电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）是用于描绘电路阻抗失配程度的参数。差的VSWR或许引起RF电路中的许多问题。VSWR引起的最坏状况是RF/微波高功率放大器（HPA）的永久性损坏，这一般被称为VSWR毛病。因而，维护HPA避免呈现VSWR毛病是极为重要的。本文提出了一种解决计划，它运用定向耦合器和高性能RF对数放大器检测VSWR参数，避免VSWR毛病，以维护HPA。本文对VSWR检测和维护计划的原型电路进行了规划和测验，选用这个计划，以往在VSWR 》 4:1的条件下就产生毛病的HPA，在VSWR 》 15:1的条件下仍能正常作业。
电压驻波比（VSWR）
传输线上的电压和电流由特定的比率联络在一起，该比率联系便是一般所说的特征阻抗（ZO）。假如信号源加在阻抗巨细为特征阻抗的负载上，那么一切资用功率均施加到该负载上。传输线上的任何失配会使负载阻抗产生改动，然后引起传输线上的反射电流和电压，由此产生了驻波。入射波和反射波产生相长干与和相消干与，导致了图1中示出的最大值（Vmax）和最小值（Vmin）。电压驻波比便是描绘该失配的参数，被界说为Vmax和Vmin的比值Vmax/Vmin。
抱负的阻抗匹配（VSWR=1:1）可以使功率无损传输，而严峻的阻抗失配（高VSWR）将导致传输到负载的功率削减。高VSWR或许引起多种体系问题，其间对VSWR最为灵敏的器材是功率放大器，一般在天线之前。高VSWR或许形成无线电设备的作业规模缩小、发射信号使接纳部分饱满、或许使无线电设备过热。更为严峻的影响是损坏发射机而且击穿传输电介质。由于天线上反射回的信号在功率放大器处再次反射，然后从头发射出去，导致了类似多径现象，因而高VSWR或许引起电视广播体系的遮盖式微。
运用定向耦合器和RF对数检波器检测VSWR
定向耦合器
图1 失配条件下的传输线上的驻波是由入射波和反射波叠加而成的。
如式1和图1所示，当已知反射系数时，可以核算VSWR。因而接下来的问题是怎么检测反射系数。图2所示安顿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阻隔和采样，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。因而，经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。
图2： 定向耦合器使失配负载的入射和反射功率阻隔而且对其进行采样。
检波器的挑选
在对入射信号和反射信号进行采样和阻隔之后，需求检测这两个信号的起伏，这需求两个检波器。经过考虑丈量精度和检测规模随温度的改动，以确认最佳的检测办法。
检测办法的精度将决议VSWR丈量的精度。由于两个通道之间的耦合，特别是两个通道在功率电平差异很大时，用于检测入射波和反射波的输出精度将下降。这意味着在挑选检波器时，阻隔度是一个首要的规范。该阻隔规范有两重意义，即两个RF通道输入之间的阻隔度以及从一个RF通道的输入到另一RF通道输出的阻隔度。运用网络分析仪可以容易地丈量两个输入之间的阻隔度，可是输入-输出的阻隔度愈加重要。丈量输入-输出的阻隔度的办法是，添加一个通道上的功率电平，直至使另一通道的功率丈量精度改动1 dB（在其动态规模内且较低的功率电平下履行该操作），两个功率电平之间的差便是输入-输出的阻隔度。运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平，并最小化两通道间的功率差异，以便于削减耦合。PC电路板上的耦合同样会影响阻隔度，在对电路板进行布局时应留意RF输入的彼此阻隔。
入射信号的检测规模等于发送器的输出功率规模，可是反射信号的检测规模应该更大些。反射功率电平的规模是从十分小的信号电平（功率放大器和天线之间的阻抗匹配杰出），到入射信号的最大信号电平（在传输线上存在开路或短路），这要求检波器具有大动态规模。
对数放大器检波器
对数减法等效于除法，由此可以简略地履行信号除法这一杂乱的数学核算，这是挑选对数放大器检测VSWR的首要原因。关于运用对数放大器丈量VSWR来说，差分输出的精度是最为关怀的参数，这要求两个检波器应坐落同一芯片上（由于单芯片的检波器随温度和工艺的漂移往往是相同的）。而且对数放大器的动态规模大于其它类型的检波器。一切这些要素标明，关于VSWR运用，最佳的检测办法是运用一个双路的对数放大器，具有宽动态规模和高精度，且不易随温度改动。
除了差分输出之外，还应当取得独立的对数放大器的输出，这是由于大部分RF规划工程师运用该信息确认其发送链路的输出功率。ADI公司的ADL5519是一款高性能的双通道对数检波器，它供给两个通道独立的输出，而且还可以是两个通道的差分输出。如图3所示，ADL5519可以供给从低频到8 GHz的54 dB的动态规模，随温度漂移在+/-0.5dB 内，是用于检测入射波和反射波，并一起操控输出功率的抱负的解决计划。如图4和图5所示，ADL5519具有优异的输入-输入和输入-输出通道阻隔目标（》30 dB），是双通道RF体系的抱负挑选。在不需求独立的对数输出时，可以运用ADI公司的AD8302。
VSWR维护
避免呈现破坏性的高VSWR维护放大器的办法有很多种。在输出功率较高的状况下，高VSWR一般会形成严峻的影响，因而维护电路的意图是下降输出功率，使放大器作业于安全形式。这儿所提出的VSWR检测办法与放大器的架构无关，首要取决于放大器的功率操控机制。
图3 ADL5519具有±1dB规模内的对数一致性@900MHz，随温度的漂移《0.5dB
图4 ADL5519 ：从一个RF通道的输入到另一RF通道的输出的阻隔度
图5 ADL5519：从一个RF通道的输入到另一RF通道的输出的阻隔度
许多其它的放大器运用外部电压操控功率（如数字操控功率）。关于由外部电压操控的状况，当VSWR大于预订的参阅目标时，可以调理引脚上的电压。所提出的维护计划应能灵敏的设置参阅值，这在挑选放大器时更为便利。
实验室中建立的原型电路
这一VSWR维护机制用于在严峻失配的条件下维护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，维护电路触发，经过改动其功率操控引脚上的电压来调理放大器的输出功率。
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成果耦合到耦合端口和反射端口，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规模内。
图6 VSWR检测和维护电路设备运用定向耦合器和双通道对数检波器（如ADL5519或AD8302）
定向耦合器反射端口的功率（PD）与VSWR成正比，被馈送到检波器的一个输入通道。而耦合端口的功率（PC）与VSWR无关，被馈送到另一输入通道。如式3所示，双通道对数检波器核算这两个信号的对数减法成果，取得差分输出VDIFF，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。
上式关于具有高方向性（》40 dB）的耦合器是建立的。假如方向性较低，则测得的VDIFF输出将是VSWR相位的函数。15 dB的方向性已满足用于差异1.5和3.0的VSWR，而不用忧虑VSWR的相位。
当对数检测器的差分输出（VDIFF）的添加量等于预先设定的电压（VREF）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，则经过HPA的功率操控电压端口（VAPC），下降HPA功率以使其进入安全作业形式。在确认VREF时，应考虑功率放大器的POUT vs. VAPC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。
图7 GSM功率放大器@900MHz在VSWR》4的条件下产生毛病。
图8 选用所提出的维护计划，GSM功率放大器@900MHz在VSWR》15的条件下依然正常作业。
如图7所示，在VSWR》4 ，POUT=34.5 dBm，Freq=900 MHz的条件下，被实验的GSM功率放大器完全损坏。而在类似的作业条件下，选用所提出的电路，在VSWR》15的条件下，GSM功率放大器依然能正常作业，如图8所示。
结语
VSWR是RF电路规划中的一个重要参数，特别是在规划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准确丈量VSWR的最佳器材。运用定向耦合器和高性能双通道RF对数检波器完成了VSWR的检测和维护。原型电路的测验成果标明，该电路可以在严峻的失配条件下维护功率放大器。
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