1、什么是天线的驻波比？只有阻抗完全匹配，才能达到最大功率传输。这在高频更重要！发射机、传输电缆（馈线）、天线阻抗都关系到功率的传输。驻波比就是表示馈线与天线匹配情形。不匹配时，发射机发射的电波将有一部分反射回来，在馈线中产生反射波，反射波到达发射机，最终产生为热量消耗掉。接收时，也会因为不匹配，造成接收信号不好。如下图，前进波（发射波）与反射波以相反方向进行。完全匹配，将不产生反射波，这样，在馈线里各点的电压振幅是恒定的，如下图中左部分（a），不匹配时，在馈线里产生下图右方的电压波形，这驻留在馈线里的电压波形就叫做驻波。驻波比（SWR）的 S 值的计算公式为下图：当然还有其它的驻波比计算方法，不
2、过计算结果是一样的。驻波比越高，表示阻抗越不匹配，业余玩家，做到驻波比小于 1.5 就算可以了。最后提醒一点，天线的好坏不能单看驻波比，现在大家如此迷信驻波比的原因很简单，就是因为驻波表好便宜、好买。不要因为天线驻波比很低就觉得一切 OK，多研究天线的其它特性（如方向性）才是真正的乐趣。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。测量一下天线系统的驻波比是否接近 1:1，如果接近 1:1，当然好。但如果不能达到 1，会怎样呢？驻波比小到几，天线才算合格？ VSWR 及标称阻抗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
3、同，要求天线的阻抗也不同。在电子管时代，一方面电子管本输出阻抗高，另一方面低阻抗的同轴电缆还没有得到推广，流行的是特性阻抗为几百欧的平行馈线，因此发射机的输出阻抗多为几百欧姆。而现代商品固态无线电通信机的天线标称阻抗则多为 50 欧姆，因此产品 VSWR 表也是按 50 欧姆设计标度的。如果你拥有一台输出阻抗为 600 欧姆的老电台，那就大可不必费心血用 50 欧姆的 VSWR 计来修理你的天线，因为那样反而帮倒忙。只要设法调到你的天线电流最大就可以了。VSWR 不是 1 时，比较 VSWR 的值没有意义天线 VSWR1 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，
4、匹配的情况只有这一种。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。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
5、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VSWR1，总会是好天线。其实，VSWR1 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 VSWR1，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。影响天线效果的最重要因素：谐振天线系统和输出阻抗为 5
6、0 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。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，
7、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
8、做到的两点中，谐振是最关键的因素。在早期的发信机中，天线电路只用串联电感、电容的办法取得与工作频率的严格谐振，而进一步的阻抗配合是由线圈之间的固定耦合确定死的，在不同频率下未必真正达到阻抗的严格匹配，但是实际效果证明只要谐振就足以好好工作了。因此在没有条件做到 VSWR 绝对为 1 时，电台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。但天线馈电点常常高悬在空中，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
9、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 UHF 以上频段，不要忽略电缆的影响。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
10、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
11、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。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，所以烧末级的危险比 20 年以前降
12、低了很多。但是仍然不要大意。半波对称振子与馈线的匹配 一般的接收设备(如电视机)其输入特性阻抗为 75(不平衡式)或 300 平衡式,半波对称振子的输出是:阻抗为 75 平衡式,如与 300 平衡电缆连接则只需考虑阻抗匹配就可以了,我们可利用传输线上距终端 /4 奇数倍处的等效阻抗等于传输线特性阻抗的平方除以终端负载这一特殊性质来进行阻抗匹配,这一特性的数学表达式 Zin=Z0*Z0/ZL,式中 Z0 是传输线(匹配电缆)的特性阻抗,Zin 为天线的输出阻抗,ZL 为负载(接收设备的输入阻抗)阻抗,半波对称振子与 300 平行电缆的配接计算如下:先按上式计算出所需电缆的特性阻抗 ,也即要实现半
13、波对称振子与300 平行电缆的配接它们之间必须要插入一条 /4 长,特性阻抗为 150 的平行电缆,为此,我们利用两条 /4 长的 300 平行电缆并联即可,接法如图 x。思维稿 半波折合振子折合振子天线在实际使用中,馈电振子一般都是采用折合振子的形式,其主要目的是增加天线的带宽,折合振子的结构形成如图 jk 所示,这种天线的频带特性可以这样来证明:折合振子作为一偶极天线来说,可看作是两个 /4 的短路线相串联,对于谐振频率波长 L=/4,偶极天线与短路线都没有电抗成分,当加到折合振子上高频电流的频率在一定范围变化时,出现以下 2 种情况:当频率高于谐振频率时,相当于 L/4,偶极天线近似长于
14、 /4 的短路线,其电抗是感性,而此时短路线的电抗是容性,当频率低于谐振频率时,相当于 L/4,偶极天线近似于 /4 的开路线,其电抗是容性,而此时短线上的电抗又是感性;故当工作频率了生偏移时,在一定频率范围内,折合振子上呈现的感抗与容抗可以互相补偿,使天线在较宽的频率范围内其阻抗特性的变化不大,这就是折合振子具有较宽频带的原理。 由于折合振子两平行导体具有相位相同,大小相等的电流(即 I1=I2)所以其辐射电流为 I=I1+I2=2I1,其辐射功率为 P=I*I*Rr=(2I1)*（2I1）*Rr(Rr 为半波振子的输入阻抗)在折合振子的馈电端的输入功率 P =4*I1*I1*Rr= (Ri
15、n 是折合振子的输入阻抗)由于在馈电端输入的电流实际上为 I, 所 I=I1,所以 Rin=4Rr=473.1=300 这里我们得到了折合振子输入阻抗是 300.是对称半波振子输入阻抗的 4 倍。为了解决与 75 同轴电缆与天线振子的联接,采用长度为 /2 的同轴线做成的相位,阻抗变换装置,即常叫的 U 形环,可以解决以上两个问题.U 形环的结构图 jk2 如下所示.从图可知,馈电时 B 点电流经过 U 形环后,与 A 点的电流相位差为 (180 度),U 形环的外导体组成了 /4 的短路线, 使得在 A,B 点上的阻抗为无穷大,因而外导体上的电流就不会由内表壁流向外表壁到地了,并且 U 形环
16、还起到了阻抗变换的作用,如果在同轴线芯线上的输入电流为 I1,输入电压为V1,则天线两振子上的输入电流分别为 I1,而同轴线外导体是接地的,所以 A,B 两点各自对地的电压都是 V1,且 A,B 两点电压为反相,故此 A,B 两点间的电压为 VA+VB=2V1,在馈电点呈现的阻抗为:R=4V1/I1 即采用 U 形环后,使馈线与天线接触点的阻抗提高了四倍,若采用特性阻抗为 75 的同轴线馈电,则在馈电点的阻抗为 754=300,与折合折子能达到较好的匹配.思维稿 多元折合振子天线半波振子天线和折合振子天线的增益低,波瓣宽,前方和后方具有相同的接收能力,所以它们只适用于信号强,干扰小的地方,当接
17、收点离电视台较远,信号较弱或信号较强但干扰较大反射波影响较严重时,就要采用多元高增益定向天线了,这就是多元振子天线,又叫八木天线,在有源 振子的后面加上反射器,前面加上引向器,就构成多元振子天线,引向振子,反射振子与有源振子加起来的数目就是天线的单元数.多元振子天线的后方波瓣消失,前方灵敏度大大提高,原理如下:1.反射器对前方 P 点和后方 Q 点来的信号的作用右图中的有源振子工作在谐振状态, 其阻抗为纯电阻,反射器则用长度比有振子长 5%-15%,而呈现感性.设反射器与有源振子相距 /4,从天线前方的 P 点来的电磁波先到达有源振子,并使之产生感应电势 e1,感应电流 I1.电磁波再经过 /
18、4 的途经才到达反射器,并使之产生感应电势 e2 和感应电流 I2.由于反射器与有源振子在空上相差 /4 的路程,所以 e2 比 e1 落后 90,而 I2 又由于反射器呈现感性而比 e2 落后 90,故 I2 比 e1 落后 180,反射器电流 I2 产生的辐射场到达有源振子形成的磁场 H2 又比 I2 落后 90,即 H2 比 e1 落后 270.根据电磁感应定律,H2 在有源振子里产生的感应电势 e1-2 比 H2 落后 90,结果 e1-2 比 e1 落后 360,也就是说反射器在有源振子所产生的感应电势 e1-2 和原振子的感应电势 e1 是同相的,天线输出电压是等于 e1 与 e1
19、-2 之和,可见反射器使天线接收前主信号的灵敏度提高了,根据类似的推导可知:反射器对后方 Q 点来的信号有抵消输出的作用.2.引向器的作用引向器比有源振子短 5%-10%,其阻抗呈电容性,假设引向器与有源振子间的距离也是 /4,用同样的方法可以推导出下述结论:引向器对前方来的信号起着增强天线输出信号作用.综上所述,反射器起着消除天线方向图后瓣的作用,反射器和引向器都具增强天线前方灵敏度的作用。 思维稿业余制作抛物面天线的要点-抛物面天线的 F/D 与馈源的辐射方向角 Q 的关系F/D（F 是抛物线的焦点，D 是抛物线的口径）与馈源的方向角 Q 是从属关系，也就是说只有馈源的方向角确定以后才能确
20、定你所要制作的抛物面天线的直径及焦距。作为一个业余爱好者只知道 F/D=0.3-0.5 是不够的，如何才能使一条天线与馈源的配套即采用合适的 F/D，这个问题很重要，它直接影响天线系统的效率及信噪比等。图 1-1 所示 Q 是馈源所固有的，馈源确定了，Q 也就确定了。制作天线首先要决定馈源，只有馈源的方向角为已知，才能按不同的 F/D 制作不同直径的天线，而不应制作好了天线以后才制作馈源，因为这样一来很难达到理想的效果，必定产生如图 1-2 或图 1-3 的情况。图 1-2 的情况会使地面反射的杂波进入馈源，而且天线边缘的微波和绕射波也会进入馈源，使得天线接收系统的信噪比减小。图 1-3 的情
21、况则会使天线的利用率降低造成人为的浪费而且信号的旁瓣也同时进入了馈源。F/D 与 Q 的关系是：F/D=1/4*Ctg Q/2。所以先有馈源方向角再根据你所要制作多少直径的天线而后确定F=D*（1/4*Ctg Q/2），然后根据抛物线方程：X=Y*Y/4F 绘制出模。抛物线天线的口径可用下式计算：馈源的方向角（Q） 100 度 120 度 160 度 180 度天线的效率（K） 70% 60% 55% 50%一般的折合半波振子馈源（带后反射器）和螺旋馈源的方向角是 100 度左右。思维稿十字型发射天线的配接在一些中小功率的高频发射设备中，通常都采用多层十字型半波折合振子发射天线。这种天线的特点
22、是结构简单架设方便，其缺点是增益较低且带宽相对较窄，在这里以双层十字型天线为例说明一下其配接原理。图 1 为此种天线的结构图，我们知道一个半波振子的输入租抗为平衡式300 欧，而发射设备的输出阻抗常为 50 欧不平衡式，所以首先要将折合振子的 300 欧平衡变换成 75欧不平衡式（变换原理可参考我以前所发表的 有关文章），然后将两条长度为（波长） 的 75 欧同轴电缆（称分馈线）将上下两层东西 向的振子和用两条长度为 +/4 的75 欧电缆 将上下两层中南北向的振子联结成一个节点 1（如图 2 所示），节点 1 的阻抗为75/4=18.75 欧，由于发射设备的输出阻抗为 50 欧，所以还必须进
23、行阻抗变换，我们利用 这个公式进行计算，式中 Z0 为所需的 /4 长度的匹配电缆特性阻抗，Z1 为节点 1 的阻抗，Z2 为发射设备的输出阻抗（节点 2）。计算得为此我们可以用一条长度为 /4 的 50 欧电缆和一条同样长度的75 欧电缆并联来近似代替。为何东西向和南北向的分馈线要相差/4 呢？这是为了在水平面内使电磁波得到均匀的辐射，如分馈线的长度一样其在水平面内的辐射图如图 3，从图中可见其辐射场在西南，东北，东南，西北的方向上是较弱的，如果南北向的振子与东西向的振子在馈电上相差 /2 的相位，那末其形成的辐射场是一个旋转磁场，其辐射图如图 4 所示，从图中可见辐射场在全方位上都比较均匀
24、了。根据传输线的原理要产生 /2 的相位差只需将某一方向上（如南北向）的分馈线增加 /4 就可以了，这就是为何南北向和东西向分馈线相差 /4 的原因。思维稿天线驻波比的测量方法在天线系统中，天线与设备配接是否良好我们常常用一个称为驻波比的参数对其衡量，当驻波比为 1 的时，表示此天线系统匹配良好没有反射，如此数越大则意味着匹配状况越差，系统中存在越大的反射波。那末如何测量天线的驻波比呢？在这里我向大家介绍一种较为简易的办法。要测量驻波比需要一台扫频仪，接法如图 2-1，先将馈线的终端（近天线系统一端）短路，此时由于扫频仪输出的信号在馈线的终端形成全反射，观察其全反射波形如图 2-2 曲线的最大
25、幅度为 a，然后将天线接入馈线的终端，此时扫频仪上在工作频率范围内观察到的最大幅度为 b 如图 2-3，先求出反射系数 P=b/a，然后可用式 S=1+P/1-P 求出驻波比，式中的 S 表示驻波比。思维稿电缆的电长度在传输线中常用一个称为电长度的参数（单位：MHZ）来衡量电缆的电气性能。工厂生产电缆时，因为制造工艺的关系，使得每一批的电缆的电气指标都存在着差别，比如同是一段物理长度一样的两条电缆，对同一个高频信号来说它反映的电性能就不 一样，因此就引入了一个电长度的概念。它反映 了在一段单位物理长度内，电缆对某一频率信号 所表现出来的特性。在制作发射天线的馈电系统 中，此项参数尤为重要。例如
26、在我发表的“双层 十字型发射天线的配接”一文中的各分馈电缆， 在物理长度一样但电长度不一样的情况下，分馈 线的实际阻抗就会产生偏移且会引起附加相移，使得整个天线系统难以做到很好的配接。那么如何去检测一段电缆的电长度呢？具体方法是这样的，例如发射天线工作的中心频率为 F，其对应的波长为 ，截取一根物理长度为 /2 的电缆将它的终端短路，使它对信号形成全反射，用扫频仪进行测试，调节扫频仪输出的中心频率使扫频仪屏幕上产生一个下陷的波形（如图 L 所示），这个下陷波就是电缆的反射波形。从长线理论中我们知道，终端短路的传输线对于某一频率信号来说，离终端 /2 处，它的反射波电流幅值最大，所以此时图中的
27、A 点（即波峰处所对应的频率）就是这根电缆的电长度。如 A 点处的频标所指示的频率等于 F，就说明此电缆的电气性能达标，如不等F，则说明电缆的电气性能存在着差异，如用此电缆作天线系统的分馈线时，就必须要对其（物理长度）进行修正。对于特性相同的电缆来说，当它的物理长度相同时，它们的电长度也相同；当它的特性不等时，电缆的物理长度相同而它们的电长度不相同，所以我们可以用电长度这个指标来衡量电缆性能的一致性。思维稿定向耦合器在很多高频发射设备中，常在末级功放至发射天线的通路中插入一个定向耦合器来测量发射设备的发射功率或测量天线的反射功率，下面我介绍一下这种定向耦合器的工作原理。如图 X 是定向耦合器的
28、原理图，其中 A、B 是主馈电缆的内导体，在接近内导体里放入一个线圈L3，其中 C 是 L3 和内导体之间的分布电容。当有射频信号送入时，A、B 有电流 I 流过，其中 E 是内外导体间的射频电压，由于分布电容 C 的存在，那么内导体中就有一电流通过 C、R1 流到外导体，这个电流在 R1 上将产生一个互感电压 EL3，很明显，a-b 两端的输出电压 E=ER1+EL3，在制造中我们适当地选择 L3 和 R1 并在调试中改变 C 和互感系数 M，使得在一个方向上输出电压 E 为最大值（即使得 ER1 和 EL3 在相位上是相加的），而在另一个方向上 E 输出极小极小（即使得 ER1 和EL3
29、在相位上是相减的），这样我们就实现了定向耦合的作用，输出电压 E 通过 BG1 检波后送至指示系统，这样我们就可以在指示系统上读出机器发向天线的实际功率。思维稿环行器环行器又叫隔离器的突出特点是单向传输高频信号能量。它控制电磁波沿某一环行方向传输。这种单向传输高频信号能量的特性，多用于高频功率放大器的输出端与负载之间,起到各自独立,互相“隔离”的作用。负载阻抗在变化甚至开路或短路的情况下都不影响功放的工作状态,从而保护了功率放大器。环行器单向传输的原理，是由于采用了铁氧体旋磁材料。这种材料在外加高频波场与恒定直流磁场共同作用下，产生旋磁特性（又称张量磁导率特性） 。正是这种旋磁特性，使在铁氧体
30、中传播的电磁波发生极化的旋转（法拉第效应） ，以及电磁波能量强烈吸收（铁磁共振） ，正是利用这个旋磁现象，制做出结型隔离器、环行器。它具有体积小、频带宽、插损小等特点，因而应用十分广泛。左图是环行器的结构图，它采用结型带线结构，双 Y 形中心导体置于两片旋磁铁氧体样品之间，组成样品结，在样品结周围各置三片磁石，使整个样品结产生一均匀恒定的磁场。隔离器、环行器端口由带线转为同轴线，通过正确的设计，可使样品结与同轴线有良好的匹配，满足隔离器、环行器各种性能的要求，当在负载失配的情况下，反射能量将沿着蓝线所标的方向流到外接的吸收电阻上，能量被电阻所吸收。什么叫 QRP 与 QRPp？在无线电的 Q
31、简语里，QRP 代表降低功率，因此我们就把小功率电台称为 QRP 电台。目前 QRP 电台的定义有两种，一种是以无线电机的输出功率来定义，即 CW 小于 5W，SSB 的峰值功率小于 10W 就称为QRP 电台。另一种是以后级放大器的所消耗功率小于 10W 就称为 QRP，不过这种定义并不方便量测，因此一般还是以第一种定义比较普遍。或许您觉得 5W 已经够小了，但还有人追求的是用 1W 以下的超低功率来通信，这种我们就称为 QRPp。电离层是什么？所谓电离层是因高空的气体分子与原子被阳光的紫外线分解，形成如云状般的电子分层。电离层在白天时自底而上分成 D、E、F 层。在夜晚时 D 层会消失，E 层的密度会降低。F 层在白天时分成是 F1和 F2，夜晚时 F1 与 F2 合并成一层。什么是防爆对讲机？防爆对讲机是指可以工作在爆炸性气体环境的对讲机。
