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移動通信中的駐波比詳解

時間：2017-02-07 12:02:23

關鍵字：通信駐波比移動

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[導讀]移動通信系統(tǒng)中，發(fā)射機、天線、饋線、射頻連接頭以及避雷器等附屬設備需要用電纜和接插件把這些設備部件連接起來，只有正確連接，方可保證設備運轉正常。在一般情況下，人們往往都更注重天線的方向、仰角、極化、頻率的選取等步驟，安裝調試步驟中往往忽視設備之間的連接，這些設備部件連接時從始至終都應遵循“匹配”這一條原則。

駐波比(VSWR)用來檢測天饋線系統(tǒng)、射頻接頭以及所有的連接到基站的射頻設備的工作狀態(tài)。VSWR過高會導致掉話、高誤碼率，而且由此引入的發(fā)射/接受功率的衰減會導致小區(qū)覆蓋半徑縮小。

只有負載阻抗與信號源阻抗完全匹配，才能最大化地把信號從信號源傳送到負載。對于基站系統(tǒng)，信號源就是發(fā)射機，負載就是天饋線子系統(tǒng)，天饋線子系統(tǒng)包括天線、饋線、射頻連接頭以及避雷器等附屬設備。如果負載和信號源不能做到完全匹配，部分信號就會反射回信號源，這是我們所不希望的，這時就會產生前向波和反向波，這兩個信號組合在一起就形成了駐波。駐波比(VSWR)是指駐波的最大電平和最小電平的比值，它的大小從1:1(完全匹配)到∞。

圖由于阻抗不完全匹配導致的反向波的產生

圖波到介質介面時部分反射

我們可以通過反射系數Γ或者回波損耗RL計算出VSWR，在這里我們列出了反射系數Γ 、回波損耗RL以及VSWR的計算公式：

其中，

可接受的VSWR范圍

由于我們無法做到100%的負載和信號源阻抗匹配，總會有部分信號不可避免地被天線反射回來，所以需要確定一個VSWR范圍作為衡量可接受的VSWR的標準。通常我們把1.13:1 – 1.38:1 作為VSWR衡量標準。另外，回波損耗也可以作為一種衡量標準，前向功率與反向功率的比值就是回波損耗，如果已知40dBm的前向功率和20dBm的反向功率，那么我們可以計算出回波損耗是20dB，如果已知基站的輸出功率是20W、回波損耗是16dB，那么我們可以計算出反射功率是0.5W。通常我們把16 –24dB作為回波損耗的衡量標準。

當發(fā)射機到天線的發(fā)射通路上出現嚴重故障，會產生很低的回波損耗，比如射頻接頭松動、天線故障、饋線損壞、避雷器擊穿以及濾波器/耦合器損壞，等等。這種嚴重的VSWR故障將會導致掉話、誤碼率升高以及小區(qū)覆蓋半徑變小等故障。

從功率的角度看駐波比

若以功率的觀點來看，駐波比可以表示為：

SWR = (√Po + √Pr)/(√Po - √Pr)

Po：進入天線系統(tǒng)的功率

Pr：從天線系統(tǒng)反射回來的功率

經過運算SWR 與 Pr/Po (反射功率百分比)的關系如下：

Pr/Po = [(SWR-1)/(SWR+1)]^2

其實駐波比測試儀基本上就是功率表，它可以量測輸入功率及反射功率

什么叫駐波?

兩列振幅相同的相干波在同一直線上沿相反方向傳播時互相疊加而成的波，稱為駐波。

特點：波谷和波峰保持不動，波形不向前傳播，僅在平衡位置振動;波形在空間不移動。

一般在傳輸線上的電磁波由行波(向前傳輸的波)和反射波構成，駐波比就是反映波停留的狀態(tài)，如駐波比越大，波就越停留在原地，如果駐波比無窮大，就代表波是停留在原地。相反地，駐波比的倒數可以定義為行波系數，它表示波行進的狀態(tài)，行波系數越大，代表波越向前行進。

圖駐波和行波

什么叫匹配?

移動通信系統(tǒng)中，發(fā)射機、天線、饋線、射頻連接頭以及避雷器等附屬設備需要用電纜和接插件把這些設備部件連接起來，只有正確連接，方可保證設備運轉正常。在一般情況下，人們往往都更注重天線的方向、仰角、極化、頻率的選取等步驟，安裝調試步驟中往往忽視設備之間的連接，這些設備部件連接時從始至終都應遵循“匹配”這一條原則。

“匹配”，從功率的角度出發(fā)意味著最大的輸出功率，即在供電電路中使負載阻抗等于電源內阻抗的共軛值(電阻相等，電抗大小相等，符號相反)，稱作“匹配”。匹配的目的在于得到最大的輸出功率。從傳輸線的角度出發(fā)意味著無損耗傳輸，即在應用于傳輸線時，使負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，稱作“匹配”。匹配的目的是消除負載引起的反射，避免發(fā)生駐波，使負載獲取最大功率。

在移動通信系統(tǒng)中，諸多的地方需要匹配。接收天線必須同發(fā)射天線有相同的極化，且旋向相同，以實現極化匹配接收全部能量。凡是饋線連接的各個部位及各部件間的連接都需要達到匹配。在移動通信系統(tǒng)中只要有不匹配的地方出現，使信號在部件中間、饋線間產生反射，從而使信號質量下降、噪聲增加。因此對安裝調試使用者而言，需要規(guī)規(guī)矩矩的做好每一步，確保系統(tǒng)匹配。

天線—駐波比

天線駐波比的意義表示天饋線與基站(收發(fā)信機)匹配程度的指標。

天線中的駐波比的定義：

VSWR=Umax/Umin

Umax--饋線上波腹電壓;

Umin--饋線上波谷電壓。

駐波比的產生，是由于入射波能量傳輸到天線輸入端B未被全部吸收(輻射)、產生反射波，迭加而形成的。

VSWR越大，反射越大，匹配越差。

那么，駐波比差，到底有哪些壞處?在工程上可以接受的駐波比是多少?一個適當的駐波比指標是要在損失能量的數量與制造成本之間進行折中權衡的。

⑴ VSWR》1，說明輸進天線的功率有一部分被反射回來，從而降低了天線的輻射功率;

⑵ 增大了饋線的損耗。7/8“電纜損耗4dB/100m，是在VSWR=1(全匹配)情況下測的;有了反射功率，就增大了能量損耗，從而降低了饋線向天線的輸入功率;

⑶ 在饋線輸入端A，失配嚴重時，發(fā)射機T的輸出功率達不到設計額定值。但是，現代發(fā)射機輸出功率允許在一定失配情況下如(VSWR《1.7或2.0)達到額定功率。