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转：SWR 和馈线的影响 [复制链接]

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离线钱志豪
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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 03-22
SWR 和馈线的影响经 Hamuniverse 许可转载，这是对 SWR 以及如何最好地测量它的精彩解释。
什么是驻波比？
SWR或驻波比是业余无线电中最容易被误解的术语之一。尽管我看过的每一本天线和传输线书籍都很快指出了这一点，但它仍然是许多误解的根源。对于大多数拥有 SWR仪表的火腿来说，SWR 就是仪表读数，如果仪表显示没有问题，那么一切都很好。这根本不是真的。在本节中，我们将再次尝试准确解释SWR 是什么和不是什么。天线设计和施工中存在的问题已经够多了，无需添加另一个混乱来源！特别是在处理折衷天线时，我们需要确保准确理解 SWR的含义，因为我们通常会使用短而低阻抗的天线，而 SWR 可能是效率低下的主要原因。
回到传输线。在上一节中讨论了天线与传输线匹配的主题，并指出天线与传输线的匹配与发射机与传输线的匹配有很大不同。还提到，每条传输线都有一个特性阻抗，通常为50、75、300 或 450 欧姆，完全取决于线路的结构。
在最好的情况下，我们会使用 50 欧姆传输线将 50 欧姆阻抗天线连接到额定输出阻抗为 50欧姆的发射器。在这种情况下，一切都匹配，只要我们确保同轴屏蔽上没有电流流动，一切都应该工作得很好。由于系统的所有部分都是匹配的，传输线损耗被最小化，发射器可以以其设计效率运行，并且发射器输出的几乎所有功率都将到达天线并被辐射。
但是，当我们将 50 欧姆传输线连接到馈电点阻抗不是 50欧姆的天线时，会发生什么情况呢？例如，假设天线的输入阻抗为 10 欧姆电阻，这在短天线中并不少见。请注意，传输线为 50 欧姆并与 50欧姆发射器输出匹配。然而，50 欧姆传输线和 10 欧姆天线之间的阻抗不匹配导致 SWR 为 50/10 =5:1，并且大量功率从天线反射回传输线。发射器中的保护电路很可能会导致其功率降低。
驻波。考虑传输线路中发生的情况。发射器以特定频率或波长将功率（电流和电压）馈送到线路中。在天线或负载端，部分功率被负载吸收或辐射。其余功率沿着线路反射回发射器。沿着传输线，正向和反射电流和电压结合起来给出沿线任何地方的总电流和电压。只要负载阻抗、线路长度和频率不变，线路上就会出现稳定的电压和电流峰谷模式。这被称为“驻波”，因为它不会改变。最大电压与最小电压的比率是失配的量度，称为“电压驻波比”或VSWR。
同样，最大电流与最小电流之比称为“电流驻波比”或ISWR，其中I代表电流。可以看出，ISWR 与 VSWR相同，但 VSWR 通常更容易测量。通常我们只说SWR，即VSWR。但不要忘记，所描述的是由于传输线与负载或天线之间的不匹配而引起的沿传输线的电压分布。
在我们的示例中，传输线上的 SWR 为 5:1。这等于天线阻抗（10 欧姆）与传输线特性阻抗（50欧姆）之比。因此，在不了解其他任何信息的情况下，我们知道沿线的最大电压是最小电压的 5倍。而且我们还知道，输电线路上的最大电流是线路上最小电流的5倍。由于电阻损耗取决于电流平方 (I2)，因此我们还知道，线路上的任何损耗都会比电流较小时更大。
阻抗。阻抗怎么样？我们知道天线处的阻抗为 10欧姆。我们还知道阻抗是电压与电流的比率，并且电压和电流都沿着线路变化，因为我们有驻波。事实上，在示例中，它们都改变了 5倍。我们假设天线处的电流最小且电压最大。然后距天线 1/4 波长处电流最大，电压最小。可以看出，此时的电压比天线处的电压大 5 倍，而电流将小 5倍，因此阻抗将增大 25 倍。它将不再是 10 欧姆，而是 250 欧姆。请注意，250/50 = 50/10 = 5，这是 SWR。
现在，由于在我们的示例中，传输线上（在天线处）有一个点的阻抗为 10 欧姆，并且线路上还有另一个点（距离1/4 波长）阻抗为 250 欧姆，因此按理说，中间的线路上有某个点的阻抗恰好为 50 欧姆。事实上，这是正确的。如果我们找到该点并将发射器恰好连接在 50欧姆阻抗点，发射器就会满意并以最高效率进行传输。但是，沿线的电流和电压分布仍然是相同的！仍然存在驻波，仍然存在高于所需的电流，并且由于驻波，传输线路中仍然存在过量损耗。
那么，让我们看看 SWR 计会发生什么情况。如果我们将发射机直接连接到天线并测量那里的 SWR，仪表将读取SWR 为 5:1，正如预期的那样。如果我们将发射器精确连接到 50 欧姆阻抗点，仪表将读取 SWR 为 1:1。如果我们将发射器连接到 1/4波长点（阻抗为 250 欧姆），仪表将再次读数 5:1，因为 250/50 = 5。
这怎么可能呢？SWR 没有改变，因为由于 50 欧姆传输线和 10欧姆天线之间的阻抗不匹配，驻波仍然存在。然而，仪表的读数范围从 5:1 到 1:1，再回到 5:1，具体取决于发射器和仪表的连接位置。到底他妈发生了什么！？
驻波比表。为了理解这种现象，我们需要准确地了解典型驻波比仪测量的是什么。请注意，它不是测量传输线上的最大和最小电压（或电流）。显然它不能这样做，因为它只位于传输线上的一个位置。这意味着它不会测量传输线SWR，尽管它被称为“SWR 计”。那么它到底测量什么？
ARRL Antenna Book 和其他描述 SWR计的教科书一般都会讨论桥式电路和定向耦合器。在这些电路中，传输信号通过由等于 50欧姆传输线特性阻抗的电阻器组成的电桥馈送。（请注意，一些专业仪表可能使用其他阻抗，但它们通常很昂贵，并且不用于业余用途。）仪表本质上是测量插入馈线点处的阻抗相对于50 欧姆的比率。因此，在该示例中，它将读取从 50/10 = 5 到 50/50 = 1 到 250/50 = 5 的任何位置，具体取决于仪表在馈线中的插入位置。也就是说，常见的SWR表测量的是阻抗与50欧姆的比值。它不测量传输线的“驻波比”。
   显然，我们需要使 SWR 尽可能接近1:1，以减少馈线损耗。然而，我们的仪表无法读取传输线上的实际驻波比，仅仅因为它显示1:1并不意味着传输线和天线匹配且传输线上没有驻波。我们接下来干吗？
此时，任何对优化天线感兴趣的人都应该拿起一本有关传输线的书并研究沿线的阻抗分布。这里使用的示例显示了纯电阻负载。虽然当天线显示电阻性负载和电抗性负载时情况会更加复杂，但概念是相同的。沿着传输线有一个地方，我们始终可以保证能够读取50 欧姆线路的实际 SWR。那正是天线处。换句话说，如果您想知道线路损耗的 SWR 是多少，请在天线处使用 50 欧姆同轴电缆读取 SWR， 不在发射器或馈线的棚屋端。（编者注：如果您有一种较新的天线分析仪，例如RigExpert，可以消除馈线的影响，则结果将与在天线馈点处读取读数相同。如果您是对于认真的天线建造者、实验者或只是重视准确结果的人来说，这种类型的分析仪是非常宝贵的。它将使您的构建/安装变得更加容易，并让您的天线充分发挥其潜力。）
来自 <https://www.balundesigns.com/reference/swr-and-the-impact-of-your-feedline-/>
理论不行实践补，实践出真知，不迷信，不抬杠，尽量不带情绪地讨论HAM知识。欢迎来【动手做天线】群组指导。
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