Koks yra nuolatinės įtampos bangų santykis? Kaip apskaičiuoti VSWR?
„VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) - tai tai, kaip efektyviai radijo dažnio energija perduodama iš maitinimo šaltinio per perdavimo liniją į apkrovą (pavyzdžiui, iš galios stiprintuvo per perdavimo liniją, į anteną). ). " Tai yra VSWR koncepcija. Daugiau apie VSWR, tokius kaip įtakingi VSWR veiksniai, poveikis perdavimo sistemai, skirtumas su SWR ir kt. Šiame straipsnyje galite išsamiai paaiškinti.
Remiantis „Wikipedia“, nuolatinės bangos santykis (SWR) apibrėžiamas taip:
"impedanso apkrovos suderinimo su perdavimo linijos ar bangolaidžio būdingąja impedancija matas. Dėl impedanso neatitikimų perdavimo linijoje susidaro stovinčios bangos, o SWR apibrėžiamas kaip dalinės stovinčios bangos amplitudės antinode (maksimalus) ir amplitudė mazge (mažiausia) išilgai tiesės. "
SWR paprastai matuojamas naudojant specialų instrumentą, vadinamą an SWR matuoklis. Kadangi SWR yra apkrovos impedanso matas, palyginti su naudojamos perdavimo linijos būdingąja impedancija (kurie kartu nustato atspindžio koeficientą, kaip aprašyta toliau), pateiktas SWR matuoklis matomą impedanciją gali interpretuoti SWR tik tuo atveju, jei jis buvo suprojektuoti tam tikrai būdingai varžai. Praktiškai dauguma šiose programose naudojamų perdavimo linijų yra koaksialiniai kabeliai, kurių varža yra 50 arba 75 omų, todėl dauguma SWR skaitiklių atitinka vieną iš jų.
SWR patikrinimas yra standartinė procedūra radijo stotyje. Nors tą pačią informaciją būtų galima gauti išmatavus apkrovos varžą impedanso analizatoriumi (arba „impedansiniu tiltu“), SWR matuoklis yra paprastesnis ir tvirtesnis šiam tikslui. Matuojant impedanso neatitikimo dydį siųstuvo išėjime, jis atskleidžia problemas, kylančias dėl antenos arba perdavimo linijos.
Beje, jei manote, kad niekada neteko patirti nuolatinės bangos, tai labai mažai tikėtina. Stovinčios bangos mikrobangų krosnelėje yra priežastis, kodėl maistas gaminamas netolygiai (patefonas yra dalinis šios problemos sprendimas). 2.45 GHz signalo bangos ilgis yra apie 12 centimetrų arba apie penkis colius. Radiacijos (ir kaitinimo) nuliai bus atskirti atstumu, panašiu į bangos ilgį.
Atspindėjimo koeficientas yra a parametras tai apibūdina, kiek elektromagnetinės bangos atsispindi impedanso pertraukimas perdavimo terpėje, lygus atspindėtos bangos amplitudės ir krintančios bangos santykiui. Atspindžio koeficientas yra labai naudinga kokybė nustatant VSWR arba tiriant, pavyzdžiui, tiektuvo ir krovinio atitiktį. Graikų raidė Γ paprastai naudojama atspindėjimo koeficientui, nors σ taip pat dažnai matoma.
Atspindžio koeficientas
Naudojant pagrindinį atspindžio koeficiento apibrėžimą, jį galima apskaičiuoti iš žinių įvykis ir atspindėta įtampa.
Grįžti praradimas yra signalo galios praradimas dėl signalo atspindėjimo arba grįžimo dėl optinio pluošto ryšio ar perdavimo linijos nutrūkimo, o jo išraiškos vienetas taip pat yra decibelais (dBs). Šis impedanso neatitikimas gali būti įtaisas, įterptas į liniją, arba su galine apkrova. Be to, grįžtamasis nuostolis yra santykis tarp atspindžio koeficiento (Γ) ir stovinčios bangos santykio (SWR), ir visada yra teigiamas skaičius, o dideli grįžtamieji nuostoliai yra palankus matavimo parametras, ir jis paprastai koreliuoja su mažu įterpimu. nuostoliai. Beje, jei padidinsite grąžos nuostolius, tai koreliuos su mažesniu SWR.
Signalo praradimas, kuris atsiranda išilgai šviesolaidžio jungties, vadinamas įterpimo praradimu. Tačiau įterpimo praradimas yra natūralus įvykis, atsirandantis perduodant bet kokio tipo transliacijas, nesvarbu, ar tai būtų duomenys, ar elektriniai. Be to, kaip yra iš esmės su visomis fizinėmis perdavimo linijomis ar laidžiaisiais keliais, tuo ilgesnis kelias, tuo didesni nuostoliai. Be to, šie nuostoliai taip pat atsiranda kiekviename jungties taške išilgai linijos, įskaitant jungtis ir jungtis. Šis konkretus matavimo parametras išreiškiamas decibelais ir visada turėtų būti teigiamas skaičius. Tačiau tai nereiškia, kad tai ne visada ir jei atsitiktinai jis yra neigiamas, tai nėra palankus matavimo parametras. Kai kuriais atvejais įterpimo nuostoliai gali būti rodomi kaip neigiamas parametrų matavimas.
Grąžinimo nuostolis ir įterpimo nuostolis
Taigi dabar panagrinėkime aukščiau pateiktą schemą, kad galėtume geriau suprasti, kaip sąveikauja įterpimo ir grįžimo nuostoliai. Kaip matote, krintanti energija perdavimo linija eina iš kairės, kol pasiekia komponentą. Kai jis pasiekia komponentą, dalis signalo atsispindi perdavimo linijoje link šaltinio, iš kurio jis atsirado. Be to, nepamirškite, kad ši signalo dalis nepatenka į komponentą.
Likusi signalo dalis iš tikrųjų patenka į komponentą. Ten dalis jo absorbuojama, o likusi dalis per komponentą patenka į perdavimo liniją kitoje pusėje. Iš komponento išeinanti galia vadinama perduota galia, ir ji yra mažesnė už incidento galią dėl dviejų priežasčių:
① Dalis signalo atsispindi.
② Komponentas sugeria dalį signalo.
Taigi, apibendrinant, įterpimo nuostolius išreiškiame decibelais, tai yra krintančios galios ir perduotos galios santykis. Be to, galime apibendrinti tą grįžtamąjį nuostolį, kurį taip pat išreiškiame decibelais - kritimo galios ir atspindėtosios galios santykį. Todėl galime pamatyti, kaip dviejų tipų nuostolių matavimo parametrai padeda tiksliai įvertinti bendrą išmatuojamo signalo ir komponento efektyvumą sistemoje arba kelyje.
Šiandienos elektronikos praktikoje grįžtamieji nuostoliai yra geriau nei SWR, nes jie suteikia geresnę skiriamąją gebą mažesnėms atspindėtų bangų vertėms.
3) Kas yra impedencijos atitikimas
Impedanso atitikimas yra projektavimo šaltinis ir apkrovos varžos sumažinti signalo atspindį arba maksimaliai padidinti energijos perdavimą. Nuolatinės srovės grandinėse šaltinis ir apkrova turėtų būti vienodi. Kintamosios srovės grandinėse šaltinis turėtų būti arba lygus apkrovai, arba kompleksiniam apkrovos konjugatui, atsižvelgiant į tikslą. Varža (Z) yra priešpriešos elektriniam srautui matas, kuris yra sudėtinga reikšmė, kai tikroji dalis apibrėžiama kaip varža (R), o įsivaizduojama dalis vadinama reaktyvumu (X). Tada impedanso lygtis pagal apibrėžimą yra Z = R + jX, kur j yra įsivaizduojamas vienetas. Nuolatinės srovės sistemose reaktyvumas yra lygus nuliui, taigi varža yra tokia pati kaip varža.
3. Kas yra VSWR (nuolatinės įtampos bangų santykis)
1) Ką reiškia VSWR
Įtampos nuolatinės bangos santykis (VSWR) yra neatitikimo dydžio nuoroda tarp antenos ir prie jos jungiančios maitinimo linijos. (Spustelėkite čia išsirinkti mūsų antenos gaminius). Tai taip pat žinoma kaip „Standing Wave Ratio“ (SWR). VSWR reikšmių diapazonas yra nuo 1 iki ∞. Atsižvelgiama į VSWR reikšmę, mažesnę nei 2 tinkamas daugumai antenos programų. Anteną galima apibūdinti kaip „Gerai derančią“. Taigi, kai kas nors sako, kad antena yra prastai suderinta, labai dažnai tai reiškia, kad VSWR vertė viršija 2 pagal dominantį dažnį. Grąžinimo nuostolis yra dar viena svarbi specifikacija, kuri išsamiau aprašyta skyriuje „Antenos teorija“. Dažniausiai reikalinga konversija tarp grąžos nuostolių ir VSWR, o kai kurios vertės pateikiamos diagramoje kartu su šių verčių grafiku, kad būtų galima greitai sužinoti.
Paimkime greitą vaizdo įrašą apie VSWR!
2) Veiksniai Įtakoja VSWR
· Dažnis
· Antenos žemė
· Netoliese esantys metaliniai daiktai
· Antenos konstrukcijos tipas
· temperatūra
3) SWR, palyginti su VSWR, palyginti su ISWR, palyginti su PSWR
SWR yra sąvoka, ty nuolatinės bangos santykis. VSWR iš tikrųjų yra tai, kaip jūs atliekate matavimą, matuodami įtampas, kad nustatytumėte SWR. Taip pat galite išmatuoti SWR matuodami sroves ar net galią (ISWR ir PSWR). Tačiau dažniausiai, kai kas nors sako SWR, jie turi omenyje VSWR, bendro pokalbio metu jie gali būti keičiami.
· SWR: SWR reiškia stovinčios bangos santykį. Jis apibūdina įtampos ir srovės stovėjimo bangas, kurios atsiranda tiesėje. Tai yra bendras srovės ir įtampos stovinčių bangų apibūdinimas. Jis dažnai naudojamas kartu su skaitikliais, naudojamais stovinčios bangos santykiui nustatyti. Tiek srovė, tiek įtampa kyla ir krinta ta pačia proporcija dėl tam tikro neatitikimo. · VSWR: VSWR arba nuolatinės įtampos bangos santykis konkrečiai taikomas įtampos stovėjimo bangoms, kurios yra nustatytos ant tiektuvo ar perdavimo linijos. Kadangi lengviau aptikti įtampos stovinčias bangas, o daugeliu atvejų įtampa yra svarbesnė prietaiso gedimo atžvilgiu, dažnai vartojamas terminas VSWR, ypač RF projektavimo srityse.
Praktiniais tikslais ISWR yra tas pats, kas VSWR. Idealiomis sąlygomis radijo dažnio įtampa ant signalo perdavimo linijos yra vienoda visuose linijos taškuose, neatsižvelgiant į galios nuostolius, kuriuos sukelia elektros varža linijos laiduose ir dielektrinės medžiagos, skiriančios linijos laidininkus, trūkumai. Todėl idealus VSWR yra 1: 1. (Dažnai SWR reikšmė rašoma tiesiog pagal santykio pirmąjį skaičių arba skaitiklį, nes antrasis skaičius arba vardiklis visada yra 1.) Kai VSWR yra 1, ISWR taip pat yra 1. Ši optimali sąlyga gali būti egzistuoja tik tada, kai apkrovos (pvz., antenos ar belaidžio imtuvo), į kurią tiekiama radijo dažnio energija, impedancija yra identiška perdavimo linijos impedancijai. Tai reiškia, kad apkrovos varža turi būti tokia pati kaip būdinga perdavimo linijos varža, o apkrovoje neturi būti reaktyvumo (tai yra, apkrova turi būti be induktyvumo ar talpos). Bet kurioje kitoje situacijoje įtampa ir srovė svyruoja įvairiuose linijos taškuose, o SWR nėra 1.
Yra daug būdų, kuriais VSWR veikia perdavimo sistemos ar bet kurios sistemos, kuri gali naudoti radijo dažnius ir identiškas varžas, veikimą. Nors VSWR naudojamas paprastai, tiek įtampos, tiek srovės bangos gali sukelti problemų.
· Galima sugadinti siųstuvo galios stiprintuvus: Padidėjęs įtampos ir srovės lygis, matomas ant tiektuvo dėl stovinčių bangų, gali sugadinti siųstuvo išvesties tranzistorius. Puslaidininkiniai įtaisai yra labai patikimi, jei jie veikia nustatytose ribose, tačiau tiektuvo įtampos ir srovės nuolatinės bangos gali sukelti katastrofišką žalą, jei jos sukeltų įrenginį veikti už jų ribų.
· PA apsauga sumažina išėjimo galią: Atsižvelgiant į realų pavojų, kad aukštas SWR lygis gali pakenkti galios stiprintuvui, daugelis siųstuvų turi apsaugos grandines, kurios sumažina siųstuvo išvestį kylant SWR. Tai reiškia, kad prasta tiektuvo ir antenos atitiktis lems aukštą SWR, dėl kurio sumažės išvestis ir dėl to žymiai sumažės perduodama galia.
· Aukštos įtampos ir srovės lygis gali sugadinti tiektuvą: Gali būti, kad aukšta nuolatinės bangos santykio sukelta aukšta įtampa ir srovė gali pakenkti tiektuvui. Nors daugeliu atvejų tiektuvai bus tinkamai eksploatuojami neviršijant jų ribų, o įtampos ir srovės padvigubėjimą turėtų būti įmanoma sutvarkyti, kai kuriais atvejais gali būti padaryta žala. Dėl dabartinių maksimumų gali atsirasti per didelis vietinis šildymas, kuris gali iškraipyti ar ištirpdyti naudojamus plastikus, ir žinoma, kad aukšta įtampa tam tikromis aplinkybėmis gali sukelti lanką.
· Vėlavimai, kuriuos sukelia atspindžiai, gali iškraipyti: Kai signalas atsispindi dėl neatitikimo, jis atsispindi atgal į šaltinį ir gali vėl atsispindėti antenos link. Įvedamas uždelsimas, lygus dvigubam signalo perdavimo laikui tiektuve. Jei duomenys perduodami, tai gali sukelti skirtingų simbolių trukdžius, o kitame pavyzdyje, kai buvo transliuojama analoginė televizija, buvo matomas „vaiduoklio“ vaizdas.
· Signalo sumažinimas, palyginti su puikiai suderinama sistema: Įdomu tai, kad signalo lygio praradimas dėl prasto VSWR nėra toks didelis, kaip kai kurie gali įsivaizduoti. Bet koks apkrovos atspindėtas signalas atsispindi atgal į siųstuvą ir kadangi suderinimas prie siųstuvo gali vėl leisti signalą atspindėti atgal į anteną, patiriami nuostoliai iš esmės yra tiekėjai. Kaip orientyras, 30 metrų ilgio RG213 įkalbinėjimas, kurio nuostolis yra apie 1.5 dB, esant 30 MHz dažniui, reikš, kad antena, veikianti su VSWR, tokiu dažniu praranda tik šiek tiek daugiau nei 1 dB, palyginti su puikiai suderinta antena.
Nuolatinių bangų santykiui matuoti galima naudoti daug skirtingų metodų. Labiausiai intuityvus metodas naudoja išilginę liniją kuri yra perdavimo linijos atkarpa su atviru lizdu, leidžiančiu zondui aptikti tikrąją įtampą įvairiuose linijos taškuose. Taigi didžiausias ir mažiausias vertes galima tiesiogiai palyginti. Šis metodas naudojamas esant VHF ir aukštesniems dažniams. Žemesniais dažniais tokios linijos yra nepraktiškai ilgos. Kryptinės jungtys gali būti naudojamos aukštu dažniu per mikrobangų dažnius. Kai kurios jų yra ketvirtadalio ar ilgesnės bangos, todėl jų naudojimas apsiriboja aukštesniais dažniais. Kiti krypčių sukabintuvų tipai ima srovę ir įtampą viename perdavimo kelio taške ir matematiškai juos sujungia taip, kad atspindėtų viena kryptimi tekančią galią. Paprastame SWR / galios matuoklio, naudojamo mėgėjų veikloje, tipe gali būti dvikryptė jungtis. Kiti tipai naudoja vieną movą, kurią galima pasukti 180 laipsnių, kad būtų imama galia, tekanti bet kuria kryptimi. Tokio tipo vienkryptės jungtys yra prieinamos daugeliui dažnių diapazonų ir galios lygių ir su atitinkamomis naudojamo analoginio matuoklio jungties vertėmis.
Pjovimo linija
SWR apskaičiuoti gali būti naudojama priekinė ir atspindėta galia, išmatuota kryptinėmis movomis. Skaičiavimai gali būti atliekami matematiškai analogine ar skaitmenine forma arba naudojant grafinius metodus, įmontuotus į skaitiklį kaip papildomą skalę, arba skaitant iš susikirtimo taško tarp dviejų to paties skaitiklio adatų.
Pirmiau išvardyti matavimo prietaisai gali būti naudojami „vienoje linijoje“, tai yra, visa siųstuvo galia gali praeiti per matavimo prietaisą, kad būtų galima nuolat stebėti SWR. Kiti prietaisai, tokie kaip tinklo analizatoriai, mažos galios krypties jungtys ir antenos tiltai, naudoja matavimui mažą galią ir turi būti prijungti vietoje siųstuvo. Tiltinės grandinės gali būti naudojamos tiesiogiai matuoti tikrosioms ir įsivaizduojamoms apkrovos varžos dalims ir naudoti tas vertes SWR gauti. Šie metodai gali suteikti daugiau informacijos nei tik SWR, arba tiesioginę ir atspindėtą galią. Autonominiai antenos analizatoriai naudoja įvairius matavimo metodus ir gali rodyti SWR ir kitus parametrus, pateiktus pagal dažnį. Naudojant krypties movas ir tiltą kartu, galima pagaminti linijinį instrumentą, kuris nuskaitomas tiesiogiai sudėtine varža arba SWR. Taip pat yra atskirų antenų analizatorių, kurie matuoja kelis parametrus.
Galios matuoklis
PASTABA: Jei jūsų SWR rodmuo yra mažesnis nei 1, turite problemų. Jums gali būti blogas SWR matuoklis, kažkas negerai dėl jūsų antenos ar antenos jungties arba galbūt sugadintas ar sugedęs radijas.
Kai perduodama banga pasiekia tokią ribą kaip riba tarp nuostolingos perdavimo linijos ir apkrovos (1 pav.), Dalis energijos bus perduota apkrovai, o kita - atspindėta. Atspindžio koeficientas susieja gaunamas ir atspindimas bangas kaip:
Γ = V.-/V+ (1 ekv.)
Kur V- yra atspindėta banga, o V + - įeinanti banga. VSWR yra susijęs su įtampos atspindžio koeficiento dydžiu (Γ):
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (2 ekv.)
1 paveikslas. Perdavimo linijos grandinė, iliustruojanti impedanso neatitikimo ribą tarp perdavimo linijos ir apkrovos. Atspindžiai vyksta ties designated nurodyta riba. Krintanti banga yra V +, o atspindinti - V-.
VSWR galima matuoti tiesiogiai SWR matuokliu. RF bandymo priemonė, tokia kaip vektorių tinklo analizatorius (VNA), gali būti naudojama įvesties prievado (S11) ir išvesties prievado (S22) atspindžio koeficientams matuoti. S11 ir S22 yra lygiaverčiai equivalent atitinkamai įvesties ir išvesties prievaduose. VNA su matematikos režimais taip pat gali tiesiogiai apskaičiuoti ir parodyti gaunamą VSWR vertę.
Grąžinimo nuostoliai įvesties ir išvesties prievaduose gali būti apskaičiuojami pagal atspindžio koeficientą S11 arba S22 taip:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (ekv. 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (ekv. 4)
Atspindimo koeficientas apskaičiuojamas pagal būdingą perdavimo linijos varžą ir apkrovos varžą:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (5 ekv.)
Kur ZL yra apkrovos varža, o ZO - būdinga perdavimo linijos varža (1 pav.).
VSWR taip pat gali būti išreikštas ZL ir ZO. Pakeisdami 5 lygtį į 2 lygtį, gauname:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Skirta ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Todėl:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (7 ekv.)
Aukščiau pažymėjome, kad VSWR yra specifikacija, pateikta santykiu 1, kaip pavyzdys 1.5: 1. Yra du ypatingi VSWR atvejai: ∞: 1 ir 1: 1. Begalybės santykis su vienu atsiranda tada, kai apkrova yra atvira grandinė. 1: 1 santykis atsiranda, kai apkrova puikiai suderinama su perdavimo linijos būdingąja varža.
VSWR apibrėžiamas kaip stovinčioji banga, kuri kyla pačioje perdavimo linijoje:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (8 ekv.)
Kur VMAX yra didžiausia amplitudė, o VMIN yra mažiausia stovinčiosios bangos amplitudė. Dviejomis superjuodinamomis bangomis maksimalus pasiekiamas konstruktyviai trukdant tarp įeinančių ir atspindėtų bangų. Taigi:
VMAX = V + + V- (ekv. 9)
maksimaliam konstruktyviam trukdžiui. Minimali amplitudė atsiranda su dekonstrukciniais trukdžiais arba:
VMIN = V + - V- (ekv. 10)
9 ir 10 lygtis pakeičiant 8 lygties išeiga
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (11 ekv.)
Elektros bangai keliaujant per skirtingas antenos sistemos dalis (imtuvą, tiekimo liniją, anteną, laisvą erdvę), ji gali susidurti su impedansų skirtumais. Kiekvienoje sąsajoje tam tikra bangos energijos dalis atsispindės šaltinyje, formuodama pastovią bangą tiekimo linijoje. Bangos metu galima išmatuoti didžiausios galios ir minimalios galios santykį ir vadinamas nuolatinės įtampos bangos santykiu (VSWR). VSWR, mažesnis nei 1.5: 1, yra idealus variantas, VSWR 2: 1 laikomas nežymiai priimtinu mažos galios programose, kur galios nuostoliai yra kritiškesni, nors 6: 1 aukščio VSWR vis tiek gali būti tinkamas naudoti įranga. Tik tuo atveju, jei jums nerūpi matematinės lygtys, pateikiame nedidelę „cheat sheet“ lentelę, kuri padės suprasti VSWR koreliaciją su atspindėtos galios procentais, kuris grįš.
VSWR
Grąžinta valdžia
(apytiksliai)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. Kas sukelia aukštą VSWR?
Jei VSWR yra per didelis, gali būti, kad atgal į galios stiprintuvą atsispindi per daug energijos, o tai gali pakenkti vidinei grandinei. Idealioje sistemoje VSWR būtų 1: 1. Aukšto VSWR įvertinimo priežastys gali būti netinkamos apkrovos naudojimas arba kažkas nežinoma, pavyzdžiui, pažeista perdavimo linija.
