MC3-0670-业余无线电爱好者讨论天线系统时常会提及术语 “驻波比(SWR)”。其含义为

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【题目编号】MC3-0670

【题目】业余无线电爱好者讨论天线系统时常会提及术语 “驻波比(SWR)”。其含义为:

【答案】ABC(多选题)

[A]连接到传输线终端的负载阻抗与传输线自身的特性阻抗相匹配的程度

[B]负载与传输线完美匹配时,传输线之中没有驻波,因此驻波比为 1:1

[C]如果负载与传输线不匹配,传向负载的部分能量会沿传输线返回始端

[D]如果传输线中出现驻波,则调整传输线始端的信源阻抗可使驻波归零

考点速览

题目问驻波比(SWR,Standing Wave Ratio)的含义,三个正确选项分别对应匹配程度的度量、完美匹配时的行波状态、以及失配时能量的反射回传,第四个选项则把"源端能做什么"夸大成了"能让驻波消失"。它考的是传输线理论里最基础也最实用的一条链:失配产生反射,反射形成驻波,驻波比量化失配。

这一组概念在业余无线电里出场频率极高:架天线、调天调、挑馈线、看功率表,绕不开它。把物理图像理顺,比背公式更有用。

从入射波、反射波到驻波

传输线的特性阻抗由导体尺寸与介质决定,是一条线的固有属性,做出来就定了。负载阻抗则由天线决定,可以随频率、架设高度和环境影响而变。当两者相等时称为匹配,负载把入射波的能量全部吸收,线上只有朝负载方向前进的行波,电压与电流的幅度沿线处处相同。

两者不等时,负载界面不能全盘接收,一部分能量被反射回去,沿传输线朝始端走。反射波与仍在前进的入射波相向叠加,叠加结果是一个位置固定不动的起伏图形,这就是驻波。幅度最大处叫波腹,最小处叫波节,二者之比就是驻波比。反射越强,驻波比的数值越大,匹配越差。

反射的强弱用反射系数描述,它等于负载阻抗与特性阻抗之差除以两者之和。负载阻抗等于特性阻抗时分子为零,反射系数为零;负载完全开路或完全短路时反射系数的模等于一,能量全部被退回,线上形成最深的驻波。

驻波比与反射系数的换算

两组量之间有一个稳定的换算关系:驻波比等于一加反射系数模除以一减反射系数模。反过来,反射系数的模等于驻波比减一除以驻波比加一。常见读数可以记几个:驻波比一点五对应反射系数零点二,反射功率约百分之四;驻波比二对应反射系数约零点三三,反射功率约百分之十一;驻波比三对应反射系数零点五,反射功率四分之一。

换算过来的意义很直观:驻波比越接近一比一,送进天线的功率越多、被退回的越少。这也是为什么调天线时追求把读数压到一比一附近。

逐项辨析

选项 A 说驻波比表示负载阻抗与传输线特性阻抗相匹配的程度,正确。这就是驻波比的物理本质——它是失配程度的量化指标,而不是某个部件的绝对好坏。特性阻抗是线的固有属性,负载阻抗是天线给出的,两者相差多少,决定反射多少、驻波多少。

选项 B 说负载与传输线完美匹配时线上没有驻波、驻波比为一比一,正确。匹配意味着反射系数为零,线上只有单向传播的行波,电压与电流的幅度沿线处处相等,既没有波腹也没有波节,比值自然就是一比一。这是理想状态,实际系统能做到一点二、一点五以内就已经很不错。

选项 C 说负载与传输线不匹配时传向负载的部分能量会沿传输线返回始端,正确。这是反射的物理来源,也是驻波形成的必要条件。返回始端的能量并不会凭空消失:如果始端的信源阻抗也与线阻抗不一致,它会再次被反射向负载,如此往复,形成一个在线上来回打转的过程;每一次往返都要被馈线损耗吃掉一部分。

选项 D 说调整传输线始端的信源阻抗可使驻波归零,错误。驻波是负载与传输线失配的产物,它的强弱由负载端的反射系数决定,与始端接什么样的信源没有关系。改变信源阻抗确实会改变源端的二次反射,从而改变线上驻波图形中波腹与波节的具体幅度,但那只影响分布形状,不能让反射消失;只要负载仍然失配,线上就仍有驻波。把源端当作消除驻波的手段,是把因果搞反了。

易混淆点:天调改变的是谁看到的阻抗

天线调谐器(ATU,俗称天调)常被误认为能"消除驻波"。要分清它装在哪里。天调装在发射机端时,它把失配的馈线连同天线一起做阻抗变换,让发射机输出端看到一个接近五十欧的负载,于是发射机能正常输出额定功率、保护电路不动作。可是天调与天线之间那段馈线上的驻波依然存在,天线端的失配一点没被治愈,那段线上的附加损耗、电压波腹处的高压都还在。

如果天调装在天线根部,情况就不同了:天调之后的馈线朝发射机方向基本上传输行波,这段线上的驻波确实很小,损耗与击穿风险都下降。同一台设备,装的位置不同,作用完全不同。判断的落脚点永远是"失配点在哪一段线的哪一侧"。

应试要点

驻波比量化的是负载与特性阻抗的匹配程度:匹配则行波、驻波比一比一;失配则部分能量返回始端、形成驻波。信源阻抗改不了负载端的反射,天调只是让发射机看到合适的阻抗,并不能让天线端的失配归零。