【题目编号】MC1-0671
【题目】通联时,如果收发信机的 SWR 表显示读数 4:1,则意味着:
【答案】A
[A]从发射机的输出端口来看,天线系统的整体匹配情况不佳
[B]从发射机的输出端口来看,天线系统的整体阻抗为 200 欧或 12.5 欧
[C]天线系统的辐射效率仅为 25%
[D]天线系统的整体增益仅为 4dB
考点速览
题干给了一个很具体的读数:收发信机的驻波比表指在四比一。问这个读数意味着什么。答案是天线系统从发射机输出端口看过去的整体匹配情况不佳。考点不是让你算出阻抗,而是让你分清"驻波比能告诉你什么"和"驻波比不能告诉你什么"。
驻波比这个数字是怎么来的
馈线上同时存在入射波和反射波时,两者相位相同的地方电压相加、电流相减,相位相反的地方电压相减、电流相加。沿着馈线走一圈,电压幅度会周期性地起伏,最高点叫电压波腹,最低点叫电压波节。驻波比就是波腹电压与波节电压之比,取值从一(完全匹配)到无穷大(全反射)。
工程上更常用反射系数来算:反射系数的模等于驻波比减一再除以驻波比加一。四比一对应反射系数的模为零点六,也就是说入射电压幅度的百分之六十被反射回来。换算成功率,反射功率占入射功率的比例是反射系数模的平方,约为百分之三十六。一台输出一百瓦的机器遇到这种失配,有三十多瓦往回走。这个量级已经足以让末级功放明显发热,所以多数机器会在此前后启动保护。
四比一背后藏着一整个圆
驻波比只反映反射系数的"大小",完全不反映反射系数的"相位",也就是不反映那个失配阻抗到底偏感性还是偏容性。把负载阻抗画到史密斯圆图(Smith chart)上,凡是以五十欧姆为中心、半径为反射系数模零点六的那个圆上的所有点,驻波比都是四比一。纯阻性时对应两百欧姆或十二点五欧姆;若阻抗里含电抗分量,可以是几十欧姆配一大截感抗,也可以是几百欧姆配一大截容抗,它们显示同一个四比一。
这就是本题的关键:驻波比是一个"体检指标",不是"化验单"。它明确告诉你身体不对劲,但说不出具体是哪个器官。要确定失配的性质,得用天线分析仪(antenna analyzer)扫频看阻抗轨迹,或者用矢量网络分析仪(vector network analyzer)分别测出阻抗的实部与虚部。
逐项辨析
选项 A 说从发射机输出端口看,天线系统的整体匹配情况不佳。这正好是驻波比唯一能确定表达的信息:反射强、匹配差。至于差在哪里、差多少欧姆,它没说,也不需要它说。表述准确,正确。
选项 B 说整体阻抗为两百欧姆或十二点五欧姆。这两个数确实对应五十欧姆馈线上的四比一——但前提是负载为纯电阻。真实天线在偏离谐振点后总带着电抗,此时阻抗既不是两百欧姆也不是十二点五欧姆,却依然能给出四比一。原题只给了一个驻波比读数,没有交代馈线特性阻抗,也没说负载是否纯阻性,直接报出这两个数字,是把特例当通例。错误。
选项 C 说天线系统的辐射效率仅为百分之二十五。驻波比管的是"送进去的功率有多少被反射回来",辐射效率管的是"天线真正吃进去的功率有多少变成了电磁波",后者取决于天线的导体损耗、接地损耗和介质损耗。一副损耗极低的八木天线在三比一失配下,反射功率不小,辐射效率却仍然很高;反过来,一副匹配完美的短天线接上假负载,驻波比可以是一比一,辐射效率却接近零。两者互不相干。错误。
选项 D 说天线系统的整体增益仅为四分贝。这是把驻波比的数值直接读成了增益的分贝数。增益描述的是天线把能量往某个方向集中的能力,单位是 dBi 或 dBd,与驻波比是两种完全不同量纲的量。即便真要谈失配带来的功率损失,四比一对应的失配损失约一点九分贝,也不是四分贝。这一项既错在概念,也错在数值。错误。
易混淆点:驻波比、回波损耗与失配损失
三个指标常被混着用,其实角度不同。驻波比是电压波腹与波节之比,无量纲;回波损耗(return loss)是反射功率与入射功率之比取分贝,数值越大表示反射越小,四比一对应的回波损耗约四点四分贝;失配损失(mismatch loss)才是真正送给天线的功率比入射功率少了多少,四比一约一点九分贝。看见"几点几分贝"的说法,先分清说的是哪一个。
还要提醒一点:驻波比表读到的是从发射机输出端口看进去的驻波比,其中包含馈线损耗。一段损耗很大的馈线会掩盖天线端真实的失配,在机器端读到偏低的驻波比。测天线时,表要尽量接在天线端。
应试要点
一句话判据:驻波比只说"匹配得差不差",不说"阻抗是多少"、不说"效率高不高"、不说"增益多大"。四比一、反射系数模零点六、反射功率约百分之三十六、失配损失约一点九分贝、回波损耗约四点四分贝,这几个数记熟,凡是把驻波比换算成阻抗、效率或增益的选项,直接排除。