电压驻波比(VSWR)是射频技术中最常用的参数,用于衡量元件之间的良好匹配。当然,当业余无线电爱好者联系时,首先要考虑测量天线系统的VSWR是否接近1:1。如果接近1:1,就很好。我经常听到这样的问题:但是如果我达不到1呢?如果驻波比小到几个,天线合格吗?
VSWR和标称阻抗
发射器和天线匹配的条件是两者的阻抗的电阻分量相同,并且感抗部分相互抵消。如果发射机的阻抗不同,则要求天线的阻抗也不同。在电子管时代,一方面,电子管的输出阻抗很高。另一方面,低阻抗同轴电缆尚未普及。流行的一种是具有数百欧姆特性阻抗的平行馈线。因此,变送器的输出阻抗为几百欧姆。现代商用固态无线电天线的标称阻抗为50欧姆,因此商用VSWR计也被缩放至50欧姆。
1.VSWR不等于1
当VSWR不为1时,比较VSWR的值是没有意义的。
天线VSWR=1表示天线系统和发射机满足匹配条件,发射机的能量可以最有效地传输到天线,匹配情况只有一种。如果VSWR不等于1(例如等于4),则有多种可能性:天线电感性失谐、天线电容性失谐、天线谐振但馈电点错误等等。在阻抗地图上,每个VSWR值都是一个有无限多个点的花园。也就是说,当VSWR值相同时,天线系统的状态有多种可能性。因此,将VSWR值用于两个天线之间的简单比较并不太严格。
除1之外的VSWR值并不能如此精确地确定(除非有特殊需要),因此大多数VSWR表并不像电压表和欧姆表那样仔细校准,甚至很少有电压驻波比给出它们的误差水平数据。由于表中射频耦合元件的相频特性和二极管的非线性,大多数VSWR计在不同频率和不同功率下的误差不一致。
2.VSWR等于1
VSWR = 1不等于好天线。
一些外国杂志文章在介绍天线时经常给出VSWR曲线。有时它会产生一种错觉,认为只要VSWR=1,它就永远是一个好天线。事实上,VSWR=1仅表示发射机的能量可以有效地传输到天线系统。但这种能量是否能有效地辐射到太空是另一个问题。按照理论长度制作的偶极天线和长度只有1/20的缩短天线,只要采取适当措施,都可能达到VSWR=1,但发射效果肯定是截然不同的,不可同日而语。举个极端的例子,一个50欧姆的电阻,其VSWR理想情况下等于1,但其发射效率为零。
影响天线效果的最重要因素:R谐振
输出阻抗为50欧姆的天线系统和发射机的匹配条件是天线系统的阻抗为50欧姆。为了满足这个条件,需要做两件事:第一,天线电路与工作频率谐振(否则天线阻抗不是纯电阻);其次,选择合适的馈电点。
让我们用弦乐器的琴弦来说明。无论是小提琴还是古筝,其每根琴弦都有其特定长度和张力的固有频率。当弦以固有频率振动时,两端固定不动,但振动方向的张力最大。中间摆动最大,但振动张力最弱。这相当于总长度为1/2波长的自由谐振天线。两端没有电流(电流谷),电压幅度最大(电压波腹),中间电流最大(电流波腹),两个相邻点的电压最小。(电压低谷)。
我们想让琴弦发出最强的声音。首先,想要的声音只能是弦的固有频率。第二,驱动点的张力与摆动幅度之比应该合适,即驱动源对弦上驱动点的阻抗。匹配。具体表现为弦的弓或拨弦的指应选在弦的适当位置。在实践中不难发现,弓或拨弦的错误位置会影响弦的发声强度,但最轻微的不恰当不会影响太多,但发出与弦的自然频率不同的声音是非常困难的。此时弦上各点的振动状态是非常复杂和混乱的。即使振动,每个点对空气的推动也不统一,发声效率很低。
天线也是如此。天线发射的电磁场必须最强。首先,发射频率必须与天线的固有频率相同。其次,驱动点应选择在天线的适当位置。如果驱动点不合适,天线与信号频率共振,效果会略有影响,但如果天线不与信号频率共振,传输效率将大大降低。
因此,在天线匹配需要做到的两点中,谐振是最关键的因素。
天线的驻波比和天线系统的驻波比
需要在天线的馈电端测量天线的VSWR。但是天线馈电点通常在空中较高的位置,因此我们只能测量天线电缆下端的VSWR,从而测量包括电缆在内的整个天线系统的VSWR。当天线本身的阻抗确实是50欧姆的纯电阻并且电缆的特性阻抗确实是50欧姆时,测量结果是正确的。
当天线阻抗不是50欧姆而电缆是50欧姆时,测得的VSWR值会受到天线长度的严重影响。只有当电缆的电长度正好是波长的倍数,并且电缆损耗可以忽略时,电缆下端呈现的阻抗才与天线的阻抗完全相同。但是,即使电缆长度是波长的倍数,但电缆是有损耗的,例如电缆较细,电缆的电长度达到波长的几十倍,则在电缆下端测量的VSWR将低于天线的实际VSWR。
因此,在测量VSWR时,尤其是在UHF波段,不要忽略电缆的影响。
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