二次雷达天馈系统电压驻波比(VSWR)的应用分析

二次雷达天馈系统电压驻波比(VSWR)的应用分析

随着国民经济的发展,空管二次雷达应用越来越广泛,已经是空管系统离不开的业务.但是,，文

结合工作实际,从应用层面探讨二次雷达天馈电压驻波问题，射频系统组件的正确选择除了频

率范围，驻波比，插入损耗等因素外，还应考虑电缆的机械特性，使用环境和应用要求，在

本文中，详细讨论了射频电缆的各种指标和性能，了解电缆的性能对于选择最佳的射频电缆

组件是十分有益的。

柔性电缆与刚性电缆

射频同轴电缆是用于传输射频和微波信号能量的。它是一种分布参数电路，其电长度是物理

长度和传输速度的函数，这一点和低频电路有着本质的区别。射频同轴电缆分为半刚，半柔

和柔性电缆三种，不同的应用场合应选择不同类型的电缆。半刚和半柔电缆一般用于设备内

部的互联;而在测试和测量领域，应采用柔性电缆。半刚性电缆顾名思义，这种电缆不容易

被轻易弯曲成型，其外导体是采用铝管或者铜管制成的，其射频泄露非常小(<-120dB)，在系

统中造成的信号串扰可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲

到某种形状，需要专用的成型机或者手工的磨具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非常

稳定的性能，半刚性电缆采用固态聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料具有非常稳定的

温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。半刚性电缆的成本高于半柔性

电缆，大量应用于各种射频和微波系统中。半柔性电缆半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略

差些，由于其可以很容易的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。柔性(编织)电缆柔性电缆是一种“测试级”的电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电缆的成本十分昂贵，柔性电缆要易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔

软和良好的电指标是一对矛盾，柔性射频电缆组件的选择要同时考虑各种因素，而这些因素

之间有些的相互矛盾的，如单股内导体的同轴电缆要比多股的具有更低的插入损耗和弯曲时

的幅度稳定性，但是相位稳定性能就不如后者。所以一条电缆组件的选择，除了频率范围，

驻波比，插入损耗等因素外，还应考虑电缆的机械特性，使用环境和应用要求。

VSWR及标称阻抗

电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数，用来衡量部件之间的匹配是否良好。天

线系统的驻波比是否接近1:1，如果接近1:1，当然好。常常听到这样的问题：但如果不能达

到1，会怎样呢？驻波比小到几，天线才算合格？，发射机与天线匹配的条件是两者阻抗的

电阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果发射机的阻抗不同，要求天线的阻抗也不同。现代

商品固态无线发射机的天线标称阻抗则多为50欧姆，因此商品VSWR表也是按50欧姆设计

标度的，正因为VSWR除了1以外的数值不值得那么精确地认定（除非有特殊需要），所以

多数VSWR表并没有象电压表、电阻表那样认真标定，甚至很少有VSWR给出它的误差等级

数据。由于表内射频耦合元件的相频特性和二极管非线性的影响，多数VSWR表在不同频率、不同功率下的误差并不均匀。

VSWR都＝1不等于都是好天线，影响天线效果的最重要因素：谐振

让我们用弦乐器的弦来加以说明。无论是提琴还是古筝，它的每一根弦在特定的长度和张力下，都会有自己的固有频率。当弦以固有频率振动时，两端被固定不能移动，但振动方向的

张力最大。中间摆动最大，但振动张力最松弛。这相当于自由谐振的总长度为1/2波长的天线，两端没有电流（电流波谷）而电压幅度最大（电压波腹），中间电流最大（电流波腹）

而相邻两点的电压最小（电压波谷）。

我们要使这根弦发出最强的声音，一是所要的声音只能是弦的固有频率，二是驱动点的张力

与摆幅之比要恰当，即驱动源要和弦上驱动点的阻抗相匹配。具体表现就是拉弦的琴弓或者

弹拨的手指要选在弦的适当位置上。我们在实际中不难发现，拉弓或者拨弦位置错误会影响

弦的发声强度，但稍有不当还不至于影响太多，而要发出与琴弦固有频率不同的声响却是十

分困难的，此时弦上各点的振动状态十分复杂、混乱，即使振动起来，各点对空气的推动不

是齐心合力的，发声效率很低。

天线也是同样，要使天线发射的电磁场最强，一是发射频率必须和天线的固有频率相同，二

是驱动点要选在天线的适当位置。如果驱动点不恰当而天线与信号频率谐振，效果会略受影响，但是如果天线与信号频率不谐振，则发射效率会大打折扣。

所以，在天线匹配需要做到的两点中，谐振是最关键的因素，在没有条件做到VSWR绝对为

1时，天线最重要的调整是使整个天线电路与工作频率谐振。

天线的驻波比和天线系统的驻波比

天线的VSWR需要在天线的馈电端测量。但天线馈电点常常在高空中，我们只能在天线电缆

的下端测量VSWR，这样测量的是包括电缆的整个天线系统的VSWR。当天线本身的阻抗确实为50欧姆纯电阻、电缆的特性阻抗也确实是50欧姆时，测出的结果是正确的。

当天线阻抗不是50欧姆时而电缆为50欧姆时，测出的VSWR值会严重受到天线长度的影响，只有当电缆的电器长度正好为波长的整倍数时、而且电缆损耗可以忽略不计时，电缆下端呈

现的阻抗正好和天线的阻抗完全一样。但即便电缆长度是整倍波长，但电缆有损耗，例如电

缆较细、电缆的电气长度达到波长的几十倍以上，那么电缆下端测出的VSWR还是会比天线

的实际VSWR低，所以，测量VSWR时，尤其在高频频段，不要忽略电缆的影响。

不必苛求VSWR

当VSWR过高时，主要是天线系统不谐振时，因而阻抗存在很大电抗分量时，发射机末级器

件可能需要承受较大的瞬间过电压。早期技术不很成熟时，高VSWR容易造成射频末级功率

器件的损坏。因此，将VSWR控制在较低的数值，例如3以内，是必要的。

现在有些设备具有比较完备的高VSWR保护，当在线测量到的VSWR过高时，会自动降低驱

动功率，所以烧末级的危险降低了很多。但是仍然不要大意，天线系统和输出阻抗为50欧

的发信机的匹配条件是天线系统阻抗为50欧纯电阻。要满足这个条件，需要做到两点：第一，天线电路与工作频率谐振（否则天线阻抗就不是纯电阻）；第二，选择适当的馈电点。

有时会因此产生一种错觉，只要VSWR＝1，总会是好天线。其实，VSWR＝1只能说明发射机的能量可以有效地传输到天线系统。但是这些能量是否能有效地辐射到空间，那是另一个问题。一副按理论长度作制作的天线，和一副长度只有1/20的缩短型天线，只要采取适当措施，它们都可能做到VSWR＝1，但发射效果肯定大相径庭，不能同日而语。做为极端例子，一个50欧姆的电阻，它的VSWR十分理想地等于1，但是它的发射效率是0。而如果VSWR不等

于1，譬如说等于4，那么可能性会有很多：天线感性失谐，天线容性失谐，天线谐振但是

馈电点不对，等等。在阻抗园图上，每一个VSWR 数值都是一个园，拥有无穷多个点。也就

是说，VSWR数值相同时，天线系统的状态有很多种可能性。天线VSWR＝1说明天线系统和发信机满足匹配条件，发信机的能量可以最有效地输送到天线上，匹配的情况只有这一种，

而实际工作中需要结合具体情况进行分析。