天线理论与网络分析仪基本概念

1.什么叫驻波（standing wave）？

答：振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时，就产生驻波。

驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在原位置附近做振动，波停驻不前，而没有行波的感觉，所以称为驻波。形成驻波时，各处介质质点或物理量以不同的振幅振动。振幅最大处叫波腹，振幅最小处即看上去静止不动处叫波节。相邻两个波节或波腹之间的距离是半个波长。

驻波也是一种波的干涉现象，但是一种特殊的干涉现象．

2.什么叫SWR（驻波比）/VSWR（电压驻波比：voltage standing wave ratio）？

答：驻波比全称为电压驻波比。在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念，

计算公式：S ＝电压最大值/电压最小值

＝Umax/Umin

S ＝（1+P）/（1-P）

3.什么叫反射系数（reflection coefficient）？

答：在传输线相交结点处(线路参数发生突变)，反射波电压(或电流)与入射波电压(或电流)之比。

计算公式2：P ＝反射波振幅/入射波振幅

＝(传输线特性阻抗-负载阻抗)/(传输线特性阻抗+负载阻抗)

即：P ＝︱（Zb-Za）/（Zb+Za）︱取绝对值

4.什么叫回波损耗（return loss）？

答：反射系数倒数的模。

计算公式：L＝1/P＝︱（Zb+Za）/（Zb-Za）︱

通常以分贝表示。

计算公式：L＝20lg(1/P)单位dB。

回波损耗是表示信号反射性能的参数。回波损耗说明入射功率的一部分被反射回到信号源。

4.S参数的意义？

答：S参数:

S12为反向传输系数，也就是隔离。

S21为正向传输系数，也就是增益。

S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗。

S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。

计算公式：S11 = 20lg(P)

不对称天线

我们知道偶极天线每臂电气长度应为1/4波长。那么如果两臂长度不同，它的谐振波长如何计算？是否会出现两个谐振点？

如果想清了上述琴弦的例子，答案就清楚了。系统总长度不足

3/4波长的偶极天线（或者以地球、地网为镜象的单臂天线）只有一个谐振频率，取决于两臂的总长度。两臂对称，相当于在阻抗最低点加以驱动，得到的是最低的阻抗。两臂长度不等，相当于把弓子偏近琴马拉弦，费的力不同，驱动点的阻抗比较高一些，但是谐振频率仍旧是一个，由两臂的总长度决定。如果偏到极端，一臂加长到1/2波长而另一臂缩短到0，驱动点阻抗增大到几乎无穷大，则成为端馈天线，称为无线电发展早期用在汽艇上的齐柏林天线和现代的1/2波长R7000垂直天线，当然这时必须增加必要的匹配电路才能连接到50欧姆的低阻抗发射机上。

偶极天线两臂不对称，或者两臂周围导电物体的影响不对称，会使谐振时的阻抗变高。但只要总电气长度保持1/2波长，不对称不是十分严重，那么虽然特性阻抗会变高，一定程度上影响VSWR，但是实际发射效果还不至于有十分明显的恶化。

天线系统和输出阻抗

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。一些国外杂志文章在介绍天线时经常给出VSWR的曲线。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偶极天线，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，因此两根天线之间仅用VSWR数值来做简单的互相比较没有太严格的意义。

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。

史密斯圆图辅助计算非谐振天线的阻抗匹配

史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。采用双线性变换，将z复平面上。

有时由于条件所限，不能架设自然谐振阻抗为50Ω的天线，

比如架设80m或者160m波段天线，或者临时在海岛架设天线。这些天线很难调谐到50Ω也就是不能和50Ω的馈线匹配，如果发生失配，必然使VSWR（驻波比）加大，造成很大的回波损耗(RL)。其产生的后果，就不用笔者多说了。这样就要想办法将这个非50Ω的天线匹配到50Ω和50Ω馈线连接，这样就要使用匹配网络(天线调谐器)进行匹配。这里要澄清一点，匹配网络必须处在两个不同阻抗系统的交汇点，也就是说，比如天线是20-j30Ω，馈线是50Ω，那么这个

网络必须放在天线和馈线的连接处，来匹配这两个系统。有些朋友错误的将匹配网络放到了发射机和馈线之间，这样实际上是将馈线变成了天线的一部分，馈线将不能再视为一个传输线，也就是不能将功率有效地送到天线，将大幅度降低整个天线系统的效率。当然这样也会给用户一个低VSWR的假象。咱们还是言归正传，仔细研究一下如何匹配一个非50Ω的天线系统。

首先，怎么获得天线的阻抗值？咱们知道天线的阻抗是一个复数Z，Z=R+jX。如果天线在工作频率上体现的Z=50+j0，就说明这个天线处在谐振状态而且阻抗为50Ω，当然可以直接接到50Ω的馈线上，就不需要阻抗匹配了。但天线阻抗Z如果不为50+j0Ω，而又要和50Ω馈线直接连接，就会出现失配，使VSWR加大。但如何知道天线的阻抗，当然最佳的测试方法是使用矢量网络分析仪，但这对于HAM来说不太可能，现在很多HAM手里都有各种各样的天线分析仪。天线分析仪一般不能测出Z=R+jX中的X的代数符号，也就是只能给出R和jX的绝对值(j X为虚数，是没有绝对值概念的，但为了表述方便，才这么写)，也就是不知道X是感抗(+j X)还是容抗(-j X)。但这个不是个难题，大家知道容抗是反比于频率的，而感抗是正比于频率的。所以，只要略微改变一下测试频率，看X是加大还是减小就知道了j X的代数符号了。举例来说，天线在3.5MHz测得R=30,X=15,而在3.6MHz测得X=13，就可以知道这个天线在3.5MHz的阻抗Z=30-j15Ω。那么这时到底对50Ω馈线的VSWR 是多少呢，可以利用史密斯图来计算一下。