电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）是用于描述电路阻抗失配程度的参数。

差的VSWR可能引起RF电路中的许多问题。

VSWR引起的最坏情况是RF/微波高功率放大器（HPA）的永久性损坏，这通常被称为VSWR故障
什么是电压驻波比（VSWR）？
传输在线的电压和电流由特定的比率联系在一起，该比率关系就是通常所
说的特征阻抗（Z
O
）。

如果信号源加在阻抗大小为特征阻抗的负载上，那么所有资用功率均施加到该负载上。

传输在线的任何失配会使负载阻抗发生变化，从而引起传输在线的反射电流和电压，由此产生了驻波。

入射波和反射波发生相长干
涉和相消干涉，导致了图1中示出的最大值（V
max ）和最小值（V
min
）。

电压驻波
比即是描述该失配的参数，被定义为V
max 和V
min
的比值V
max
/V
min。

高VSWR的影响
理想的阻抗匹配（VSWR=1:1）可以使功率无损传输，而严重的阻抗失配（高VSWR）将导致传输到负载的功率减少。

高VSWR可能引起多种系统问题，其中对VSWR最为敏感的组件是功率放大器，一般在天线之前。

高VSWR可能造成无线电装置的工作范围缩小、发射信号使接收部分饱和、或者使无线电装置过热。

更为严重的影响是损坏发射机并且击穿传输电介质。

由于天线上反射回的信号在功率放大器处再次反射，然后重新发射出去，导致了类似多径现象，因此高VSWR可能引起电视广播系统的遮蔽衰落。

使用定向耦合器和RF对数检波器检测VSWR定向耦合器
如式（1）和图1所示，当已知反射系数时，可以计算VSWR。

因此接下来的问题是如何检测反射系数。

图2所示安置在电源和负载之间的定向耦合器，用于
对负载的入射波和反射波进行隔离和采样，由于定向性，反射系数等于入射波与反射波的比值，如式（2）所示。

因此，通过定向耦合器和检波器，可以检测出反射波和入射波，以得到反射系数。

检波器的选择
在对入射信号和反射信号进行采样和隔离之后，需要检测这两个信号的幅度，这需要两个检波器。

通过考虑测量准确度和检测范围随温度的变化，以确定最佳的检测方法。

检测方法的准确度将决定VSWR测量的准确度。

由于两个通道之间的耦合，特别是两个通道在功率电位差异很大时，用于检测入射波和反射波的输出准确度将下降。

这意味着在选择检波器时，隔离度是一个主要的标准。

该隔离标准有两重含义，即两个RF通道输入之间的隔离度以及从一个RF通道的输入到另一RF 通道输出的隔离度。

使用网络分析仪可以容易地测量两个输入之间的隔离度，但是输入-输出的隔离度更加重要。

测量输入-输出的隔离度的方法是，增加一个通道上的功率电位准，直至使另一通道的功率测量准确度变化1 dB（在其动态范围内且较低的功率电位准下执行该操作），两个功率电位准之间的差即是输入-输出的隔离度。

使用不同标称值的耦合器和衰减器以调整检波器输入功率电位准，并最小化两通道间的功率差异，以便于减少耦合。

PC电路板上的耦合同样会影响隔离度，在对电路板进行布局时应注意RF输入的相互隔离。

入射信号的检测范围等于发送器的输出功率范围，但是反射信号的检测范围应该更大些。

反射功率电位准的范围是从非常小的信号电位准（功率放大器和天线之间的阻抗匹配良好），到入射信号的最大信号电位准（在传输在线存在开路或短路），这要求检波器具有大动态范围。

对数放大器检波器
对数减法等效于除法，由此可以简单地执行信号除法这一复杂的数学计算，这是选择对数放大器检测VSWR的主要原因。

对于使用对数放大器测量VSWR来说，差动输出的准确度是最为关心的参数，这要求两个检波器应位于同一芯片上（因为单芯片的检波器随温度和制程的漂移往往是相同的）。

而且对数放大器的动态范围大于其它类型的检波器。

所有这些因素表明，对于VSWR应用，最佳的检测方法是使用一个双路的对数放大器，具有宽广动态范围和高准确度，且不易随温度变化。

除了差动输出之外，还应当获得独立的对数放大器的输出，这是因为大部分RF设计工程师使用该信息确定其发送链路的输出功率。

ADI公司的ADL5519是一款高性能的双信道对数检波器，它提供两个通道独立的输出，并且还可以是两个通道的差动输出。

如图3所示，ADL5519能够提供从低频到8 GHz的54 dB 的动态范围，随温度漂移在+/-0.5dB 内，是用于检测入射波和反射波，并同时控制输出功率的理想的解决方案。

如图4和图5所示，ADL5519具有优异的输入-输入和输入-输出通道隔离指针（>30 dB），是双信道RF系统的理想选择。

在
不需要独立的对数输出，但要了解入射信号和反射信号之间的相位变化的情况的应用，可以使用ADI公司的AD8302。

VSWR保护
防止出现破坏性的高VSWR保护放大器的方法有很多种。

在输出功率较高的情况下，高VSWR通常会造成严重的影响，因此保护电路的目的是降低输出功率，使放大器工作在安全模式。

这里所提出的VSWR检测方法与放大器的架构无关，主要取决于放大器的功率控制机制。

某些功率放大器有内部调节功率功能，但是许多其它的放大器使用外部电压控制功率（如数字控制功率）。

对于由外部电压控制的情况，当VSWR大于预定的参考指标时，可以调节引脚上的电压。

所提出的保护方案应能弹性地设置参考值，这在选择放大器时更为方便。

实验室中搭建的原型电路
这一VSWR保护机制用于在严重失配的条件下保护GSM的功放。

定向耦合器和双通道检波器用于检测反射系数。

当VSWR大于安全极限时，保护电路触发，通过改变其功率控制引脚上的电压来调节放大器的输出功率。

如图6所示，VSWR检测电路由一个定向耦合器、一个双通道对数检波器和一个箝位电路构成。

HPA和负载之间的定向耦合器将入射波和反射波的采样结果耦合到耦合埠和反射埠，然后将其馈送到双通道对数检波器，如ADL5519或
AD8302。

在900 MHz频段具有30 dB耦合因子和大于15 dB方向性的定向耦合器使耦合信号和反射信号处于检波器的检测范围内。

定向耦合器反射埠的功率（P D）与VSWR成正比，被馈送到检波器的一个输
入通道。

而耦合埠的功率（P
C
）与VSWR无关，被馈送到另一输入通道。

如式（3）
所示，双通道对数检波器计算这两个信号的对数减法结果，获得差动输出V
DIFF
，其与反射系数成正比，而反射系数等于反射信号和耦合信号的比。

上式对于具有高方向性（>40 dB）的耦合器是成立的。

如果方向性较低，则测得的VDIFF输出将是VSWR相位的函数。

15 dB的方向性已足够用于区别1.5和3.0的VSWR，而不必担心VSWR的相位。

当对数检测器的差动输出（V DIFF）的增加量等于预先设定的电压（V REF）时，运算放大器的箝位电路触发，指示高VSWR条件。

一旦检测到高VSWR条件，则通
过HPA的功率控制电压端口（V
APC
），降低HPA功率以使其进入安全工作模式。

在确定V
REF 时，应考虑功率放大器的P
OUT
vs. V
APC
特性。

在这个电路模型里，VREF
被设定在检测到VSWR大于1.5时触发箝位电路。

如图7所示，在VSWR>4 ，P OUT=34.5 dBm，Freq=900 MHz的条件下，被试验的GSM功率放大器彻底损坏。

而在相似的工作条件下，采用所提出的电路，在VSWR>15的条件下，GSM功率放大器仍然能正常工作，如图8所示。

结论
VSWR是RF电路设计中的一个重要参数，特别是在设计功率放大器和天线之间的接口时。

双通道对数检波器是用于精确测量VSWR的最佳组件。

使用定向耦合器和高性能双信道RF对数检波器实现了VSWR的检测和保护。

原型电路的测试结果显示，该电路能够在严重的失配条件下保护功率放大器。