[發明專利]阻抗匹配情況確定方法和設備

有效

• 申請號: 201010288621.6
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN102412855A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 熊軍;李裕國;孫華榮;張連棟;王新生;房治國;于繼龍
• 申請（專利權）人: 大唐移動通信設備有限公司
• 主分類號: H04B1/18
• 分類號: H04B1/18;H04L25/49;H03F1/32
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 劉松

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其涉及一種阻抗匹配情況確定方法和設備。

背景技術

在移動通信系統無線信號輸出末端，只有射頻口與天線輸入口的阻抗完全匹配，才能達到最大功率傳輸，這在高頻更重要。發射機、傳輸電纜(即饋線)、天線阻抗都關系到功率的傳輸。駐波比就是表示饋線與天線的阻抗匹配情況。

射頻口與天線輸入口的阻抗不匹配時，發射機發射的電波將有一部分反射回來，在饋線中產生反射波，反射波到達發射機，最終產生為熱量消耗掉。接收時，也會因為不匹配，造成接收信號不好。

在一個傳輸鏈路中，當相反方向同時傳輸兩個同頻率的信號時，測試時得到的是一個疊加信號，由于兩個信號的方向相反，導致疊加信號不再沿某一方向傳輸，稱此信號為駐波。

如圖1所示，在射頻口與天線輸入口的阻抗完全匹配時，將不產生反射波，這樣，在饋線里各點的電壓振幅是恒定的。不匹配時，前進波(即入射波)與反射波以相反方向傳輸，在饋線里產生圖2所示的電壓波形，將駐留在饋線里的電壓波形叫做駐波。

駐波比(Voltage?Standing?Wave?Ratio，VSWR)的計算方法如下：

VSWR＝Umax/Umin；

Umax＝Uf+Ub；Umin＝Uf-Ub；

其中，Uf為前進波的電壓峰值，Ub為反射波的電壓峰值。

回波損耗(Return?Loss，RL)和駐波比是描述同一事物的兩種參數。回波損耗和駐波比相反，RL越大越好。理論上，信號在同阻抗傳輸鏈路中100％通過，當遇到阻抗變化時，部分信號被反射回來，這部分損耗稱為回波損耗，如圖2所示。

回波損耗有以下三種計算方式：

第一種，最常用的計算方式是按照如下公式通過信號功率計算：

RL＝10?lg?P(in)/P(back)；

其中，P(in)為前進波的功率峰值，P(back)為反射波的功率峰值。

第二種，通過測試電壓值的變化按照如下公式計算：

RL＝20?lg?U(in)/U(back)；

其中，U(in)為前進波的電壓峰值，U(back)為反射波的電壓峰值。

第三種，通過阻抗值的變化按照如下公式計算：

RL＝20?lg|(Za+Zi)/(Za-Zi)|；

其中，Za為輸出阻抗，Zi為輸入阻抗。

從上面的公式看出來RL的值越大越好。與回波損耗相反，駐波比的值越小越好。

如果知道VSWR就可以按照如下公式得到RL：

RL＝20?lg(VSWR+1)/(VSWR-1)；

同樣的，如果知道RL也可以計算得到VSWR。RL、VSWR、行波系數等的關系如下：

駐波比VSWR＝電壓最大值/電壓最小值＝Umax/Umin；

行波系數K＝電壓最小值/電壓最大值＝Umin/Umax＝(入射波振幅-反射波振幅)/(反射波振幅+入射波振幅)；

反射系數T＝反射波振幅/入射波振幅＝(Z1-Z0)/(Z1+Z0)；其中Z0為傳輸線特性阻抗，Z1為負載阻抗

回波損耗RL＝-20LOG(1/|T|)＝20LOG(|(Z1+Z0)/(Z1-Z0)|；

VSWR＝(1+|T|)/(1-|T|)＝(入射波振幅+反射波振幅)/(入射波振幅-反射波振幅)。

在射頻(RF)中阻抗匹配是很重要的，一般用反射系數、行波系數、駐波比和回波損耗四個參數來衡量匹配狀況，四個參數之間有固定的數值關系。通常用的較多的是駐波比和回波損耗。下文主要使用VSWR來描述RF中的阻抗匹配情況。

過多的反射功率會降低系統效率，增加設備負荷。被反射的能量越多，發射出去的能量就越少，如下表所示，但小量的反射是可以接受的。