每天一個知識點:RF(射頻) - VSWR(電壓駐波比)

2021-03-02 萬物雲聯網cloudioe

VSWR代表電壓駐波比（Voltage Standing Wave Ratio）。要完全理解這個術語，你需要知道什麼是「駐波」。

你可能已經在高中物理課上學到了駐波。只要刷新你的想法，讓我解釋一下駐波是什麼。

假設具有相同波長的兩個波沿相反方向傳播，如下圖所示。一條波表示為藍線，它正朝著右邊的方向振動。另一波表示為綠線，它向左邊方向振動。正如你在高中物理中學到的那樣，這兩個波將被合成，總合成波表示為紅線。

入射波和反射波以及它們的合成波形

該總合成波僅在幅度方面隨時間變化，但在相位上不變。簡單地說，幅度為零的節點的位置永遠不會改變。由於節點的位置不會改變，因此紅色波浪看起來好像停留在同一位置，意思是「它站在那裡」。這就是紅波被稱為「駐波」的原因。

如上所示只有一個快照，你很難直觀地理解駐波。為了直觀地了解駐波並確認上面的描述，您需要多個快照，顯示兩個行波隨時間的一系列轉換。您可以手動繪製這些序列波形，但這將非常簡單...只需使用如下所示的簡單matlab代碼，您就可以創建一系列快照，顯示如何創建駐波的波形。

t = 0:pi/20:20*pi;

ph = pi/20;

r = 0.5;

for i=1:20

subplot(4,5,i);

plot(t,sin(t+(i-1)*ph),'g-',t,r*sin(t-(i-1)*ph),'b-',t,sin(t+(i-1)*ph)+r*sin(t-(i-1)*ph),'r-');

axis([0 6*pi -2 2]);

set(gca,'xticklabel',[]);set(gca,'yticklabel',[]);

title(['(' int2str(i) ')']);

end

兩個行波的快照的一個示例序列（藍色一個向右行進，綠色向左行進。紅色一個是由藍色和綠色的總合成而形成的波）。首先看一下所有快照中的紅色波浪。

每個快照中紅色波形的幅度是否會發生變化？ - >會的

每個快照中紅色波形的頻率和波長是否會發生變化？ = - >不會

節點的位置（值變為零的位置）是否會在每個快照中發生變化？ - >不會

讓我再提一些其他問題來了解駐波的特性（如下圖case 1所示）。

顯示幅度最大的駐波的快照數是多少？ - >是下圖中的（1）：這是兩個行波（藍色和綠色）完全相互重疊的快照。

顯示幅度最小的駐波的快照數是多少？ - >是下圖中的（11）：這是兩個行波（藍色和綠色）以這樣的方式對齊的快照，即兩個波具有180度的相位差。

<Case 1>

Case 1：振幅相同的兩個波的各種合成所得的波形情況

在上面的例子中，兩個行波的幅度完全相同。如果兩個行波的幅度不同（兩個波的波長和頻率仍然相同），該怎麼辦？

讓我給出與我上面提到的相同的問題和相應的答案。

每個快照中紅波的幅度是否會發生變化？ - >會的

每個快照中紅波的頻率和波長是否會發生變化？ = - >不會

節點的位置（值變為零的位置）是否會在每個快照中發生變化？ - >不會

同樣，讓我再提一些其他問題來了解駐波的特性。

顯示幅度最大的駐波的快照數是多少？ - >是下圖Case 2中的（1）。這是兩個行波（藍色和綠色）具有相同相位的快照。

顯示幅度最小的駐波的快照數是多少？ - >是下圖Case 2中的（11）。這是兩個行波（藍色和綠色）以這樣的方式對齊的快照，即兩個波具有180度的相位差。但與<Case 1>不同，在這種情況下駐波的振幅不會變為零，因為兩個行波的振幅不同。

現在讓我們採用具有最小幅度和最大幅度的兩個快照的駐波振幅的比率。在上面我們看到的兩個例子的情況下，它是快照（1）和（11）的駐波振幅的比率。駐波是用最大振幅和最小振幅的比率稱為「駐波比」來定義。我們在上面看到的第一和第二示例的駐波比可以如下所示。 （上面一個表示<Case 1>的最小/最大駐波振幅差，下面一個表示<case 2>的最小/最大駐波振幅差）.

<Case 2>

Case 2：振幅不同的兩個波的各種合成所得的波形情況

如果兩個行波代表信號的電壓，則駐波比稱為「電壓駐波比（VSWR）」。

幾種入射波和反射波的定義

正如您在兩個示例中看到的那樣，您可能會注意到行波的振幅越接近SWR越大。 換句話說，如果你有更大的SWR，兩個行波的幅度是相似的。 如果你有較小的SWR，這意味著行波的幅度差異很大（一個很大而另一個非常小）。

我們最常見的是哪裡產生的駐波？ 最常見的情況是行波撞擊另一種介質的邊界。 在這種情況下，波的一些部分將轉移到另一種介質中，但是波的某些部分將被反射回來，如下圖所示。

入射波和反射波的定義

該反射波將以與原始波相反的方向傳播，但其波長（頻率）與原始波保持相同。 結果，原始波和反射波形成駐波。

根據原始波的多少部分從邊界反射（這由反射係數描述），您可以使用以下的等式來計算VSWR：

VSWR的計算方程

反射係數和VSWR之間的直觀關係是什麼？ 您可以從以下示例中猜出。 簡而言之，如果你有更大的反射係數，你會得到更大的VSWR，如果你有更小的反射係數，你會得到更小的VSWR：

反射係數和VSWR之間的關係

由於反射係數與S11緊密相關，因此您也可以使用S11表示VSWR，如下面的方程所示：

VSWR和S11之間的關係

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