什么是駐波比和回波損耗

電壓駐波比，英文稱為 voltage standing wave ratio，簡(jiǎn)稱VSWR，是射頻領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的概念。

隨便拿一個(gè)射頻器件來(lái)，其中肯定有一個(gè)駐波比的指標(biāo)。

那為什么有駐波比這個(gè)指標(biāo)呢？

當(dāng)一個(gè)入射波，進(jìn)入傳輸線進(jìn)行傳輸時(shí)，如果傳輸線的負(fù)載阻抗不與傳輸線的特征阻抗不匹配，就會(huì)產(chǎn)生反射波。

入射波和反射波是行波，波隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，向傳輸線的一端移動(dòng)。

但是入射波和反射波疊加，會(huì)在傳輸線上形成駐波，駐波隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，駐波無(wú)法行進(jìn)，所以無(wú)法傳輸能量。

由傳輸線的電報(bào)方程，可以知道，傳輸線上的電壓和電流表達(dá)式為：

因?yàn)樵趜=0處的反射系數(shù)為：

所以：

V(z)對(duì)應(yīng)的幅度隨時(shí)間的變化，就是傳輸線上的駐波隨時(shí)間的變化。

而電壓駐波比，即是Vmax和Vmin的比值。

負(fù)載阻抗為短路

當(dāng)負(fù)載阻抗為短路時(shí)，ZL=0，終端反射系數(shù)為-1，電路中的駐波是這樣的。此時(shí)駐波比為無(wú)窮大。

負(fù)載阻抗為開(kāi)路

當(dāng)負(fù)載阻抗為開(kāi)路時(shí)，ZL=∞，終端反射系數(shù)為1，電路中的駐波是這樣的。此時(shí)駐波比還是無(wú)窮大。

負(fù)載阻抗等于特征阻抗

當(dāng)負(fù)載阻抗為特征阻抗時(shí)，ZL=50 ohm，終端反射系數(shù)為0，電路中的駐波是這樣的。此時(shí)駐波比為1。

負(fù)載阻抗稍稍不匹配

當(dāng)負(fù)載阻抗稍稍不匹配時(shí)，比如ZL=60ohm，電路中的駐波比是這樣的。

所以，使用駐波比這個(gè)指標(biāo)，是因?yàn)樗磻?yīng)了傳輸線上波的反射情況。

除了駐波比之外，還有一個(gè)和它等價(jià)的指標(biāo)，那就是回波損耗。

回波損耗的定義為反射系數(shù)的log值：

也就是說(shuō)，回波損耗是入射波功率與反射波功率的dB差值。

比如說(shuō)，入射波的功率為50dBm，反射波的功率為10dBm，那么回波損耗就是40dB。

因?yàn)橛谢夭〒p耗，所以在傳輸過(guò)程中，則會(huì)有由于該回波損耗產(chǎn)生的失配損耗(Mismatch loss)。

而失配損耗的定義為：

所以，反射系數(shù)，SWR，回波損耗，以及失配損耗有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

常規(guī)情況下，會(huì)看到駐波比的指標(biāo)<2，即對(duì)應(yīng)的回波損耗為10dB左右，失配損耗為0.46dB左右。

附上matlab代碼：

clc;clear all;close all;
omega=2*pi;%設(shè)置角頻率t=0;%設(shè)置時(shí)間變量初始值z=-30:0.01:0;%傳輸距離k=1;%波數(shù)Z0=50;V0_pos=1;

Zload=0;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('行波形成.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(1);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g');%    lgd=legend('入射波','反射波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;        lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=0;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載短路.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(2);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=10000;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載開(kāi)路.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(3);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=50;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載匹配.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(4);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);
Zload=60;%0--short;10000-open;50--matched;60-a few unmatchedV0_neg=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)*V0_pos;v=VideoWriter('負(fù)載失配.avi');v.FrameRate=10;open(v);
for i=1:100    y1=V0_pos*cos(omega*t-k*z);    y2=V0_neg*cos(omega*t+k*z);    y=y1+y2;    figure(5);    p=plot(z,y1,'b',z,y2,'g',z,y,'r');%    lgd=legend('入射波','反射波','駐波');%    p(1).LineWidth=2;    p(2).LineWidth=2;    p(3).LineWidth=2;    lgd.FontSize=16;    axis([-30 0 -3 3]);    mov(i)=getframe(gcf);%捕捉當(dāng)前圖像作為一幀    writeVideo(v,mov(i));    pause(0.05);    t=t+0.05;end;
close(v);