電壓駐波比是射頻領域中一個重要的參數,用于衡量傳輸線與天線的匹配程度。駐波比反映了傳輸線上波的反射情況,當駐波比等于1時,表示饋線和天線的阻抗完全匹配,能量全部被天線輻射出去,沒有能量反射。駐波比越大,表示信號反射程度越高,匹配越差,可能導致信號強度損失,進而影響通信質量。通過測量駐波比,可以及時了解系統的工作狀態,針對性地進行調整和優化,確保系統的正常運行。過高的駐波比可能導致天線或發射臺損壞,因為反射的電波可能產生高電壓。駐波比與回波損耗(Return Loss)是衡量信號傳輸質量的兩個重要指標,它們共同反映了信號在傳輸過程中的反射情況。測試電壓駐波比通常使用矢量網絡分析儀(VNA),通過校準和設置合適的輸出信號大小,可以準確測量輸入電壓駐波比!早期駐波比要求的線材主要用于Notebook,移動電話,GPS,量測儀器,藍牙技術等,目前的應用開始往消費電子周邊延展。
駐波比的物理學中的定義
電壓駐波比為英文Voltage Standing Wave Ratio的簡寫;是指反射波比入射波疊加結果在線纜上形成駐波,造成射線各點的電壓和電流的振幅不同,以Z/2的週期變化,我們定義相鄰的波峰點與波谷點的電壓振幅之比,稱之為電壓駐波比“VSWR”,一般我們用NA來量測。應用在線纜上面非書本上的定義來說,VSWR是衡量傳輸線上駐波情況的一個定義。它定義為在無損耗的傳輸線上,電壓最大值點的電壓和最小值點電壓的比值。雖然在傳輸線上電流也滿足同樣的關系,但測量電壓總比測量電流要來得簡單。如果天線的阻抗匹配和發射機以及饋線的阻抗是匹配的,那么測量到的VSWR應該是1:1也即1。而當阻抗不能完全匹配的時候,VSWR可能為21以上。
駐波比于線纜上面應用的定義
駐波比可以說就是一個數值,用來表示天線和電波發射臺是否匹配,如果 SWR 的值等于 1, 則表示發射傳輸給天線的電波沒有任何反射,全部發射出去,這是最理想的情況。如果 SWR 值大于 1, 則表示有一部分電波被反射回來,最終變成熱量,使得饋線升溫。被反射的電波在發射臺輸出口也可產生相當高的電壓,有可能損壞發射臺.
理論上的計算公式
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。
當發射機到天線的發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覆蓋半徑變小等故障。
負載等于參考電壓駐波比=1,測試圖形(駐波比)
為什么線纜會有駐波比的概率和如何改善?
當信號在傳輸線上傳播的時候,由于生產制造制程不穩定因素的影響,信號在阻抗不均勻的地方會形成反射,這時傳輸線上會同時存在反射波和入射波,在入射波和反射波相位相同的地方電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax,而在入射波與反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin,最大電壓振幅Vmax與最小電壓振幅Vmin的比值就稱為電壓駐波比。
理論上的計算公式
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,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,行波系數越大,代表波越向前行進。
由于我們無法做到100%的負載和信號源阻抗匹配,導體或者芯線沒辦法保證完全沒有公差OD的差異,所以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。
駐波比的改善方式
應用在實際Cable生產上的參數特性及舉例說明(制程參數的影響因數)
導體OD的穩定性和光潔度
芯線OD的穩定性及同心度的大小
對絞節距的穩定性,絞距過小,導致導體變形引起阻抗波動.
機臺的不穩定性,引起阻抗不穩定
導體均勻性﹑絕緣均勻性﹑發泡度均勻性﹑結構尺寸均勻性
1) 導體直徑不均勻﹑導體有彎﹑導體不圓﹔
2) 絕緣芯線偏心﹑橢圓﹑線徑不均勻﹔
3) 發泡度不均勻﹔
4) 編織與外被的松緊也可引起回波的產生﹔工藝改善: 芯線制做均勻,導體圓整度,絕緣偏心度,收放線張力穩定.
制程關鍵點﹕
導體外徑不穩定---駐波比差
芯線外徑不穩定---駐波比差
同心度不穩定------駐波比差
設計關鍵點﹕
阻抗.回路損失阻抗不穩定----駐波比差
回路損失偏小—駐波比差
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