MC2-0672-小强用长度不短于 1/4 波长的 50 欧馈线连接收发信机和天线。发信时,他发现 SWR 表的指示为 3:1。该值意味着
【题目编号】MC2-0672
【题目】小强用长度不短于 1/4 波长的 50 欧馈线连接收发信机和天线。发信时,他发现 SWR 表的指示为 3:1。该值意味着:
【答案】AB(多选题)
[A]馈线中任意位置上的最大峰值电压与最小峰值电压之比为 3:1
[B]馈线中任意位置上的最大峰值电流与最小峰值电流之比为 3:1
[C]馈线中的驻波致使平均射频电压高于常值,这降低了导体损耗
[D]馈线中的驻波致使平均射频电流高于常值,这降低了介质损耗
考点速览
题目给了一个具体场景:用不短于四分之一波长的五十欧馈线连接收发信机与天线,发信时驻波表读数为三比一,问这个数值意味着什么。它考的是驻波比(SWR,Standing Wave Ratio)的定义式,以及失配在传输线上造成的能量与损耗分布。前两个选项直接来自定义,后两个选项则把损耗的变化方向说反了,还顺手把导体损耗与介质损耗的成因对调。
这类题的关键是分清"定义"与"后果"。定义部分没有讨论余地,比值就是比值;后果部分需要知道电压与电流在线上如何分布,以及它们各自决定哪一种损耗。
驻波比的定义与四分之一波长的讲究
当负载阻抗与传输线特性阻抗不一致时,负载不能把入射波的能量全部吸收,一部分被反射回来。反射波与入射波在同一根线上相向而行,叠加之后就形成驻波:电压幅度沿线按固定的包络起伏,有最大值(波腹)也有最小值(波节),位置不随时间移动。
驻波比就是这个起伏的剧烈程度,定义是线上电压最大值与最小值之比,记作 VSWR。驻波电压与驻波电流在空间上错开四分之一波长,电压波腹处恰好是电流波节,电压波节处恰好是电流波腹。在无损耗线上,波腹电压与波节电流之积,等于波节电压与波腹电流之积,两者都由流过的功率决定。于是电压的起伏比与电流的起伏比必然相等,三比一的电压驻波比一定伴随三比一的电流驻波比。
三比一到底意味着多少反射
驻波比与反射系数可以互相换算:反射系数的模等于驻波比减一除以驻波比加一。代入三,得到反射系数的模为零点五。反射系数的平方就是反射功率占总入射功率的比例,零点二五,也就是四分之一的功率被退回,只有四分之三送进了负载。
换算成失配损耗,用十乘以功率比的对数来算,结果约一点二分贝。这个量级不算致命,但足以让发射机保护电路敏感起来,也足以让没有自动保护的设备持续承受反射回来的功率。若天线端本来驻波比更高,再经过一段有损耗的馈线,发射机端测到的读数会比天线端小,这是损耗掩盖失配的典型表现。
从严格定义上说,无损耗传输线上的驻波比沿线处处相同,与线长没有关系,这是理想结论。那题目为什么还要限定线长不短于四分之一波长?因为四分之一波长是一个完整驻波区间的最小长度——从波腹走到相邻波节恰好是四分之一波长。
线长达到这个量级,线上才真正铺得开一个完整的"波腹到波节"分布,驻波表取样到的量才可靠地代表负载端的失配程度。线短到这个尺度以下,线上的驻波图案展不开,接头、仪表取样方式与负载近场的影响相对变大,读数就容易偏离真实值。四分之一波长同时还是传输线的基准变换长度:一段四分之一波长的线会把负载阻抗变换成特性阻抗平方除以负载阻抗,这也是匹配短截线能用一小段线就完成阻抗变换的原因。
逐项辨析
选项 A 说馈线中任意位置的最大峰值电压与最小峰值电压之比为三比一,正确。这正是电压驻波比的定义,三比一这个读数报的本来就是沿线电压包络的起伏比,与线上哪个位置、哪个瞬间无关。
选项 B 说最大峰值电流与最小峰值电流之比为三比一,正确。电压波腹处是电流波节,电流的起伏包络与电压的起伏包络在数值上完全对应,两者的驻波比恒等。记住这一点,就不会把"电流驻波比"当成另外一个需要单独测量的量。
选项 C 说驻波使平均射频电压高于常值,从而降低导体损耗,错误。前半句在失配线上是成立的:有了驻波,电压最大值的升高幅度大于最小值的降低幅度,沿线平均电压确实高于匹配时的数值。错在结论——导体损耗由电流决定,按电流平方乘导体电阻计算,而电流波腹处的电流比匹配时更大,导体损耗只会上升。
选项 D 说驻波使平均射频电流高于常值,从而降低介质损耗,错误,同样是前半句可接受、后半句张冠李戴。介质损耗由绝缘介质承受的电压决定,与电压平方、频率、电容和损耗角正切成比例,电流升高与介质损耗无关;反过来,电压波腹处的电压升高会让介质损耗一起变大。选项把"哪种场决定哪种损耗"也对调了。
易混淆点:失配损耗与馈线附加损耗
失配造成的损失分两块。一块是失配损耗(mismatch loss),指因反射而未能送进负载的那部分功率,三比一时约一点二分贝,这部分功率并没有消失,而是被反射回发射机。另一块是驻波引起的馈线附加损耗:有驻波时电流与电压沿线的峰值都升高,导体损耗与介质损耗都增大,整段电缆的实际衰减比标称值大,驻波比越高、电缆越长,放大得越明显。
两块损失的后果不同。失配损耗影响的是"有多少功率真的进了天线",附加损耗影响的是"沿途又损失了多少"。当馈线很短时,附加损耗可以忽略;当馈线很长而驻波比又高时,附加损耗会变得可观,这也是长馈线台站更在意匹配的原因。
应试要点
三比一就是电压起伏三比一、电流起伏也三比一,两者恒等;换算到能量是反射系数零点五、反射功率四分之一、失配损耗约一点二分贝。驻波只会让导体损耗与介质损耗同时上升:导体损耗看电流,介质损耗看电压,这条对应关系不能颠倒。