Τι είναι ο λόγος σταθερού κύματος τάσης; Πώς να υπολογίσετε το VSWR;
"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), είναι ένα μέτρο του πόσο αποτελεσματικά μεταδίδεται η ισχύς ραδιοσυχνοτήτων από μια πηγή ισχύος, μέσω μιας γραμμής μετάδοσης, σε ένα φορτίο (για παράδειγμα, από έναν ενισχυτή ισχύος μέσω μιας γραμμής μετάδοσης, σε μια κεραία )" Αυτή είναι η έννοια του VSWR. Περισσότερα για το VSWR, όπως οι παράγοντες που επηρεάζουν το VSWR, ο αντίκτυπος στο σύστημα μετάδοσης, η διαφορά με το SWR κ.λπ. Αυτό το άρθρο μπορεί να σας δώσει μια λεπτομερή εξήγηση.
Σύμφωνα με την Wikipedia, ο λόγος μόνιμου κύματος (SWR) ορίζεται ως:
"ένα μέτρο αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης των φορτίων με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση μιας γραμμής μετάδοσης ή ενός κυματοδηγού. Οι αναντιστοιχίες σύνθετης αντίστασης έχουν ως αποτέλεσμα στάσιμα κύματα κατά μήκος της γραμμής μετάδοσης και το SWR ορίζεται ως ο λόγος του πλάτους του μερικού στάσιμου κύματος σε έναν αντικόμβο (μέγιστο) προς το πλάτος σε έναν κόμβο (ελάχιστο) κατά μήκος της γραμμής."
Το SWR συνήθως μετράται χρησιμοποιώντας ένα ειδικό όργανο που ονομάζεται an Μετρητής SWR. Δεδομένου ότι το SWR είναι ένα μέτρο της σύνθετης αντίστασης φορτίου σε σχέση με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μεταφοράς που χρησιμοποιείται (που μαζί καθορίζουν τον συντελεστή ανάκλασης όπως περιγράφεται παρακάτω), ένας δεδομένος μετρητής SWR μπορεί να ερμηνεύσει την αντίσταση που βλέπει ως SWR μόνο εάν έχει έχει σχεδιαστεί για τη συγκεκριμένη χαρακτηριστική αντίσταση. Στην πράξη, οι περισσότερες γραμμές μεταφοράς που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις εφαρμογές είναι ομοαξονικό καλώδιο με σύνθετη αντίσταση είτε 50 είτε 75 ohms, επομένως οι περισσότεροι μετρητές SWR αντιστοιχούν σε ένα από αυτά.
Ο έλεγχος του SWR είναι μια τυπική διαδικασία σε έναν ραδιοφωνικό σταθμό. Αν και οι ίδιες πληροφορίες θα μπορούσαν να ληφθούν με τη μέτρηση της σύνθετης αντίστασης του φορτίου με έναν αναλυτή σύνθετης αντίστασης (ή "γέφυρα σύνθετης αντίστασης"), ο μετρητής SWR είναι απλούστερος και πιο ανθεκτικός για αυτόν τον σκοπό. Μετρώντας το μέγεθος της αναντιστοιχίας σύνθετης αντίστασης στην έξοδο του πομπού, αποκαλύπτονται προβλήματα είτε λόγω της κεραίας είτε της γραμμής μετάδοσης.
Παρεμπιπτόντως, αν νομίζετε ότι δεν έχετε βιώσει ποτέ στάσιμο κύμα προσωπικά, είναι πολύ απίθανο. Τα στάσιμα κύματα στο φούρνο μικροκυμάτων είναι ο λόγος που το φαγητό μαγειρεύεται ανομοιόμορφα (το πικάπ είναι μια μερική λύση σε αυτό το πρόβλημα). Το μήκος κύματος του σήματος των 2.45 GHz είναι περίπου 12 εκατοστά ή περίπου πέντε ίντσες. Τα μηδενικά στην ακτινοβολία (και στη θέρμανση) θα διαχωριστούν σε απόσταση παρόμοια με το μήκος κύματος.
Ο συντελεστής ανάκλασης είναι α παράμετρος που περιγράφει πόσο ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα ανακλάται από μια ασυνέχεια σύνθετης αντίστασης στο μέσο μετάδοσης, ίση με την αναλογία του πλάτους του ανακλώμενου κύματος προς το προσπίπτον κύμα. Ο συντελεστής ανάκλασης είναι μια πολύ χρήσιμη ποιότητα κατά τον προσδιορισμό του VSWR ή τη διερεύνηση της αντιστοιχίας μεταξύ, για παράδειγμα, ενός τροφοδότη και ενός φορτίου. Το ελληνικό γράμμα Γ χρησιμοποιείται συνήθως για τον συντελεστή ανάκλασης, αν και το σ εμφανίζεται επίσης συχνά.
Συντελεστής αντανάκλασης
Χρησιμοποιώντας τον βασικό ορισμό του συντελεστή ανάκλασης, μπορεί να υπολογιστεί από τη γνώση του την προσπίπτουσα και τις ανακλώμενες τάσεις.
Που:
Γ = συντελεστής αντανάκλασης
Vref = ανακλώμενη τάση
Vfwd = τάση προς τα εμπρός
2) Απώλεια επιστροφής & Απώλεια κράτησης
Επιστροφή απώλεια είναι η απώλεια ισχύος σήματος λόγω ανάκλασης ή επιστροφής σήματος από ασυνέχεια σε ζεύξη οπτικών ινών ή γραμμή μετάδοσης και η μονάδα έκφρασής του είναι επίσης σε ντεσιμπέλ (dBs). Αυτή η αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης μπορεί να είναι με μια συσκευή που έχει εισαχθεί στη γραμμή ή με το τερματικό φορτίο. Επιπλέον, η απώλεια επιστροφής είναι η σχέση μεταξύ του συντελεστή ανάκλασης (Γ) και του λόγου στάσιμου κύματος (SWR), και είναι πάντα θετικός αριθμός, και μια υψηλή απώλεια επιστροφής είναι μια ευνοϊκή παράμετρος μέτρησης και συνήθως συσχετίζεται με χαμηλή εισαγωγή απώλεια. Παρεμπιπτόντως, εάν αυξήσετε την απώλεια επιστροφής, θα συσχετιστεί με χαμηλότερο SWR.
Η απώλεια σήματος, η οποία εμφανίζεται κατά μήκος μιας σύνδεσης οπτικών ινών, ονομάζεται απώλεια εισαγωγής. Ωστόσο, η απώλεια εισαγωγής είναι ένα φυσικό φαινόμενο που συμβαίνει με όλους τους τύπους μεταδόσεων, είτε πρόκειται για δεδομένα είτε για ηλεκτρικές. Επιπλέον, όπως συμβαίνει βασικά με όλες τις φυσικές γραμμές μεταφοράς ή αγώγιμες διαδρομές, όσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή, τόσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια. Επιπλέον, αυτές οι απώλειες συμβαίνουν επίσης σε κάθε σημείο σύνδεσης κατά μήκος της γραμμής, συμπεριλαμβανομένων των ματιών και των συνδέσμων. Αυτή η συγκεκριμένη παράμετρος μέτρησης εκφράζεται σε ντεσιμπέλ και πρέπει πάντα να είναι θετικός αριθμός. Ωστόσο, πρέπει, δεν σημαίνει πάντα, και αν τυχαία, είναι αρνητικό, δεν είναι ευνοϊκή παράμετρος μέτρησης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια απώλεια εισαγωγής μπορεί να εμφανιστεί ως μέτρηση αρνητικής παραμέτρου.
Απώλεια επιστροφής & Απώλεια εισαγωγής
Λοιπόν, ας εξετάσουμε το παραπάνω διάγραμμα λεπτομερώς, ώστε να μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα τον τρόπο αλληλεπίδρασης της απώλειας εισαγωγής και της απώλειας επιστροφής. Όπως μπορείτε να δείτε, η προσπίπτουσα ισχύς ταξιδεύει σε μια γραμμή μεταφοράς από τα αριστερά μέχρι να φτάσει στο εξάρτημα. Μόλις φτάσει στο εξάρτημα, ένα τμήμα του σήματος ανακλάται πίσω στη γραμμή μετάδοσης προς την πηγή από την οποία προήλθε. Επίσης, λάβετε υπόψη ότι αυτό το τμήμα του σήματος δεν εισέρχεται στο στοιχείο.
Το υπόλοιπο του σήματος εισέρχεται πράγματι στο εξάρτημα. Εκεί ένα μέρος απορροφάται και το υπόλοιπο περνά μέσα από το εξάρτημα στη γραμμή μετάδοσης στην άλλη πλευρά. Η ισχύς που βγαίνει από το εξάρτημα ονομάζεται μεταδιδόμενη ισχύς, και είναι μικρότερη από την προσπίπτουσα ισχύ για δύο λόγους:
① Ένα μέρος του σήματος αντανακλάται.
② Το εξάρτημα απορροφά ένα μέρος του σήματος.
Έτσι, συνοπτικά, εκφράζουμε την απώλεια εισαγωγής σε ντεσιμπέλ, και είναι ο λόγος της προσπίπτουσας ισχύος προς την εκπεμπόμενη ισχύ. Επιπλέον, μπορούμε να συνοψίσουμε ότι η απώλεια επιστροφής, την οποία εκφράζουμε επίσης σε ντεσιμπέλ είναι ο λόγος της προσπίπτουσας ισχύος προς την ανακλώμενη ισχύ. Επομένως, μπορούμε να δούμε πώς οι δύο τύποι παραμέτρων μέτρησης απωλειών βοηθούν στην ακριβή μέτρηση της συνολικής απόδοσης ενός μετρήσιμου σήματος και στοιχείου μέσα σε ένα σύστημα ή σε μια διαμπερή διαδρομή.
Στις σημερινές ηλεκτρονικές πρακτικές, όσον αφορά τη χρήση, η απώλεια επιστροφής είναι προτιμότερη από το SWR, καθώς παρέχει καλύτερη ανάλυση για μικρότερες τιμές ανακλώμενων κυμάτων.
3) Τι είναι το Impedence Matching
Ταίριασμα σύνθετης αντίστασης είναι πηγή σχεδίασης και σύνθετες αντιστάσεις φορτίου για την ελαχιστοποίηση της αντανάκλασης του σήματος ή τη μεγιστοποίηση της μεταφοράς ισχύος. Στα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, η πηγή και το φορτίο πρέπει να είναι ίσα. Στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, η πηγή πρέπει είτε να ισούται με το φορτίο είτε με το σύνθετο συζυγές του φορτίου, ανάλογα με τον στόχο. Η σύνθετη αντίσταση (Z) είναι ένα μέτρο της αντίθεσης στην ηλεκτρική ροή, η οποία είναι μια μιγαδική τιμή με το πραγματικό μέρος να ορίζεται ως αντίσταση (R), και το φανταστικό μέρος ονομάζεται αντίσταση (X). Η εξίσωση για την σύνθετη αντίσταση είναι εξ ορισμού Z=R+jX, όπου j είναι η φανταστική μονάδα. Στα συστήματα συνεχούς ρεύματος, η αντίσταση είναι μηδέν, επομένως η σύνθετη αντίσταση είναι ίδια με την αντίσταση.
Η αναλογία μόνιμων κυμάτων τάσης (VSWR) είναι μια ένδειξη του ποσού της αναντιστοιχίας μεταξύ μιας κεραίας και της γραμμής τροφοδοσίας που συνδέεται με αυτήν. (Κάντε κλικ εδώ για να επιλέξετε τα προϊόντα κεραίας μας) Αυτό είναι επίσης γνωστό ως Standing Wave Ratio (SWR). Το εύρος τιμών για το VSWR είναι από 1 έως ∞. Λαμβάνεται υπόψη μια τιμή VSWR κάτω από το 2 κατάλληλος για τις περισσότερες εφαρμογές κεραιών. Η κεραία μπορεί να περιγραφεί ως «Καλή Ταίριασμα». Έτσι, όταν κάποιος λέει ότι η κεραία δεν ταιριάζει σωστά, πολύ συχνά σημαίνει ότι η τιμή VSWR υπερβαίνει το 2 για μια συχνότητα ενδιαφέροντος. Η απώλεια επιστροφής είναι μια άλλη προδιαγραφή ενδιαφέροντος και καλύπτεται με περισσότερες λεπτομέρειες στην ενότητα Θεωρία Κεραίας. Μια συνήθως απαιτούμενη μετατροπή είναι μεταξύ απώλειας επιστροφής και VSWR και ορισμένες τιμές παρατίθενται σε πίνακα, μαζί με ένα γράφημα αυτών των τιμών για γρήγορη αναφορά.
Ας δούμε ένα γρήγορο βίντεο για το VSWR!
2) Παράγοντες Επηρεάζει το VSWR
· Συχνότητα
· Γείωση κεραίας
· Κοντινά μεταλλικά αντικείμενα
· Τύπος κατασκευής κεραίας
· Θερμοκρασία
3) SWR vs VSWR vs ISWR vs PSWR
Το SWR είναι μια έννοια, δηλαδή ο λόγος στάσιμων κυμάτων. Το VSWR είναι στην πραγματικότητα ο τρόπος με τον οποίο κάνετε τη μέτρηση, μετρώντας τις τάσεις για τον προσδιορισμό του SWR. Μπορείτε επίσης να μετρήσετε το SWR μετρώντας τα ρεύματα ή ακόμα και την ισχύ (ISWR και PSWR). Αλλά για τις περισσότερες προθέσεις και σκοπούς, όταν κάποιος λέει SWR εννοεί VSWR, στην κοινή συζήτηση είναι εναλλάξιμα.
· ΣΑΧ: SWR σημαίνει λόγο στάσιμου κύματος. Περιγράφει τα στάσιμα κύματα τάσης και ρεύματος που εμφανίζονται στη γραμμή. Είναι μια γενική περιγραφή για στάσιμα κύματα τόσο ρεύματος όσο και τάσης. Συχνά χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με μετρητές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση του λόγου στάσιμων κυμάτων. Τόσο το ρεύμα όσο και η τάση αυξάνονται και πέφτουν κατά την ίδια αναλογία για μια δεδομένη αναντιστοιχία. · VSWR: Ο λόγος VSWR ή τάσης στάσιμων κυμάτων ισχύει ειδικά για τα στάσιμα κύματα τάσης που είναι τοποθετημένα σε τροφοδότη ή γραμμή μεταφοράς. Καθώς είναι ευκολότερο να ανιχνευθούν τα στάσιμα κύματα τάσης και σε πολλές περιπτώσεις οι τάσεις είναι πιο σημαντικές από την άποψη της βλάβης της συσκευής, ο όρος VSWR χρησιμοποιείται συχνά, ειδικά σε περιοχές σχεδιασμού RF.
Για τους περισσότερους πρακτικούς σκοπούς, το ISWR είναι το ίδιο με το VSWR. Υπό ιδανικές συνθήκες, η τάση ραδιοσυχνοτήτων σε μια γραμμή μετάδοσης σήματος είναι η ίδια σε όλα τα σημεία της γραμμής, παραβλέποντας τις απώλειες ισχύος που προκαλούνται από την ηλεκτρική αντίσταση στα καλώδια γραμμής και τις ατέλειες στο διηλεκτρικό υλικό που χωρίζει τους αγωγούς γραμμής. Το ιδανικό VSWR είναι επομένως 1:1. (Συχνά η τιμή SWR γράφεται απλά ως προς τον πρώτο αριθμό ή τον αριθμητή του λόγου επειδή ο δεύτερος αριθμός ή ο παρονομαστής είναι πάντα 1.) Όταν το VSWR είναι 1, το ISWR είναι επίσης 1. Αυτή η βέλτιστη συνθήκη μπορεί υπάρχουν μόνο όταν το φορτίο (όπως μια κεραία ή ένας ασύρματος δέκτης), στο οποίο παρέχεται ισχύς ραδιοσυχνοτήτων, έχει σύνθετη αντίσταση πανομοιότυπη με την αντίσταση της γραμμής μεταφοράς. Αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση φορτίου πρέπει να είναι ίδια με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μεταφοράς και το φορτίο δεν πρέπει να περιέχει καμία αντίδραση (δηλαδή, το φορτίο πρέπει να είναι απαλλαγμένο από επαγωγή ή χωρητικότητα). Σε οποιαδήποτε άλλη κατάσταση, η τάση και το ρεύμα κυμαίνονται σε διάφορα σημεία κατά μήκος της γραμμής, και το SWR δεν είναι 1.
4. Πώς το VSWR επηρεάζει την απόδοση στο σύστημα μετάδοσης
Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους το VSWR επηρεάζει την απόδοση ενός συστήματος μετάδοσης ή οποιουδήποτε συστήματος που μπορεί να χρησιμοποιεί ραδιοσυχνότητες και ίδιες σύνθετες αντιστάσεις. Αν και το VSWR χρησιμοποιείται κανονικά, τόσο τα κύματα τάσης όσο και ρεύματος μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα.
· Οι ενισχυτές ισχύος πομπού μπορεί να καταστραφούν: Τα αυξημένα επίπεδα τάσης και ρεύματος που παρατηρούνται στον τροφοδότη ως αποτέλεσμα των στάσιμων κυμάτων, μπορεί να βλάψουν τα τρανζίστορ εξόδου του πομπού. Οι συσκευές ημιαγωγών είναι πολύ αξιόπιστες εάν λειτουργούν εντός των καθορισμένων ορίων τους, αλλά τα στάσιμα κύματα τάσης και ρεύματος στον τροφοδότη μπορούν να προκαλέσουν καταστροφική ζημιά εάν προκαλέσουν τη λειτουργία της συσκευής εκτός των ορίων τους.
· Η προστασία PA μειώνει την ισχύ εξόδου: Δεδομένου του πολύ πραγματικού κινδύνου υψηλών επιπέδων SWR να προκαλέσουν ζημιά στον ενισχυτή ισχύος, πολλοί πομποί ενσωματώνουν κύκλωμα προστασίας που μειώνει την έξοδο από τον πομπό καθώς ανεβαίνει το SWR. Αυτό σημαίνει ότι μια κακή αντιστοίχιση μεταξύ του τροφοδότη και της κεραίας θα έχει ως αποτέλεσμα υψηλό SWR που προκαλεί μείωση της εξόδου και ως εκ τούτου σημαντική απώλεια στη μεταδιδόμενη ισχύ.
· Τα υψηλά επίπεδα τάσης και ρεύματος μπορεί να βλάψουν τον τροφοδότη: Είναι πιθανό τα υψηλά επίπεδα τάσης και ρεύματος που προκαλούνται από την υψηλή αναλογία στάσιμων κυμάτων να προκαλέσουν ζημιά σε έναν τροφοδότη. Αν και στις περισσότερες περιπτώσεις οι τροφοδότες θα λειτουργούν καλά εντός των ορίων τους και ο διπλασιασμός της τάσης και του ρεύματος θα πρέπει να μπορεί να προσαρμοστεί, υπάρχουν ορισμένες περιπτώσεις όπου μπορεί να προκληθεί ζημιά. Τα μέγιστα ρεύματος μπορεί να προκαλέσουν υπερβολική τοπική θέρμανση που θα μπορούσε να παραμορφώσει ή να λιώσει τα χρησιμοποιούμενα πλαστικά και οι υψηλές τάσεις είναι γνωστό ότι προκαλούν τόξο σε ορισμένες περιπτώσεις.
· Καθυστερήσεις που προκαλούνται από αντανακλάσεις μπορεί να προκαλέσουν παραμόρφωση: Όταν ένα σήμα ανακλάται από ασυμφωνία, αντανακλάται πίσω προς την πηγή και στη συνέχεια μπορεί να ανακλαστεί ξανά προς την κεραία. Εισάγεται καθυστέρηση ίση με το διπλάσιο του χρόνου μετάδοσης του σήματος κατά μήκος του τροφοδότη. Εάν μεταδίδονται δεδομένα, αυτό μπορεί να προκαλέσει παρεμβολές μεταξύ συμβόλων, και σε ένα άλλο παράδειγμα όπου μεταδόθηκε αναλογική τηλεόραση, εμφανίστηκε μια εικόνα «φάντασμα».
· Μείωση του σήματος σε σύγκριση με το τέλειο σύστημα: Είναι ενδιαφέρον ότι η απώλεια στο επίπεδο σήματος που προκαλείται από ένα φτωχό VSWR δεν είναι τόσο μεγάλη όσο μπορεί να φανταστούν ορισμένοι. Οποιοδήποτε σήμα ανακλάται από το φορτίο, ανακλάται πίσω στον πομπό και καθώς η αντιστοίχιση στον πομπό μπορεί να επιτρέψει στο σήμα να ανακλαστεί ξανά στην κεραία, οι απώλειες που προκύπτουν είναι βασικά αυτές που εισάγονται από τον τροφοδότη. Ως οδηγός, ένα μήκους 30 μέτρων ομοαξονικού RG213 με απώλεια περίπου 1.5 dB στα 30 MHz θα σημαίνει ότι μια κεραία που λειτουργεί με VSWR θα δώσει μόνο απώλεια μόλις πάνω από 1 dB σε αυτή τη συχνότητα σε σύγκριση με μια τέλεια αντιστοιχισμένη κεραία.
Πολλές διαφορετικές μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση του λόγου στάσιμων κυμάτων. Η πιο διαισθητική μέθοδος χρησιμοποιεί μια αυλάκωση που είναι ένα τμήμα της γραμμής μεταφοράς με μια ανοιχτή σχισμή που επιτρέπει σε έναν ανιχνευτή να ανιχνεύσει την πραγματική τάση σε διάφορα σημεία κατά μήκος της γραμμής. Έτσι, οι μέγιστες και ελάχιστες τιμές μπορούν να συγκριθούν άμεσα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σε VHF και υψηλότερες συχνότητες. Σε χαμηλότερες συχνότητες, τέτοιες γραμμές δεν είναι πρακτικά μεγάλες. Οι κατευθυντικοί ζεύκτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε HF μέσω συχνοτήτων μικροκυμάτων. Ορισμένα έχουν μήκος κύματος ενός τετάρτου ή περισσότερο, γεγονός που περιορίζει τη χρήση τους στις υψηλότερες συχνότητες. Άλλοι τύποι κατευθυντικών συζευκτών δειγματίζουν το ρεύμα και την τάση σε ένα μόνο σημείο της διαδρομής μετάδοσης και τα συνδυάζουν μαθηματικά με τέτοιο τρόπο ώστε να αντιπροσωπεύουν την ισχύ που ρέει προς μία κατεύθυνση. Ο κοινός τύπος μετρητή SWR/ισχύος που χρησιμοποιείται στην ερασιτεχνική λειτουργία μπορεί να περιέχει διπλό κατευθυντικό ζεύκτη. Άλλοι τύποι χρησιμοποιούν έναν μονό ζεύκτη που μπορεί να περιστραφεί 180 μοίρες για τη δειγματοληψία ισχύος που ρέει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Οι μονοκατευθυντικοί ζεύκτες αυτού του τύπου διατίθενται για πολλές περιοχές συχνοτήτων και επίπεδα ισχύος και με κατάλληλες τιμές ζεύξης για τον αναλογικό μετρητή που χρησιμοποιείται.
Γραμμή με σχισμή
Η εμπρόσθια και ανακλώμενη ισχύς που μετράται από κατευθυντικούς ζεύκτες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του SWR. Οι υπολογισμοί μπορούν να γίνουν μαθηματικά σε αναλογική ή ψηφιακή μορφή ή χρησιμοποιώντας γραφικές μεθόδους ενσωματωμένες στο μετρητή ως πρόσθετη κλίμακα ή διαβάζοντας από το σημείο διέλευσης μεταξύ δύο βελόνων στον ίδιο μετρητή.
Τα παραπάνω όργανα μέτρησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν "σε σειρά", δηλαδή η πλήρης ισχύς του πομπού μπορεί να περάσει μέσα από τη συσκευή μέτρησης έτσι ώστε να επιτρέπεται η συνεχής παρακολούθηση του SWR. Άλλα όργανα, όπως αναλυτές δικτύου, κατευθυντικοί ζεύκτες χαμηλής ισχύος και γέφυρες κεραίας χρησιμοποιούν χαμηλή ισχύ για τη μέτρηση και πρέπει να συνδεθούν στη θέση του πομπού. Τα κυκλώματα γέφυρας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την άμεση μέτρηση των πραγματικών και φανταστικών τμημάτων μιας σύνθετης αντίστασης φορτίου και για τη χρήση αυτών των τιμών για την εξαγωγή SWR. Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να παρέχουν περισσότερες πληροφορίες από απλά SWR ή ισχύ προς τα εμπρός και ανακλώμενη. Οι αυτόνομοι αναλυτές κεραίας χρησιμοποιούν διάφορες μεθόδους μέτρησης και μπορούν να εμφανίσουν SWR και άλλες παραμέτρους σε γραφική παράσταση έναντι της συχνότητας. Με τη χρήση κατευθυντικών συζευκτών και μιας γέφυρας σε συνδυασμό, είναι δυνατό να κατασκευαστεί ένα όργανο εν σειρά που διαβάζει απευθείας σε σύνθετη αντίσταση ή σε SWR. Διατίθενται επίσης αυτόνομοι αναλυτές κεραίας που μετρούν πολλαπλές παραμέτρους.
Μετρητής ισχύος
ΣΗΜΕΊΩΣΗ: Εάν η ένδειξη SWR είναι κάτω από 1, έχετε πρόβλημα. Μπορεί να έχετε έναν κακό μετρητή SWR, να έχετε κάποιο πρόβλημα με την κεραία ή τη σύνδεση της κεραίας σας ή να έχετε χαλασμένο ή ελαττωματικό ραδιόφωνο.
Όταν ένα μεταδιδόμενο κύμα χτυπά ένα όριο όπως αυτό μεταξύ της γραμμής μεταφοράς χωρίς απώλειες και του φορτίου (Σχήμα 1), κάποια ενέργεια θα μεταδοθεί στο φορτίο και κάποια θα αντικατοπτρίζονται. Ο συντελεστής αντανάκλασης σχετίζεται με τα εισερχόμενα και τα ανακλώμενα κύματα ως:
Γ = V-/V+ (Εξ. 1)
Όπου V- είναι το ανακλώμενο κύμα και V + είναι το εισερχόμενο κύμα. Το VSWR σχετίζεται με το μέγεθος του συντελεστή αντανάκλασης τάσης (Γ) με:
VSWR = (1 + |Γ|)/(1 – |Γ|) (Εξ. 2)
Σχήμα 1. Κύκλωμα γραμμής μετάδοσης που απεικονίζει το όριο αναντιστοιχίας αντίστασης μεταξύ της γραμμής μετάδοσης και του φορτίου. Οι αντανακλάσεις συμβαίνουν στο όριο που ορίζεται από το Γ. Το περιστατικό κύμα είναι V + και το ανακλαστικό κύμα είναι V-.
Το VSWR μπορεί να μετρηθεί απευθείας με μετρητή SWR. Για τη μέτρηση των συντελεστών ανάκλασης της θύρας εισόδου (S11) και της θύρας εξόδου (S22) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα όργανο ελέγχου RF όπως ένας αναλυτής δικτύου διανύσματος (VNA). Τα S11 και S22 είναι ισοδύναμα με το Γ στη θύρα εισόδου και εξόδου, αντίστοιχα. Τα VNA με μαθηματικά μοντέλα μπορούν επίσης να υπολογίσουν και να εμφανίσουν απευθείας την προκύπτουσα τιμή VSWR.
Η απώλεια επιστροφής στις θύρες εισόδου και εξόδου μπορεί να υπολογιστεί από τον συντελεστή ανάκλασης, S11 ή S22, ως εξής:
RLIN = 20log10|S11| dB (Εξ. 3)
RLOUT = 20log10|S22| dB (Εξ. 4)
Ο συντελεστής ανάκλασης υπολογίζεται από τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μεταφοράς και την αντίσταση φορτίου ως εξής:
Γ = (ZL - ZO)/(ZL + ZO) (Εξ. 5)
Όπου το ZL είναι η σύνθετη αντίσταση φορτίου και το ZO είναι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μετάδοσης (Σχήμα 1).
Το VSWR μπορεί επίσης να εκφραστεί με όρους ZL και ZO. Αντικαθιστώντας την εξίσωση 5 στην εξίσωση 2, λαμβάνουμε:
VZWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | ZL - ZO | ZL + ZO | (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Για ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL-ZO
Ως εκ τούτου:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL)/(ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO/ZL. (Εξ. 7)
Σημειώσαμε παραπάνω ότι το VSWR είναι μια προδιαγραφή που δίνεται σε μορφή αναλογίας σε σχέση με το 1, ως παράδειγμα 1.5: 1. Υπάρχουν δύο ειδικές περιπτώσεις VSWR, ∞: 1 και 1: 1. Ένας λόγος άπειρου προς έναν συμβαίνει όταν το φορτίο είναι ένα ανοιχτό κύκλωμα. Ένας λόγος 1: 1 συμβαίνει όταν το φορτίο ταιριάζει απόλυτα με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μετάδοσης.
Το VSWR ορίζεται από το σταθερό κύμα που προκύπτει από την ίδια τη γραμμή μετάδοσης:
VSWR = |VMAX|/|VMIN| (Εξ. 8)
Όπου το VMAX είναι το μέγιστο εύρος και το VMIN είναι το ελάχιστο εύρος του μόνιμου κύματος. Με δύο υπερ-επιβαλλόμενα κύματα, το μέγιστο συμβαίνει με την εποικοδομητική παρέμβαση μεταξύ των εισερχόμενων και των ανακλώμενων κυμάτων. Ετσι:
VMAX = V+ + V- (Εξ. 9)
για μέγιστη εποικοδομητική παρέμβαση. Το ελάχιστο πλάτος εμφανίζεται με αποδημητική παρεμβολή ή:
VMIN = V+ - V- (Εξ. 10)
Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις 9 και 10 σε εξισώσεις 8
VSWR = |VMAX|/|VMIN| = (V+ + V-)/(V+ - V-) (Εξ. 11)
Αντικαθιστώντας την Εξίσωση 1 στην Εξίσωση 11, λαμβάνουμε:
Καθώς το ηλεκτρικό κύμα διασχίζει τα διάφορα μέρη του συστήματος κεραίας (δέκτης, γραμμή τροφοδοσίας, κεραία, ελεύθερος χώρος) μπορεί να συναντήσει διαφορές στις σύνθετες αντιστάσεις. Σε κάθε διεπαφή, ένα μέρος της ενέργειας του κύματος θα ανακλάται πίσω στην πηγή, σχηματίζοντας ένα στάσιμο κύμα στη γραμμή τροφοδοσίας. Ο λόγος της μέγιστης ισχύος προς την ελάχιστη ισχύ στο κύμα μπορεί να μετρηθεί και ονομάζεται λόγος στάσιμου κύματος τάσης (VSWR). Ένα VSWR μικρότερο από 1.5:1 είναι ιδανικό, ένα VSWR 2:1 θεωρείται οριακά αποδεκτό σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος όπου η απώλεια ισχύος είναι πιο κρίσιμη, αν και ένα VSWR τόσο υψηλό όσο 6:1 μπορεί να εξακολουθεί να χρησιμοποιείται με το δικαίωμα εξοπλισμός. Ακριβώς σε περίπτωση που δεν σας ενδιαφέρουν οι μαθηματικές εξισώσεις, εδώ είναι ένας μικρός πίνακας "cheat sheet" για να κατανοήσετε τη συσχέτιση του VSWR με το ποσοστό της ανακλώμενης ισχύος που θα επιστρέψει.
VSWR
Επιστρεφόμενη ισχύς
(κατά προσέγγιση)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2.Τι προκαλεί το υψηλό VSWR;
Εάν το VSWR είναι πολύ υψηλό, θα μπορούσε να υπάρξει υπερβολική ενέργεια που ανακλάται πίσω σε έναν ενισχυτή ισχύος, προκαλώντας ζημιά στο εσωτερικό κύκλωμα. Σε ένα ιδανικό σύστημα, θα υπήρχε ένα VSWR 1: 1. Αιτίες υψηλής βαθμολογίας VSWR θα μπορούσαν να είναι η χρήση ακατάλληλου φορτίου ή κάτι άγνωστο, όπως κατεστραμμένη γραμμή μετάδοσης.
Καλώς ήλθατε να μοιραστείτε αυτήν την ανάρτηση αν σας είναι χρήσιμη!
Εάν θέλετε να δημιουργήσετε έναν ραδιοφωνικό σταθμό ή να αγοράσετε οποιοδήποτε εξοπλισμό ραδιοφωνικού σταθμού, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.
