Kui suur on püsiva laine suhe? Kuidas arvutada VSWR?
"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) on mõõde selle kohta, kui tõhusalt edastatakse raadiosageduslikku energiat jõuallikast ülekandeliini kaudu koormusesse (näiteks võimsusvõimendist ülekandeliini kaudu antenni). ). " See on VSWR mõiste. Lisateave VSWR-i kohta, näiteks VSWR-i mõjutegurid, mõju ülekandesüsteemile, erinevus SWR-iga jne. See artikkel võib anda teile üksikasjaliku selgituse.
Vikipeedia andmetel on püstlaine suhe (SWR) määratletud järgmiselt:
"koormuse impedantsi vastavusmõõt ülekandeliini või lainejuhi iseloomulikule impedantsile. Takistuse mittevastavuse tagajärjel tekivad piki ülekandeliini seisvad lained ja SWR on määratletud kui osalise seisulaine amplituudi suhe antinoodil (maksimaalne) amplituud piki joont sõlmes (minimaalne). "
Terastrossid mõõdetakse tavaliselt spetsiaalse instrumendi abil SWR-arvesti. Kuna SWR on koormuse impedantsi mõõt kasutatava ülekandeliini iseloomuliku impedantsi suhtes (mis koos määravad peegeldusteguri, nagu allpool kirjeldatud), saab antud SWR-arvesti tõlgendada tema poolt kuvatavat impedantsi kaabli abil ainult siis, kui see on on kavandatud selle konkreetse iseloomuliku impedantsi jaoks. Praktikas on enamikus nendes rakendustes kasutatavatest ülekandeliinidest koaksiaalkaabel, mille takistus on kas 50 või 75 oomi, seega enamik terastrosside arvesteid vastab ühele neist.
SWR-i kontrollimine on raadiojaamas tavapärane protseduur. Ehkki sama teavet oleks võimalik saada koormuse impedantsi mõõtmisega impedantsanalüsaatoriga (või "impedantssillaga"), on SWR-arvest selleks otstarbeks lihtsam ja vastupidavam. Mõõtes impedantsi mittevastavuse suurust saatja väljundis, näitab see probleeme, mis on tingitud kas antennist või ülekandeliinist.
Muide, kui arvate, et pole kunagi püsilainet isiklikult kogenud, on see väga ebatõenäoline. Mikrolaineahjus seisvad lained on põhjus, miks toitu küpsetatakse ebaühtlaselt (plaadimängija on selle probleemi osaline lahendus). 2.45 GHz signaali lainepikkus on umbes 12 sentimeetrit ehk umbes viis tolli. Kiirguse (ja kuumutamise) tühimikud eraldatakse lainepikkusega sarnasel kaugusel.
2. Terastrosside ja -kaablite olulised parameetrinäitajad
1) Mis on peegeldustegur
Peegeldustegur on a parameeter see kirjeldab, kui suure osa elektromagnetlainest peegeldab impedantsi katkestus ülekandekeskkonnas, mis võrdub peegeldunud laine amplituudi ja langeva laine suhtega. Peegeldustegur on VSWR määramisel või näiteks sööturi ja koorma vastavuse uurimisel väga kasulik omadus. Peegeldustegurina kasutatakse tavaliselt kreeka tähte Γ, kuigi sageli on näha ka σ.
Peegeldustegur
Kasutades peegeldusteguri põhimääratlust, saab selle arvutada teadmiste põhjal juhtum ja peegeldunud pinged.
kus:
Γ = peegeldustegur
Vref = peegeldunud pinge
Vfwd = ettepoole suunatud pinge
2) Tagastuskadu ja taastekadu
Tagasi kaotus on signaali võimsuse kadu signaali peegeldumise või tagasilöögi tõttu katkendliku toimega kiudoptilises ühenduses või ülekandeliinis, samuti on selle väljendusühik detsibellides (dB). See impedantsi mittevastavus võib olla liinile sisestatud seadme või lõppkoormusega. Pealegi on tagasivoolukadu suhe nii peegeldusteguri (Γ) kui ka püstlaine suhte (SWR) vahel ja on alati positiivne arv ning suur tagasivoolukadu on soodne mõõteparameeter ja see on tavaliselt korrelatsioonis madala sisestusega kaotus. Muide, kui suurendate tagastuskadu, on see korrelatsioonis madalama terastrossiga.
Signaali kaotus, mis toimub kiudoptilise lingi pikkuses, nimetatakse sisestamise kaotuseks. Sisestuskadu on aga loomulik nähtus, mis esineb igat tüüpi ülekannete puhul, olgu see siis andmete või elektriline. Pealegi, nagu see on põhimõtteliselt kõigi füüsiliste ülekandeliinide või juhtivate radade puhul, mida pikem on tee, seda suurem on kaotus. Veelgi enam, need kaod tekivad ka igas liini ühenduspunktis, kaasa arvatud ühendused ja pistikud. See konkreetne mõõteparameeter on väljendatud detsibellides ja see peaks alati olema positiivne arv. Kuid see ei tohiks alati tähendada ja kui see on juhuslikult negatiivne, ei ole see soodne mõõteparameeter. Mõnel juhul võib sisestamise kadu ilmneda parameetri negatiivse mõõtmena.
Tagastuskadu ja sisestuskadu
Uurime nüüd ülaltoodud skeemi üksikasjalikult, et saaksime paremini mõista, kuidas sisestuskaotuse ja tagasitulekukaotuse vastastikune mõju on. Nagu näete, liigub langev jõud ülekandeliini mööda vasakult allapoole, kuni jõuab komponendini. Kui see jõuab komponendini, peegeldub osa signaalist tagasi ülekandeliini allika suunas, kust see tuli. Samuti pidage meeles, et see signaali osa ei sisene komponenti.
Ülejäänud signaal siseneb tõepoolest komponenti. Seal imendub osa sellest ja ülejäänu läbib komponendi teisel pool asuvasse ülekandeliini. Komponendist väljuvat võimsust nimetatakse ülekantavaks võimsuseksja see on vahejuhtumi võimsusest väiksem kahel põhjusel:
① Osa signaalist peegeldub.
② Komponent neelab osa signaalist.
Niisiis, kokkuvõtvalt väljendame sisestuskadu detsibellides ja see on langeva võimsuse ja ülekantava võimsuse suhe. Lisaks võime kokku võtta selle tagasivoolukadu, mida me väljendame detsibellides ka langeva võimsuse ja peegeldunud võimsuse suhtega. Seetõttu näeme, kuidas kahte tüüpi kadude mõõtmise parameetrid aitavad täpselt mõõta mõõdetava signaali ja komponendi üldist efektiivsust süsteemis või läbisõiduteel.
Tänapäeva elektroonikapraktikas on eelistatavam tagasilanguse kadu terastrosside asemel, kuna see tagab peegelduvate lainete väiksemate väärtuste korral parema eraldusvõime.
3) Mis on impedentsuse sobitamine
Takistuse vastavus on allika kujundamine ja koormustakistused signaali peegeldumise minimeerimiseks või jõuülekande maksimeerimiseks. Alalisvooluahelates peaksid allikas ja koormus olema võrdsed. Vahelduvvooluahelates peaks allikas olenevalt eesmärgist kas koormuse võrdne või koormuse kompleksne konjugaat. Takistus (Z) on elektrivoolule vastandumise mõõde, mis on keeruline väärtus, kus tegelik osa on määratletud kui takistus (R), ja kujuteldavat osa nimetatakse reaktantsiks (X). Impedantsi võrrand on siis definitsiooni järgi Z = R + jX, kus j on kujuteldav ühik. Alalisvoolusüsteemides on reaktants null, mistõttu takistus on sama kui takistus.
Pinge püsilainete suhe (VSWR) on viide mittevastavuse suurusele antenni ja sellega ühendatava toitetoru vahel. (Klõpsake nuppu siin meie antennitoodete valimiseks). Seda tuntakse ka kui püsiva laine suhet (SWR). VSWR väärtuste vahemik on 1 kuni to. Arvesse võetakse VSWR väärtus alla 2 sobiv enamiku antennirakenduste jaoks. Antenni võib kirjeldada kui “Hea vaste”. Nii et kui keegi ütleb, et antenn on halvasti sobitatud, tähendab see sageli, et VSWR väärtus ületab huvipakkuva sageduse väärtust 2. Tagastuskadu on veel üks huvi spetsifikatsioon ja seda käsitletakse üksikasjalikumalt jaotises Antenna teooria. Tavaliselt nõutav teisendamine on tagasipöördumiskaotuse ja VSWR vahel ning mõned väärtused on tabelis toodud tabelina koos nende väärtuste graafikuga kiireks tutvumiseks.
Võtame kiire ülevaate videost VSWR-i kohta!
2) Faktorid Mõjutab VSWR-i
· Sagedus
· Antenni maandus
· Lähedal asuvad metallesemed
· Antenni konstruktsiooni tüüp
· Temperatuur
3) SWR vs VSWR vs ISWR vs PSWR
SWR on mõiste, st püsilaine suhe. VSWR on tegelikult see, kuidas te mõõtmist teostate, mõõtes pingeid SWR määramiseks. Samuti saate mõõta kaablit, mõõtes voolu või isegi võimsust (ISWR ja PSWR). Kuid enamiku kavatsuste ja eesmärkide saavutamiseks on kui SWR-i all mõeldakse VSWR-i, on nad ühises vestluses omavahel vahetatavad.
· Terastrosside: SWR tähistab seisulainete suhet. See kirjeldab pingel ja voolul seisvaid laineid, mis liinil ilmuvad. See on nii voolu kui ka pinge seisulainete üldine kirjeldus. Seda kasutatakse sageli koos seisvate lainete suhte tuvastamiseks kasutatavate arvestitega. Nii voolu kui ka pinge tõus ja langus antud mittevastavuse korral sama proportsiooniga. · VSWR: VSWR ehk pinge seisulainete suhe kehtib konkreetselt toiteallikale või ülekandeliinile püstitatud püstlaine lainete suhtes. Kuna seisvaid pingelaineid on lihtsam tuvastada ja paljudel juhtudel on seadmete lagunemise seisukohast olulisemad pinged, kasutatakse sageli terminit VSWR, eriti raadiosagedusala projekteerimispiirkondades.
Enamikul praktilistel eesmärkidel on ISWR sama mis VSWR. Ideaalsetes tingimustes on signaali ülekandeliini RF-pinge kõigis liini punktides ühesugune, jättes tähelepanuta voolukatsed, mis on põhjustatud liini juhtmete elektritakistusest ja liinijuhte eraldava dielektrilise materjali puudustest. Ideaalne VSWR on seega 1: 1. (Sageli kirjutatakse SWR-väärtus lihtsalt suhte esimese numbri või lugejana, kuna teine number või nimetaja on alati 1.) Kui VSWR on 1, on ISWR ka 1. See optimaalne tingimus võib eksisteerivad ainult siis, kui koormusel (näiteks antennil või traadita vastuvõtjal), millesse RF-toiteallikas tarnitakse, on impedants, mis on identne ülekandeliini impedantsiga. See tähendab, et koormustakistus peab olema sama kui ülekandeliini iseloomulik takistus ja koormus ei tohi sisaldada reaktanssi (see tähendab, et koormusel ei tohi olla induktiivsust ega mahtuvust). Igas muus olukorras kõikuvad pinge ja vool joone erinevates punktides, ja terastrossid ei ole 1.
On palju viise, kuidas VSWR mõjutab ülekandesüsteemi või mis tahes süsteemi, mis võib kasutada raadiosagedusi ja identseid takistusi, jõudlust. Kuigi VSWR-i kasutatakse tavapäraselt, võivad probleeme tekitada nii pinge- kui ka voolulained.
· Saatja võimsusvõimendid võivad olla kahjustatud: Seisulainete mõjul sööturil suurenenud pinge ja vool võivad kahjustada saatja väljundtransistoreid. Pooljuhtseadmed on väga usaldusväärsed, kui neid kasutatakse nende kindlaksmääratud piirides, kuid toiteallika pinge ja voolu seisulained võivad katastroofilisi kahjustusi põhjustada, kui need põhjustavad seadme töötamist väljaspool nende piire.
· PA kaitse vähendab väljundvõimsust: Arvestades väga tugevat SWR-taseme ohtu, mis võib võimendit kahjustada, sisaldavad paljud saatjad kaitselülitusi, mis vähendavad saatja väljundit, kui SWR tõuseb. See tähendab, et sööturi ja antenni halb vastavus toob kaasa kõrge traadita kaabli, mis põhjustab väljundi vähenemise ja seega märkimisväärse ülekandevõimsuse kadu.
· Kõrge pinge ja voolutugevus võivad sööturit kahjustada: Võimalik, et kõrge püstlaine suhtest tingitud kõrge pinge ja voolutase võivad sööturit kahjustada. Ehkki enamikul juhtudel töötavad sööturid nende piirides hästi ning pinge ja voolu kahekordistamine peaks olema võimalik, on kahju tekitamiseks mõned asjaolud. Praegune maksimum võib põhjustada liigset kohalikku kuumutamist, mis võib kasutatavaid plastikuid moonutada või sulatada, ning teadaolevalt põhjustavad kõrged pinged kaarjõudu.
· Peegeldustest põhjustatud viivitused võivad põhjustada moonutusi: Kui signaal peegeldub mittevastavuses, peegeldub see tagasi allika suunas ja seejärel antenni suunas. Sisestatakse viivitus, mis võrdub signaali ülekandeaja kahekordse pikendusega mööda sööturit. Andmete edastamise korral võib see põhjustada sümbolitevahelisi häireid ja teises näites, kus edastati analoogtelevisiooni, nähti "kummitus" pilti.
· Signaali vähenemine võrreldes täiesti sobiva süsteemiga: Huvitav on see, et halva VSWR-i poolt põhjustatud signaali taseme kaotus pole kaugeltki nii suur, kui mõned võivad ette kujutada. Kõik koormuse peegeldunud signaalid peegelduvad tagasi saatjale ja kuna saatjaga sobitamine võimaldab signaali uuesti antenni peegeldada, tekivad kahjud põhimõtteliselt sööturi poolt tekitatud kahjud. Juhisena tähendab 30 meetri pikkune RG213 koaksiaalkaader 1.5 MHz juures umbes 30 dB kaotusega, et VSWR-iga töötav antenn annab sellel sagedusel ainult veidi üle 1dB kaotuse võrreldes ideaalselt sobitatud antenniga.
Püsilainete suhte mõõtmiseks saab kasutada paljusid erinevaid meetodeid. Kõige intuitiivsem meetod kasutab pilujoont mis on avatud pesaga ülekandeliini osa, mis võimaldab sondil tuvastada tegelikku pinget joone erinevates punktides. Seega saab maksimum- ja miinimumväärtusi otse võrrelda. Seda meetodit kasutatakse VHF ja kõrgematel sagedustel. Madalamatel sagedustel on sellised jooned ebapraktiliselt pikad. Suunatud haakeseadiseid saab kõrgtasemel kasutada mikrolainesageduste kaudu. Mõni on veerandlaine või pikem, mis piirab nende kasutamist kõrgematele sagedustele. Muud tüüpi suundühendused võtavad voolu ja pinge ülekandetee ühes punktis kokku ja ühendavad need matemaatiliselt nii, et see kujutaks ühes suunas voolavat võimsust. Harrastajate töös kasutatav levinud kaablitüüp / võimsusmõõtur võib sisaldada kahesuunalist sidurit. Teistes tüüpides kasutatakse ühte sidestit, mida saab pöörata 180 kraadi, et proovida mõlemas suunas voolavat võimsust. Seda tüüpi ühesuunalised sidestid on saadaval paljude sagedusvahemike ja võimsustasemete jaoks ning kasutatava analoogmõõturi jaoks sobivate sidestusväärtustega.
Pilujoon
Suundühenduste abil mõõdetud ettepoole suunatud ja peegelduvat võimsust saab kasutada terastrosside arvutamiseks. Arvutusi saab teha matemaatiliselt analoog- või digitaalsel kujul või arvesti sisseehitatud graafiliste meetodite abil täiendava skaalana või lugedes kahe arvesti kahe nõela vahelisest ristumiskohast.
Eespool nimetatud mõõtevahendeid saab kasutada "reas", see tähendab, et saatja täielik võimsus võib läbida mõõteseadme, et võimaldada terastrosside pidevat jälgimist. Muud instrumendid, näiteks võrguanalüsaatorid, väikese võimsusega suunaliidesed ja antennisillad, kasutavad mõõtmiseks väikest võimsust ja peavad olema ühendatud saatja asemele. Sildlülitusi saab kasutada koormuse impedantsi tegelike ja kujuteldavate osade otseseks mõõtmiseks ning nende väärtuste kasutamiseks terastrosside tuletamiseks. Need meetodid võivad anda rohkem teavet kui ainult juhtmed või edasiliikuv ja peegelduv jõud. Eraldi antennianalüsaatorid kasutavad erinevaid mõõtmismeetodeid ja suudavad kuvada SWR-i ja muid parameetreid, mis on joonistatud sageduse järgi. Suunassidurite ja silla kombinatsiooni abil on võimalik valmistada liiniinstrument, mis loeb otse keerulise impedantsi või kaabli abil. Saadaval on ka eraldiseisvad antennanalüsaatorid, mis mõõdavad mitut parameetrit.
Võimsusemõõtja
MÄRKUS: Kui teie SWR-i näit on alla 1, on teil probleem. Võimalik, et teil on vale SWR-meeter, antennis või antenniühenduses on midagi valesti või raadio võib olla vigane või defektne.
Kui edastatav laine jõuab piirini, näiteks kadudeta ülekandeliini ja koorma vahele (joonis 1), kandub osa energiat koormusse ja osa peegeldub. Peegelduskoefitsient seob sissetulevaid ja peegelduvaid laineid järgmiselt:
Γ = V-/V+ (Võrdne 1)
Kus V- on peegeldunud laine ja V + on sissetulev laine. VSWR on seotud pingepeegeldusteguri (Γ) suurusega järgmiselt:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Võrdne 2)
Joonis 1. Ülekandeliini vooluahel, mis illustreerib ülekandeliini ja koormuse impedantsi mittevastavuse piiri. Peegeldused toimuvad by tähistatud piiril. Langev laine on V + ja peegeldav laine V-.
VSWR-i saab mõõta otse SWR-mõõturiga. Sisendpordi (S11) ja väljundpordi (S22) peegelduskoefitsientide mõõtmiseks võib kasutada raadiosageduslikku testimisinstrumenti, näiteks vektorvõrgu analüsaatorit (VNA). S11 ja S22 on samaväärsed sisend- ja väljundpordi equivalent-ga. Matemaatikurežiimidega VNA-d saavad ka saadud VSWR väärtuse otse arvutada ja kuvada.
Sisend- ja väljundporti tagasitulekukadu saab peegeldusteguri S11 või S22 abil arvutada järgmiselt:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (ekv. 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (ekv. 4)
Peegelduskoefitsient arvutatakse ülekandeliini iseloomuliku takistuse ja koormustakistuse põhjal järgmiselt:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (ekv. 5)
Kus ZL on koormuse takistus ja ZO on ülekandeliini iseloomulik takistus (joonis 1).
VSWR võib väljendada ka ZL ja ZO. Asendades võrrandi 5 võrrandiga 2, saame:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Kui ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Seetõttu:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Ekv. 7)
Eespool märkisime, et VSWR on spetsifikatsioon, mis on antud suhtena 1 suhtes, näiteks 1.5: 1. VSWR-i on kaks erijuhtu, ∞: 1 ja 1: 1. Lõpmatuse suhe ühele ilmneb siis, kui koormus on avatud vooluringis. Suhe 1: 1 tekib siis, kui koormus on ideaalselt sobitatud ülekandeliini iseloomuliku impedantsiga.
VSWR määratletakse seisulainest, mis tekib ülekandeliinis endas:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Ekv. 8)
Kus VMAX on maksimaalne amplituud ja VMIN on seisva laine minimaalne amplituud. Kahe ülilainelaine korral toimub maksimum sisenevate ja peegelduvate lainete konstruktiivsete häirete korral. Seega:
VMAX = V + + V- (võrdne 9)
maksimaalse konstruktiivse sekkumise jaoks. Minimaalne amplituud tekib dekonstruktiivse häirega või:
VMIN = V + - V- (ekv. 10)
Võrrandite 9 ja 10 asendamine võrranditega 8 annab saagise
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (võrdne 11)
Kui elektrilaine liigub läbi antennisüsteemi erinevate osade (vastuvõtja, etteande liin, antenn, vaba ruum), võib see takistada impedantside erinevusi. Igas liideses peegeldub mingi osa laine energiast tagasi allikani, moodustades toiteliinis alalise laine. Laines saab mõõta maksimaalse võimsuse ja minimaalse võimsuse suhet ning seda nimetatakse pinge püsilaine suhteks (VSWR). VSWR alla 1.5: 1 on ideaalne, VSWR 2: 1 peetakse marginaalselt vastuvõetavaks väikese võimsusega rakendustes, kus võimsuskadu on kriitilisem, kuigi 6: 1 suurune VSWR võib siiski olla paremal kasutatav seadmed. Igaks juhuks, kui te ei hooli matemaatilistest võrranditest, on siin väike tabel, et aidata mõista VSWR-i korrelatsiooni peegelduva võimsuse protsendiga, mis naaseb.
VSWR
Tagastatud võim
(ligikaudne)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. Mis põhjustab kõrge VSWR-i?
Kui VSWR on liiga kõrge, võib potentsiaalselt võimendisse tagasi peegelduda liiga palju energiat, mis kahjustab sisemist vooluahelat. Ideaalsüsteemis oleks VSWR 1: 1. Kõrge VSWR reiting võib olla vale koormuse kasutamine või midagi tundmatut, näiteks kahjustatud ülekandeliin.
