射頻基礎(chǔ)—駐波檢測

當(dāng)通信系統(tǒng)中的天線沒有正確連接或者存在故障時，發(fā)射的射頻能量可能會反射回來，形成駐波。如果駐波比過高，意味著反射能量較大，可能會損壞發(fā)射器（如功放）和其他通信設(shè)備。通過駐波檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決這些問題，保護設(shè)備不受損害。

VSWR和系統(tǒng)效率

一個理想系統(tǒng)是從功率源100%地將能量傳送到負載，這需要信號源阻抗、傳輸線及其它連接器的特征阻抗與負載阻抗精確匹配。由于理想的傳輸過程不存在干擾，信號交流電壓在傳輸線兩端保持相同。

而在實際系統(tǒng)中，阻抗失配將會導(dǎo)致部分功率反射到信號源(如同一個回波)。反射引起疊加和相消干擾，從而在不同時間、不同距離在傳輸線上產(chǎn)生電壓波峰、波谷。VSWR用于度量這些電壓的變化，它是傳輸線上任何位置的最高電壓與最低電壓之比。

由于理想系統(tǒng)中電壓保持不變，其VSWR為1.0，通常表示為1:1。產(chǎn)生反射時，電壓發(fā)生變化，VSWR會增大，例如，使VSWR達到1.2或1.2:1。

具體實施

正向和反向功率檢測：通過計算輸出端口中正向電壓和反向電壓之比來判斷駐波狀況。在功放和天線天線端口之間設(shè)置正向耦合器和反向耦合器。從耦合器輸出的正向耦合信號和反向耦合信號分別經(jīng)過衰減器衰減后進入檢波器進行檢波，其輸出為電壓信號，該VSWR值與系統(tǒng)設(shè)定的駐波告警門限值進行比較，實際VSWR大于駐波告警門限值則產(chǎn)生告警關(guān)閉功放，小于等于駐波告警門限值則視為正常。

駐波檢測中不可或缺的兩個器件一個是耦合器

耦合器的性能指標對電路設(shè)計的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

耦合度（Coupling）：

耦合度描述了從輸入端口到耦合端口的功率比值，通常以分貝（dB）表示。耦合度的大小直接影響電路中信號的分配和采樣。在設(shè)計時，需要根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的耦合度，以確保信號的有效傳輸和采樣。

插入損耗（Insertion Loss, IL）：

插入損耗指的是主路輸出端與主路輸入端的信號功率比值，包括耦合損耗和導(dǎo)體介質(zhì)的熱損耗等。插入損耗越小，表示信號在傳輸過程中的損耗越低，電路的效率越高。

隔離度（Isolation）：

隔離度描述了主路輸入端口與耦合支路隔離端口之間的關(guān)系，理想情況下，隔離端口無信號輸出，隔離度為無窮大。高隔離度有助于減少信號干擾，提高電路的性能和可靠性。

方向性（Directivity）：

方向性是定向耦合器的重要指標，它描述了耦合器在發(fā)射系統(tǒng)中辨別入射波和反射波的能力。方向性越高，表示耦合器對信號方向的分辨能力越強，這對于信號的準確測量和處理非常重要。

輸入駐波比（Input VSWR）：

輸入駐波比是衡量電路匹配程度的指標，它反映了信號在輸入端口的反射情況。一個好的匹配可以減少信號反射，提高能量傳輸效率。

工作帶寬（Operating Bandwidth）：

工作帶寬指定向耦合器的上述參數(shù)（如耦合度、隔離度、方向性等）均滿足要求時的工作頻率范圍。設(shè)計時需要確保耦合器在系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)能夠正常工作。

反射損耗（Reflection Loss, RL）：

反射損耗與輸入駐波比相關(guān)，它描述了信號在端口的反射程度。在電路設(shè)計中，需要考慮反射損耗以確保信號的有效傳輸。

另一個關(guān)鍵器件是檢波器

信號經(jīng)過檢波器（通常是晶體二極管），從而得到依調(diào)幅波包絡(luò)變化的脈動電流，再經(jīng)過一個低通濾波器濾去高頻成分，就得到反映調(diào)幅波包絡(luò)的調(diào)制信號。

在功放輸出端檢波器更多的是關(guān)注檢波的包絡(luò)形態(tài)-峰值檢波還是均值檢波。而在接收機更多的是關(guān)注檢波器的動態(tài)范圍。

駐波檢測的框圖

框圖一：

框圖二：

最后的話

射頻的學(xué)習(xí)不再是孤立的器件調(diào)試，而是從整體的角度去理解系統(tǒng)，理解器件，理解指標。