VSWR 与回波损耗:实用参考值与换算

VSWR 与回波损耗用两种方式描述同一件事:在阻抗不匹配处有多少信号被反射回来。数据手册通常只给出其中一个,因此经常需要换算。本指南给出公式、换算表、计算示例以及实际中常见的参考值。

1. 定义与公式

• 反射系数 Γ = (ZL − Z0) / (ZL + Z0),其中 Z0 为参考阻抗(通常为 50 Ω),ZL 为负载。
• VSWR = (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|),反过来 |Γ| = (VSWR − 1) / (VSWR + 1)。
• 回波损耗 RL = −20·log₁₀|Γ| (dB)。以正数表示,越大表示反射越小。S11 (dB) = −RL。
• 反射功率比例 = |Γ|²。失配损耗 = −10·log₁₀(1 − |Γ|²) (dB)。

2. 换算表

(计算器:VSWR ↔ 回波损耗 ↔ 反射系数)

3. 计算示例:50 Ω 系统上接 75 Ω 负载

Γ = (75 − 50) / (75 + 50) = 0.2。VSWR = 1.2 / 0.8 = 1.5,RL = −20·log₁₀(0.2) = 13.98 dB,约 14 dB。反射功率为 0.2² = 4%,失配损耗为 −10·log₁₀(1 − 0.04) = 0.18 dB。

从功率角度看:10 W 发射机接到 VSWR 为 2:1 的天线上,反射功率为 10 × 0.111 = 1.11 W,到达天线的功率为 8.89 W。损耗为 10·log₁₀(8.89 / 10) = −0.51 dB,与表中的失配损耗一致。

4. 实际中使用的参考值

• VSWR 2:1(RL 约 9.5 dB)常被写作天线规格中的可接受上限。约 11% 的功率被反射,损耗约 0.5 dB。
• VSWR 1.5:1(RL 约 14 dB)常见于要求更严的规格。
• VSWR 低于 1.22(RL 20 dB)时,反射已只有约 1%,继续改善只能使损耗再降低不到 0.05 dB。收益在递减。
• 这些数值是设计惯例,不是 CISPR 等 EMC 标准规定的限值。请遵循产品或天线规格书以及测试计划中的要求。

5. 电缆损耗会掩盖失配

在电缆输入端测得的回波损耗,等于天线自身的 RL 加上两倍的电缆损耗(信号往返各一次)。若天线的 RL 为 6 dB(VSWR 3.0),通过 3 dB 的电缆测量,看到的是 6 + 2×3 = 12 dB,VSWR 约为 1.67。判断之前,请在天线端子处测量,或对电缆损耗进行修正。

失配也会出现在测量不确定度中。若两侧的反射系数为 |Γ1| 和 |Γ2|,则失配误差在 20·log₁₀(1 ± |Γ1|·|Γ2|) dB 的范围内。例如,将 VSWR 1.5(|Γ| = 0.2)与 VSWR 1.22(|Γ| = 0.1)连接,乘积为 0.02,误差介于 +0.17 dB 与 −0.18 dB 之间。如何将其计入不确定度预算,请遵循相关标准和实验室的方法。(计算器:合成不确定度)

6. 常见错误

• 符号:RL 通常写成正数(10 dB),S11 写成负数(−10 dB)。数值相同,只是符号不同。
• 把失配损耗当作回波损耗:回波损耗 10 dB 对应的失配损耗只有 0.46 dB。
• 只看一个频率:规格必须在整个工作频段内满足,因此应检查频段内的最差值。
• VSWR 不可能小于 1。如果得到小于 1 的值,请检查输入或单位。

7. 拿到数值时要确认什么

• 确认该数值是 VSWR 还是 RL,以及采用哪种符号约定。
• 确认参考面是天线端子还是电缆末端。
• 用表格或计算器求出反射功率和失配损耗,并判断是否计入链路预算。
• 使用整个工作频段内的最差值与规格比较。