LOGO

SWR 的藝術 -- 駐波比 1:1 值得嗎?

No.31   1995 Aug   p56~59,   by 林茂榮 / BV5OC, P.O. Box 575 Changhua



    如果你碰到一位剛接觸無線電沒多久,卻又很喜歡無線電的仁兄,我保證遲早他一定會提出這樣的問題來:我天線的駐波比值真糟糕。於是你就會問,到底怎麼糟糕法,他說前幾天架設好時,駐波比值是 1.1:1 以下,駐波比錶的指針幾乎是不動的;但是今天我發現,駐波比值已經升上來了,有時是 1.3,有時是 1.4,在某些情況下,還升得更高。

    於是問題又來了,他對駐波比值升高,終日耿耿於懷,最後一定又是豎起梯子,爬到天線塔上調整一番,或者是辛苦地把天線降下,照著安裝時學到的經驗,依樣畫葫蘆調整,結果回到操作台上,再測試看看,駐波比值卻升到 1.8;這樣他當然是很不滿意,於是上上下下好幾回,調整了老半天,最後終於降到 1:1,這當然是個好結局,付出的心力,也有好的回應,問題是,值得這樣做嗎?


讀取駐波比值的意義

    沒錯,實際上駐波比錶是可以給你許許多多有關天線系統的訊息,但是駐波比錶提供給你的,並不是全面性的,而是片面的;如果你沒有注意某些測量陷阱的話,駐波比錶甚至會給你扭曲的數據。因此,正確的觀念,應該是把駐波比錶,看成是一個能提供參考數據的有用工具。所以使用駐波比錶測得的結果,頂多只能吸引你的好奇,不論好的或是壞的,引用完全不懂無線電的孔老夫子一句話:是好之必察焉,是惡之必察焉。

    駐波比錶量得的駐波比值一定要心存懷疑,千萬別以為 1:1 的駐波比值,天線系統一定是沒問題,更不要以為駐波比值很差,就不管三七二十一,馬上採取行動,調整起天線來;總之,行動或是放心之前,一定要先平心靜氣的思考,因為你要確定,當你看著駐波比錶指針讀數時,是不是你也看到了整個天線系統。


彈來彈去的電波

    下午在家,清閒無比,已經很久沒有上機,而正好此時,心血來潮,可以上上機止止癢,手握麥克風,要壓這許久沒有動過的 PTT,倒也有那麼一點點興奮在,就在一剎那間,PTT 接觸,嘴裡發出語音的第一個字母出現,被轉換成射頻訊號,同時經由饋送線傳出去,當然這些動作是瞬間完成的,如果不是用想像出來的慢動作,根本很難抓住這一連串的動作。之後,訊號傳到饋送線的尾端,到了發射天線的饋送點。在傳送的過程中,有些能量在饋送線上轉變成熱,消耗掉了,但是大部分的能量,會抵達饋送線與天線之間的介面上。

    目前看來好像是一切無恙,但是一切看來奇怪的現象,則有如雨後春筍般。首先,饋送線與天線之間,好像是不能妥協,這主要的爭議,不在於尺寸大小或是接頭不同,可以說完全在於「阻抗」上,也就是說阻抗不匹配。當饋送線與天線的阻抗不一樣時,大部分的能量也是會由天線輻射出去,其餘的,則會被折射返回到發射機去。當被折回的訊號能量到了發射機後,奇怪的現象發生了,折返的訊號又被發射機反射出來,這些訊號到了天線的饋送線,同樣是大部分被天線吸收而輻射出去,小部份還是又被折回了。

    這些在發射機與天線之間的訊號一來一往,就像是以光速跑動的兵兵球,當發射機一直不斷產生訊號,來自發射機的訊號 (前向功率 FORWARD POWER),與來自折射的訊號 (反射功率 REFLECTED POWER) 相組合在一起,這是一種很複雜的電波組合,不像一粒蘋果加一粒蘋果等於兩粒蘋果那麼簡單,而是形成了所謂的駐波 (STANDING WAVES)。

    當你在發射機與天線之間的饋送線上,串入一駐波比錶,就可以測得這駐波,而駐波比值就是前向功率與反射功率的函數,也可以說是前向功率與反射功率的比值關係,這也就是你使用駐波比錶測得的數據,是 1.5:1 或 2:1。駐波比值越大,表示訊號折返回發射機的量越大。


冥頑不靈,只相信駐波比值對嗎?

    如果能夠擇善而固執,那是好事,然而有時不知不覺中,常常會陷入冥頑不靈的深淵。如果你一定要堅持駐波比值非要 1:1 不可,那麼這之中,一定會有許許多多的虛工,只是一片徒勞而已。下面就讓我們來看看這五個假定的例子,然後就可以看出來堅持駐波比值 1:1 的得失利弊在哪裡,這些例子當中所得到的結果,都是以標準的傳輸線公式計算出來的:


例子一:

    有一 40 公尺波段偶極天線,饋送線採用 RG-58,長度 15 公尺,以駐波比錶測得,饋送線輸入端駐波比值是 1.5:1,這也就是相當於你在駐波比錶得到的讀數。

    在這例子當中,訊號在這饋送線一來一往的損失,大約是 0.62dB,這表示訊號在這饋送線內的損失極輕微,因為這小於 1dB 的損失,任何人的耳朵或判斷力,根本無法區別出來這之間的差異。如果你很在意駐波比值的大小,花了極大的功夫跑上跑下,甚至爬上爬下來調整天線,弄了老半天,就算是最後駐波比值調到了 1:1,這時候,你除了得到有安慰效果外,沒有任何意義,這就很像是藥物實驗中,吃了安慰劑一樣。因為在這種情況下,駐波比值從 1.5:1 降到 1:1,實際只是把損失從 0.62dB 降到 0.57dB,其間只差了 0.05dB,想 想看,這 0.05dB 是否值得你放在心上,甚至賣力爬上爬下?


例子二:

    同例子一完全相同,有一只 40 公尺波段的偶極天線,饋送線採用 RG-58,長度 15 公尺,但是你要把這系統拿到 20 公尺波段來用。這時候,很難想像你的駐波比錶讀數會是 67:1,實際上大多數的駐波比錶,是無法很精確地讀到這麼高的駐波比值,同時,就算是使用天線調諧器,通常地無法把駐波比值拉下來,當駐波比值很高時,訊號在饋送線的損失量就會很大。

    在這個例子裡,訊號的損失達到 7dB,如果你發射機輸出的是 100 瓦,實際由天線輻射出去的,卻不到 25 瓦。


例子三:

    你決定如例子二所提的那樣,使用 40 公尺波段的偶極天線,在 20 公尺波段工作,這時候,你就必須把饋送線換下來,把 RG-58 同軸饋送線改成明線饋送線 (OPEN-WIRE LINE)。

    在這個例子當中,假設是改用了 450 歐姆的梯狀 (LADDER) 明線饋送線,因為明線饋送線與同軸饋送線的阻抗特性差別相當大,因此所表現出來的駐波比值也會不一樣,以前面例子二為例,使用同軸饋送線的駐波比值是 67:1,條件不變,換上了 450 歐姆的明線饋送線之後呢?駐波比值會降到 7.5:1 這駐波比值是不是比 67:1 好太多了呢?

    當然,7.5 還是稍嫌高了些,但是,這樣整體的訊號損失量卻降到 0.17dB,如果使用天線調諧器,來作為發射機與饋送線之間的匹配調諧,那麼要用 40 公尺波段天線當作 20 公尺波段使用,這困難自然會少多了,當然訊號損失量也會少很多。

    這裡要特別指出的是,所謂天線調諧器,本身就是命名錯誤,因為所謂的天線調諧器,根本無法調諧天線,要調諧天線只能從天線本身下手。

    實際上,天線調諧器只是一個共振體,或者說是饋送線與發射機之間的匹配器;所以,天線調諧器只是要讓接到發射機端的饋送線可以呈現出 50 歐姆阻抗,這可以和發射機之間得到匹配,這樣就會讓發射機「快樂」起來,而把所有功率都傾瀉出來。所以很多人都把天線調諧器叫做「匹配器」。

    其實,匹配器是一個比較實至名歸的稱呼。


例子四:

    再看看 2 公尺波段,假設有一 2 公尺波段的定向天線,使用 RG-58 饋送線,長度 30 公尺,不幸的是,天線也出了點問題,天線饋送點上的駐波比值高達 4:1。如果你想到的只是在高頻時,駐波比值要很高,RG-58 饋送線才會有很大的損失量,看完 2 公尺波段的情況再說。

    以剛剛的情況來說,在 RG-58 饋送線的訊號損失量可以高達 8.45dB,這就表示,如果你的發射機輸出功率是 50 瓦,那麼由天線輻射出去的還不到 6 瓦,不但發射效率很差,接收的訊號也不會好,因為不只發射訊號會有損失,接收訊號走相同的路徑,所以也會有相等 dB 量的損失。

    在這種情況下,發射機旁的駐波比錶可能會愚弄你,因為它已經無法反映出實際的天線系統狀況。實際情況是,當饋送線的損失量很大時,會掩蓋天線不匹配的情況,使得反映出來的數據比實際情況還好很多;像是上面的例子,天線饋送點的駐波比值是 4:1,但是這在發射機端測駐波比值時,讀數會是 1.7:1,這比實際低了很多。


例子五:

    我們保留著例子四的天線,但是把饋送線換下來,改用損失量比較低的饋送線,例如選用 BELDEN 9913 或是同類品,這樣換下來之後,天線饋送線點的駐波比值降下來到 1.5:1。30 公尺長的 9913 饋送線,損失量是 1.68dB,這樣就可以相信駐波比錶的讀數了,而發射機輸出的 50 瓦,也幾乎都可以被天線輻射出去。

    我相信一定有人會問,只要駐波比值降到 1.5:1 以下,就可以把 RG-58 饋送線換回來對不對,這個觀念就混淆了,因為 RG-58 饋送線,不管駐波比值多麼低,只要頻率一上升,訊號損失量便跟著大增;例如,30 公尺長的 RG-58 饋送線在 2 公尺波段訊號損失量,達到 6.58dB,這也就是為什麼在 V/UHF 波段不能採用 RG-58 饋送線的原因。


從上面例子可以學到什麼?

    上面五個例子當中,有個共通點,那就是:在饋送線上的訊號損失量大小,與選用的饋送線類別、饋送線長度、訊號頻率、天線系統的駐波比值大小有關。這些因素往往會交互作用。

    最重要的觀念是,駐波比值高起來,不要看成惡魔出現般。駐波比值當然有個底限,但是只要維持在不影響系統運作的情況下,高駐波比值並不一定會是壞事;比如,發射機與天線之間的饋送線,若是訊號損耗量低,高駐波比值是可以接受的。

    我們若是把上述問題誇張到極致,假設有一饋送線,長 3 公里,訊號幾乎沒有損失 (這可能要採用 25 公分直徑的饋送線,並且泡在低溫的液態氦裡)。饋送線的一端,是與發射機完全匹配的 50 歐姆,而另一端所接的天線,幾乎完全不匹配,我們假設工作頻率在 3.8MHz,它的駐波比值將會是 99999:1,這種看來極為荒唐的組合,動得了嗎?

    答案是:會的,完全可以正常工作,而且發射機輸出功率幾乎完全可以由這天線輻射出去。


什麼情況要注意駐波比值

    請回憶一下,我們剛剛談過的一來一回的駐波,由發射機輸出的功率,在發射機與天線之間來回跑動,饋送線既然幾乎沒有損耗,而發射機也幾乎可以折返所有功率,那麼這訊號就只有從天線端輻射出去一途了。所以,當你看到駐波比錶上的駐波比值很高時,應記得先仔細思考,不要一古腦兒就搬來梯子,往天線上爬;或是只顧埋首調整天線調諧器。

    什麼情況要注意駐波比值,或是什麼情況不需要注意駐波比值,下面有幾個原則:

  • 在高頻波段內,如果使用同軸饋送線,那麼只要駐波比值在 3:1 之內,那就不用擔心,如果饋送線不很長 (30 公尺內),那麼不管駐波比值是 3:1 或是 1:1,根本不值得大驚小怪,甚至可以不理它。如果使用低損失的饋送線,駐波比值甚至可以高到 5:1 都無所謂。

        如果因為駐波比值太大,造成發射機的輸出功率下降 (這是發射機的保護線路設計),那麼可以考慮安裝一部天線調諧器,把發射機的功率騙出來。

        如果發射功率超過 500 瓦,那最好是保持低的駐波比值,因為一旦駐波比值高起來,在高功率情況下,線上的饋送線本身、平衡非平衡轉換器 (BALUN)、濾波器、或者是天線調諧器,很容易受損。

  • 如果天線系統採用明線饋送線,並加裝天線調諧器,那麼就別理駐波比值的高低了,這時候,駐波比值高低對天線系統的意義不大,除非駐波比值是升到數千比一,否則就盡管享受通訊樂趣吧,只要記得利用天線調諧器,讓發射機得到完全的匹配就可以了。

  • 如果 V/UHF 波段內天線端的駐波比值高於 2:1,那麼就要小心了。因為就算是某些口碑很好的饋送線,只要駐波比值一高起來,在這頻率範圍內的損失量也會大起來,因此一定要設法把天線端的駐波比值降下來,務必要小於 2:1,此時絕對不要使用天線調諧器來降低駐波比值,這樣只是一種駝鳥心態,會讓你誤以為一切沒事,甚至是在美麗的天堂裡。

        天線調諧器雖然可以讓駐波比值讀數降為 1:1,但是,天線饋送端的情況並沒有改善,訊號在饋送線內來回幾趟,依然會有很大的損失量。

  • 如果沒有任何明顯的理由,突然間,天線系統的駐波比值升得很高或是降得很低,就要仔細的檢查一番,駐波比值小幅度擺動是正常的,例如下雨後、或是季節不同、或者是架設天線的附近環境改變,駐波比值是會稍微受影響的,但是大幅的差異,應該看成是一種警訊,這八成是天線出了問題,應該好好仔細檢查。 END



雜誌目錄 依順序 雜誌目錄 依主題分類