效率。例如，功率放大器通过一段传输线连接到天线。　　SWR反映了入射波与反射波的比率，SWR越高表明传输线效率越低、反射能量越大，可能导致发射机损坏，降低发射效率。由于SWR通常用电压比表示，也称为电压驻波比（VSWR）。　　　　VSWR和系统效率　　一个理想系统是从功率源100%地将能量传送到负载，这需要信号源阻抗、传输线及其它连接器的特征阻抗与负载阻抗精确匹配。由于理想的传输过程不存在干扰，信号交流电压在传输线两端保持相同。　　而在

2、实际系统中，阻抗失配将会导致部分功率反射到信号源（如同一个回波）。反射引起叠加和相消干扰，从而在不同时间、不同距离在传输线上产生电压波峰、波谷。VSWR用于度量这些电压的变化，它是传输线上任何位置的最高电压与最低电压之比。　　由于理想系统中电压保持不变，其VSWR为1.0，通常表示为1:1。产生反射时，电压发生变化，VSWR会增大，例如，使VSWR达到1.2或1.2:1。　　　　反射能量　　当入射波到达边界，例如，通过无损传输线到达负载时（图1），一部分能量传送到负载，而另一部分能量则会反射回去。反射系数表示入射波与反射波的比：　　Γ=V-/V+（式1）　　式中，V-是反射波，V+

3、是入射波。VSWR与电压反射系数（Γ）的关系为：　　VSWR=（1+

4、Γ

5、）/（1–

6、Γ

7、）（式2）　　　　图1.传输线电路说明了传输线与负载之间的阻抗失配，在边界产生的反射为Γ，入射波为V+、反射波是V-。　　可以直接利用SWR计测量VSWR，矢量网络分析仪（VNA）等RF测试仪器可以用来测量输入端口（S11）和输出端口（S22）的反射系数。S11和S22等同于输入口、输出口的反射系数Γ，VNAs数学模型也可以直接用来计算、表征VSWR。　　输入和输出端口的回波损耗可以通过反射系数S11或S22计算：　　RLIN=20log10

8、S11

9、dB（式3）　　RLOUT=20log10

10、

11、S22

12、dB（式4）　　可以通过传输线的特性阻抗和负载阻抗计算反射系数，公式如下：　　Γ=（ZL-ZO）/（ZL+ZO）（式5）　　式中，ZL是负载阻抗，ZO是传输线的特性阻抗（图1）。　　VSWR也可以用ZL和ZO表示。把式5代入式2，可以得到：　　VSWR=［1+

13、（ZL-ZO）/（ZL+ZO）

14、］/［1-

15、（ZL-ZO）/（ZL+ZO）

16、］=（ZL+ZO+

17、ZL-ZO

18、）/（ZL+ZO-

19、ZL-ZO

20、）　　如果ZL>ZO，

21、ZL-ZO

22、=ZL-ZO　　则：　　VSWR=（ZL+ZO+ZL-ZO）/（ZL+ZO-ZL+ZO）=ZL/ZO.（式6）　　如果ZL　　VSWR检测系

23、统　　MAX2016为双通道对数检测器/控制器，它与环行器和衰减器配套使用，用于监测天线的VSWR/回波损耗。MAX2016可输出两路功率检测器的差。　　MAX2016与MAX5402数字电位器和MAX1116/MAX1117ADC组成一个完整的VSWR监测系统（图2）。数字电位器用作MAX2016输出参考电压的分压器，内部电压基准可提供2mA典型电流，该电压用于设置内部比较器的门限电压（CSETL）。当输出电压高于或低于门限电压（COUTL）时，产生报警输出。MAX1116ADC的工作电压为2.7V至3.6V，MAX1117ADC的工作电压为4.5V至5.5V。ADC也可以利用M

24、AX2016提供电压基准，ADC与微控制器共同监测天线的VSWR。　　　　图2.配套ADC用于构建VSWR实时监测系统，用外部数字电位器配置比较器输出（COUTL）报警门限。　　　　总结　　本指南了SWR或VSWR是衡量传输线路缺陷和效率的一种方式。VSWR与反射系数相关。比值越高说明失配越严重，而1:1是完全匹配的。匹配或失配取决于驻波的最大和最小幅度。SWR是传输能量与反射能量的比值。MAX2016是用来举例说明如何创建一个系统来监测天线的VSWR。