在之前文章中，我们对特性阻抗进行了介绍，简单明了地介绍了为什么目前统一使用50/75欧姆特性阻抗，并利用实验案例测试特性阻抗。我们将在今天的文章中对与特性阻抗密切相关的VSWR，反射系数等概念做进一步介绍与实验验证。

电压驻波比VSWR

Voltage Standing Wave Ratio

首先，我们用一句话来概括什么是VSWR：

一种量化我们与理想阻抗接近程度的方法。

也许现在你认为 "50欧姆 "的电缆特性阻抗这个想法有些道理，你现在是一个 "50欧姆 "系统的狂热追求者。你努力在所有的布线、连接和设备中追求 "完美的50欧姆"，并坚持所有的系统都是精确的50欧姆。

好了，现在你面临一个问题，事实上，没有一根同轴电缆、连接器、放大器等是完全准确的50欧姆。并且很令人诧异的一点是，即使在你的设计中阻抗和50欧姆差异很大，但依旧不会看到那么多的性能下降。我们需要一种方法来表达我们的设计和系统中与50欧姆的接近程度，最常见的就是所谓的VSWR，一个听起来很复杂的名字。

希望大家在掌握了VSWR的概念后，能更合理地看待你的阻抗应该如何接近理想值。

一根同轴线和一个50MHz的正弦发生器

让我们通过一个例子来研究什么是VSWR。假设你把你的1000英尺长的50欧姆同轴电缆切成20英尺长的段。现在将一端连接到图2中所示的电路中。在图2中，图1中的开关和电池已经被一个50欧姆的电阻和一个产生正弦波的信号源所取代。

图一

图二

我们还将假设系统的 "50欧姆 "是完美的，因为它的行为始终是一个没有寄生电感或电容元素的电阻。我们将把同轴电缆的另一端空置，将正弦波源频率设置为50 MHz。虽然几乎任何频率都可以工作，但50 MHz是测试大多数同轴电缆的最优频率。

此时，我们的图2电路正在向 "50欧姆 "同轴电缆的一端提供50MHz的正弦波，而另一端没有连接，会发生什么呢？

正弦波第一次应用于电缆时，就像我们的电流脉冲一样，开始向电缆的开口端 "传播"。当正弦波到达电缆末端时，它完全 "反射"，转过身来，直接回到信号源（此时的信号源代表整个信号发生电路，即信号振荡器与50欧姆电阻）上。

一旦进入信号源内部，它就会以热量的形式 "消散"在信号源内部的50欧电阻中，也许这很难让人相信，但这是事实。

现在我们重复同样的实验，只是将同轴电缆的另一端短路。同样，我们将看到正弦波的完全反射和反射波在发生器内部50欧姆内的总耗散（与上述OPEN情况相比会有相位反转）。

因此，如果电缆端开路或短路，我们都会得到应用正弦波的总反射，这被定义为 "无穷大到1 "的VSWR。现在我们在同轴线的末端连接一个 "完美 "的50欧姆电阻。在这种情况下，我们已经以其特性阻抗终止了电缆。应用的正弦波将在这个终端中完全消散，实现零反射。我们已经骗过了正弦波；它认为我们的终端只是一条"无限 "的电缆。

完美端接的条件是可以获得最低的VSWR，定义为1比1或通常写成1:1。同轴电缆终端的VSWR为1:1，意味着它完全等于特性阻抗时，我们将从这个终端获得零反射。

当海浪撞击垂直的海壁时，也会出现类似的现象。任何目睹过这种事件的人都会记得，看到海浪涌来，撞到墙上，一个新的海浪就诞生了，再传回海里。撞上合适的渐变海滩的波浪却会消散，很少或没有反射波。你可以说，渐变海滩具有海洋上典型表面波的特征阻抗。

反射系数、回波损耗和失配损耗

反射系数

与此密切相关的一个参数是反射系数（reflection coefficient）。这个参数不仅记录了反射波的大小，还记录了它与源波的角度。因为反射系数测量的是反射的幅度和角度，所以它是矢量测量。而VSWR只测量幅度，因此是标量测量。如果反射系数已知，VSWR就可以计算出来，见下文中的表格。该表还显示了如何计算其他参量。

回波损耗

回波损耗(RL，Reflection Loss)是衡量从负载或终端反射功率的大小。终端或负载越接近 "理想 "特性阻抗，反射功率越低。它以入射功率为基准，以dB表示，通常为负值，表明反射功率低于负载吸收功率。同样，如果RL是已知的，VSWR也可以计算出来，通常低于-15dB的RL被认为是可以接受的。

失配损耗

失配损耗(ML, Mismatch Loss)表示当信号(正弦波)穿过特性阻抗的明显变化时损失的功率。由于没有一个连接器系统是完美的，因此每个连接处都会有一定的ML。

将75欧姆的终端连接到50欧姆的电缆上

假设你在50欧姆的系统上工作，你需要端接一根开放的同轴电缆，以防止不必要的反射。然而你口袋里只有75欧姆类型的终端，如果你恰好能将它们连接起来，那么此时会发生什么？

首先，75欧姆是非常接近50欧姆的，如果你使用下表的公式，你将计算出1.5:1的VSWR。因为我们的终端并不完全是50欧姆，所以一些正弦波或信号会被反射回信号发生器，但不会太多。

1.5:1的VSWR是相当可观的，如果你计算反射功率，你会发现它很小，几乎比应用功率低了14dB！许多市售的分立射频放大器（MMICS）几乎没有达到或比1.5:1的VSWR更差。

卫星电视中频电缆运行

下面是另一个真实的例子，说明如何在特性阻抗的 "规则 "上作弊：

卫星电视系统通常在LNA /块下变频器（LNB）后使用75欧姆的同轴电缆。在此安装中，LNB和中频解码器之间需要50英尺长的同轴线。我们希望使用轻巧的50欧姆小同轴线，而不是较重的大直径75欧姆同轴线。这对系统性能有什么影响，或者更准确地说，50欧姆到75欧姆的同轴失配对系统的净影响是什么？下面的表1总结了这个例子和上面讨论的计算结果。

从上表中我们可以看到，失配损耗小于0.2dB。同样重要的是，在这种情况下，中频解码器接收到的信号已经被降频到一个更低的频率，并在LNB块中 "前期 "有很多增益。这个增益有两个作用，一是在LNB处设置系统的噪声系数，二是对下游反射进行隔离。

最终的效果是，即使由于失配损耗而损失了一些功率，我们也有足够的功率从接收链中的高增益放大器的前部备用。至于反射信号，LNB的高隔离度可以保护系统不受不利因素的影响。

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