Kāda ir sprieguma pastāvīgā viļņa attiecība? Kā aprēķināt VSWR?
"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ir mērījums tam, cik efektīvi radio frekvences jauda tiek pārsūtīta no strāvas avota caur pārvades līniju slodzē (piemēram, no jaudas pastiprinātāja caur pārvades līniju, uz antenu. ). " Tas ir VSWR jēdziens. Vairāk par VSWR, piemēram, VSWR ietekmējošajiem faktoriem, ietekmi uz pārvades sistēmu, atšķirību no SWR utt. Šis raksts var sniegt jums detalizētu skaidrojumu.
Saskaņā ar Wikipedia, stāvošā viļņa attiecība (SWR) ir definēta kā:
"pretestības mērījums slodzēm, kas pieskaņotas elektropārvades līnijas vai viļņvada raksturīgajai pretestībai. Pretestības neatbilstības rezultātā stāv pārvades līnijā viļņi, un SWR ir definēts kā daļēja stāvoša viļņa amplitūdas attiecība pret antinodu (maksimums) pret amplitūda mezglā (minimālā) gar līniju. "
SWR parasti mēra, izmantojot īpašu instrumentu, ko sauc par SWR mērītājs. Tā kā SWR ir slodzes pretestības mērs attiecībā pret izmantotās elektropārvades līnijas raksturīgo pretestību (kas kopā nosaka atstarošanas koeficientu, kā aprakstīts tālāk), dotais SWR skaitītājs var interpretēt redzamo pretestību SWR izteiksmē tikai tad, ja tas ir ir paredzēti šai konkrētajai raksturīgajai pretestībai. Praksē vairums šajās lietojumprogrammās izmantoto pārvades līniju ir koaksiālie kabeļi, kuru pretestība ir vai nu 50, vai 75 omi, tāpēc lielākā daļa SWR skaitītāju atbilst vienam no šiem.
SWR pārbaude ir standarta procedūra radio stacijā. Lai gan to pašu informāciju varēja iegūt, izmērot slodzes pretestību ar pretestības analizatoru (vai "pretestības tiltu"), SWR mērītājs šim nolūkam ir vienkāršāks un izturīgāks. Mērot impedances neatbilstības lielumu raidītāja izejā, tas atklāj antenas vai pārvades līnijas radušās problēmas.
Starp citu, ja jūs domājat, ka nekad neesat personīgi piedzīvojis stāvošu vilni, tas ir ļoti maz ticams. Stāvošie viļņi mikroviļņu krāsnī ir iemesls, kāpēc pārtika tiek pagatavota nevienmērīgi (pagriežamais galds ir daļējs šīs problēmas risinājums). 2.45 GHz signāla viļņa garums ir aptuveni 12 centimetri jeb apmēram piecas collas. Radiācijas (un apkures) nulles tiks atdalītas viļņa garumam līdzīgā attālumā.
Pārdomu koeficients ir a parametrs tas raksturo to, cik lielu elektromagnētiskā viļņa daudzumu atspoguļo pretestības pārtraukums pārraides vidē, kas vienāds ar atstarotā viļņa amplitūdas un krītošā viļņa attiecību. Atstarošanas koeficients ir ļoti noderīga kvalitāte, nosakot VSWR vai izmeklējot atbilstību starp, piemēram, padevēju un slodzi. Atstarošanas koeficientam parasti izmanto grieķu burtu Γ, lai gan bieži tiek redzams arī σ.
Pārdomu koeficients
Izmantojot atstarošanas koeficienta pamatdefinīciju, to var aprēķināt pēc zināšanām starpgadījums un atstarotais spriegums.
2) Atgriešanās zaudējumi un atjaunošanas zaudējumi
Atgriešanās zaudējumus ir signāla jaudas zudums signāla atstarošanas vai atgriešanās dēļ ar optisko šķiedru savienojuma vai pārvades līnijas nepārtrauktību, un tā izteiksmes vienība ir arī decibelos (dBs). Šī pretestības neatbilstība var būt ar līnijā ievietotu ierīci vai ar beigu slodzi. Turklāt atgriešanās zudums ir sakarība starp atstarošanas koeficientu (Γ) un stāvošā viļņa koeficientu (SWR), un tas vienmēr ir pozitīvs skaitlis, un augsts atgriešanās zudums ir labvēlīgs mērīšanas parametrs, un tas parasti korelē ar zemu ievietojumu zaudējums. Starp citu, ja palielināsiet atdeves zaudējumus, tas korelēs ar zemāku SWR.
Signāla zudums, kas notiek optiskās šķiedras saites garumā, sauc par ievietošanas zudumu. Ievietošanas zudums tomēr ir dabisks notikums, kas notiek ar visiem pārraides veidiem, neatkarīgi no tā, vai tie ir dati vai elektriski. Turklāt, tā kā tas ir būtībā ar visām fiziskajām pārvades līnijām vai vadošajiem ceļiem, jo garāks ceļš, jo lielāki zaudējumi. Turklāt šie zaudējumi rodas arī katrā savienojuma punktā gar līniju, ieskaitot savienojumus un savienotājus. Šis konkrētais mērīšanas parametrs ir izteikts decibelos, un tam vienmēr jābūt pozitīvam skaitlim. Tomēr tas nenozīmē vienmēr un, ja tas ir nejauši, tas ir negatīvs, tas nav labvēlīgs mērīšanas parametrs. Dažos gadījumos ievietošanas zudums var parādīties kā negatīvs parametru mērījums.
Atgriešanās zaudējumi un ievietošanas zaudējumi
Tāpēc tagad sīki izskatīsim iepriekšējo diagrammu, lai mēs varētu labāk izprast, kā mijiedarbojas ievietošanas un atgriešanās zaudējumi. Kā redzat, avārijas jauda pāri pārvades līnijai iet pa kreisi, līdz tā sasniedz komponentu. Kad tā sasniedz komponentu, daļa signāla tiek atspoguļota atpakaļ pa elektropārvades līniju virzienā uz avotu, no kura tas nāk. Tāpat ņemiet vērā, ka šī signāla daļa neietilpst komponentā.
Pārējā signāla daļa patiešām nonāk komponentā. Tur daļa no tā uzsūcas, un pārējā daļa caur komponentu nonāk pārvades līnijā otrā pusē. Jaudu, kas nāk no komponentes, sauc par pārraidīto, un tā ir mazāka par incidenta jaudu divu iemeslu dēļ:
① Daļa signāla tiek atspoguļota.
② Komponents absorbē daļu signāla.
Tātad, apkopojot, mēs izsakām ievietošanas zaudējumus decibelos, un tā ir krītošās jaudas attiecība pret pārraidīto jaudu. Turklāt mēs varam apkopot šo atgriešanās zaudējumu, ko mēs arī izsakām decibelos, ir incidenta jaudas un atstarotās jaudas attiecība. Tāpēc mēs varam redzēt, kā divu veidu zaudējumu mērīšanas parametri palīdz precīzi novērtēt izmērāmā signāla un komponenta kopējo efektivitāti sistēmā vai caurceļošanas ceļā.
Mūsdienu elektronikas praksē atdeves zudumi ir labāki nekā SWR, jo tie nodrošina labāku izšķirtspēju mazākām atstaroto viļņu vērtībām.
3) Kas ir pretestības pretestība
Impedances atbilstība ir projektēšanas avots un slodzes pretestības lai samazinātu signāla atstarošanu vai maksimālu enerģijas pārnesi. Līdzstrāvas ķēdēs avotam un slodzei jābūt vienādai. Maiņstrāvas ķēdēs avotam jābūt vai nu vienādam ar slodzi, vai kompleksam slodzes konjugātam atkarībā no mērķa. Impedance (Z) ir pretstats elektriskai plūsmai, kas ir sarežģīta vērtība, reālo daļu definējot kā pretestību (R), un iedomāto daļu sauc par reaktanci (X). Tad pretestības vienādojums pēc definīcijas ir Z = R + jX, kur j ir iedomātā vienība. Līdzstrāvas sistēmās reaktivitāte ir nulle, tāpēc pretestība ir tāda pati kā pretestība.
Sprieguma pastāvīgā viļņa attiecība (VSWR) ir norāde par neatbilstības apjomu starp antenu un ar to savienojošo padeves līniju. (Klikšķis šeit izvēlēties mūsu antenas produktus). To sauc arī par pastāvīgā viļņu attiecību (SWR). VSWR vērtību diapazons ir no 1 līdz ∞. Tiek ņemta vērā VSWR vērtība zem 2 piemērots lielākajai daļai antenu lietojumu. Antenu var raksturot kā “labu spēli”. Tātad, ja kāds saka, ka antena ir slikti saskaņota, ļoti bieži tas nozīmē, ka VSWR vērtība intereses biežumam pārsniedz 2. Atgriešanās zaudējumi ir vēl viena interesējošā specifikācija, un tie ir sīkāk aplūkoti sadaļā Antenas teorija. Parasti nepieciešamā konversija ir starp atgriešanās zaudējumiem un VSWR, un dažas vērtības ir tabulētas tabulā, kā arī šo vērtību grafiks ātrai uzziņai.
Uzņemsim ātru videoklipu par VSWR!
2) Faktori Ietekmē VSWR
· Biežums
· Antenas zeme
· Blakus esošie metāla priekšmeti
· Antenas konstrukcijas tips
· Temperatūra
3) SWR pret VSWR pret ISWR pret PSWR
SWR ir jēdziens, ti, pastāvīgā viļņa attiecība. VSWR faktiski ir veids, kā jūs veicat mērījumus, mērot spriegumus, lai noteiktu SWR. Jūs varat arī izmērīt SWR, mērot strāvas vai pat jaudu (ISWR un PSWR). Bet lielākoties, ja kāds saka SWR, tas nozīmē VSWR, kopējās sarunās tie ir savstarpēji aizvietojami.
· SWR: SWR nozīmē stāvoša viļņa attiecību. Tas apraksta sprieguma un strāvas stāvošos viļņus, kas parādās uz līnijas. Tas ir vispārīgs apraksts gan pašreizējiem, gan sprieguma stāvošajiem viļņiem. To bieži lieto kopā ar skaitītājiem, ko izmanto stāvošo viļņu attiecības noteikšanai. Gan strāvas, gan sprieguma pieaugums un kritums vienā un tajā pašā proporcijā attiecīgajai neatbilstībai. · VSWR: VSWR jeb sprieguma stāvošo viļņu attiecība īpaši attiecas uz stāvēšanas sprieguma viļņiem, kas ir uzstādīti uz padevēja vai pārvades līnijas. Tā kā sprieguma stāvošos viļņus ir vieglāk noteikt un daudzos gadījumos spriegums ir svarīgāks ierīces sadalījuma ziņā, bieži tiek izmantots termins VSWR, īpaši RF projektēšanas apgabalos.
Praktiskākos nolūkos ISWR ir tas pats, kas VSWR. Ideālos apstākļos RF spriegums signāla pārvades līnijā visos līnijas punktos ir vienāds, neņemot vērā jaudas zudumus, ko rada elektriskā pretestība līnijas vados un nepilnības dielektriskajā materiālā, kas atdala līnijas vadītājus. Tāpēc ideālais VSWR ir 1: 1. (Bieži vien SWR vērtība tiek uzrakstīta vienkārši kā attiecība pirmais skaitlis vai skaitītājs, jo otrais skaitlis vai saucējs vienmēr ir 1.) Ja VSWR ir 1, ISWR ir arī 1. Šis optimālais nosacījums pastāv tikai tad, ja slodzei (piemēram, antenai vai bezvadu uztvērējam), kurā tiek piegādāta RF enerģija, pretestība ir identiska pārvades līnijas pretestībai. Tas nozīmē, ka slodzes pretestībai jābūt tādai pašai kā pārvades līnijas raksturīgajai pretestībai, un slodzei nedrīkst būt reaktivitātes (tas ir, slodzei jābūt bez induktivitātes vai kapacitātes). Jebkurā citā situācijā spriegums un strāva svārstās dažādos līnijas punktos, un SWR nav 1.
Ir daudzi veidi, kā VSWR ietekmē pārraides sistēmas vai jebkuras sistēmas darbību, kurā var izmantot radiofrekvences un identiskas pretestības. Lai gan VSWR tiek izmantots normāli, problēmas var radīt gan sprieguma, gan strāvas viļņi.
· Raidītāja jaudas pastiprinātāji var tikt bojāti: Pastāvīgo viļņu ietekmē padevējā novērotais paaugstinātais sprieguma un strāvas līmenis var sabojāt raidītāja izejas tranzistorus. Pusvadītāju ierīces ir ļoti uzticamas, ja tās darbojas noteiktajās robežās, bet sprieguma un strāvas stāvēšanas viļņi uz padevēja var izraisīt katastrofālus bojājumus, ja tie liek iekārtai darboties ārpus to robežām.
· PA aizsardzība samazina izejas jaudu: Ņemot vērā ļoti reālos draudus, ka augsts SWR līmenis var sabojāt jaudas pastiprinātāju, daudzos raidītājos ir iekļauta aizsardzības shēma, kas samazina raidītāja izvadi, SWR pieaugot. Tas nozīmē, ka slikta padevēja un antenas sakritība radīs augstu SWR, kā rezultātā samazināsies izeja un līdz ar to ievērojami samazināsies pārraidītā jauda.
· Augstsprieguma un strāvas līmenis var sabojāt padevēju: Iespējams, ka augstsprieguma un strāvas līmenis, ko izraisa augsts viļņu attiecība, var sabojāt padevēju. Lai gan vairumā gadījumu padevēji darbosies labi, nepārsniedzot to robežas, un spēja nodrošināt sprieguma un strāvas dubultošanos, ir daži apstākļi, kad var tikt nodarīts kaitējums. Pašreizējie maksimumi var izraisīt pārmērīgu vietēju sasilšanu, kas var izkropļot vai izkausēt izmantoto plastmasu, un ir zināms, ka augsts spriegums dažos apstākļos izraisa loku.
· Refleksijas izraisītie kavējumi var izraisīt traucējumus: Kad signāls tiek atspoguļots neatbilstības dēļ, tas tiek atspoguļots atpakaļ avota virzienā un pēc tam atkal var atspoguļot antenas virzienā. Tiek ieviesta kavēšanās, kas vienāda ar divkāršu signāla pārraides laiku gar padevēju. Ja dati tiek pārraidīti, tas var izraisīt simbolu traucējumus, un citā piemērā, kur tika pārraidīta analogā televīzija, tika parādīts “spoku” attēls.
· Signāla samazinājums salīdzinājumā ar perfekti atbilstošu sistēmu: Interesanti, ka slikta VSWR radītais signāla līmeņa zudums nav ne tuvu tik liels, kā daži var iedomāties. Jebkurš signāls, ko atspoguļo slodze, tiek atspoguļots atpakaļ raidītājā, un, tā kā saderība pie raidītāja var atkal atspoguļot signālu atpakaļ antenā, radītie zaudējumi būtībā ir tie, kurus rada padevējs. Kā vadlīnijas 30 metru garuma RG213 pierunāšana ar aptuveni 1.5 dB zudumu pie 30 MHz nozīmēs, ka antena, kas darbojas ar VSWR, šajā frekvencē radīs tikai nedaudz vairāk par 1 dB zaudējumus, salīdzinot ar perfekti saskaņotu antenu.
Stāvo viļņu attiecības mērīšanai var izmantot daudzas dažādas metodes. Intuitīvākā metode izmanto rievotu līniju kas ir pārvades līnijas daļa ar atvērtu slotu, kas ļauj zondei noteikt faktisko spriegumu dažādos līnijas punktos. Tādējādi maksimālās un minimālās vērtības var tieši salīdzināt. Šo metodi izmanto VHF un augstākās frekvencēs. Zemākās frekvencēs šādas līnijas ir nepraktiski garas. Virziena savienotājus var izmantot HF, izmantojot mikroviļņu frekvences. Daži no tiem ir ceturtdaļvilnis vai vairāk, kas ierobežo to izmantošanu augstākās frekvencēs. Citi virziena sakabes tipi ņem strāvu un spriegumu vienā pārraides ceļa punktā un matemātiski tos apvieno tā, lai attēlotu vienā virzienā plūstošo jaudu. Amatieru darbībā izmantotais SWR / jaudas mērītāja parastais tips var saturēt divvirzienu savienotāju. Citi tipi izmanto vienu savienotāju, kuru var pagriezt par 180 grādiem, lai ņemtu paraugu jaudai, kas plūst abos virzienos. Šāda veida vienvirziena savienotāji ir pieejami daudziem frekvenču diapazoniem un jaudas līmeņiem, kā arī ar atbilstošām savienojuma vērtībām izmantotajam analogajam skaitītājam.
Rievota līnija
SWR aprēķināšanai var izmantot uz priekšu un atstaroto jaudu, ko mēra virziena savienotāji. Aprēķinus var veikt matemātiski analogā vai digitālā formā vai izmantojot skaitītājā iebūvētās grafiskās metodes kā papildu skalu vai nolasot no krustojuma punkta starp divām tā paša skaitītāja adatām.
Iepriekš minētos mērinstrumentus var izmantot "vienā līnijā", tas ir, visa raidītāja jauda var iziet cauri mērīšanas ierīcei, lai nodrošinātu nepārtrauktu SWR uzraudzību. Citi instrumenti, piemēram, tīkla analizatori, mazjaudas virziena savienotāji un antenas tilti, mērīšanai izmanto mazu jaudu, un tiem jābūt pieslēgtiem raidītāja vietā. Tilta ķēdes var izmantot, lai tieši izmērītu slodzes pretestības reālās un iedomātās daļas un izmantotu šīs vērtības, lai iegūtu SWR. Šīs metodes var sniegt vairāk informācijas nekā tikai SWR vai uz priekšu un atstarotu jaudu. Autonomie antenu analizatori izmanto dažādas mērīšanas metodes un var attēlot SWR un citus parametrus, kas attēloti pret frekvenci. Izmantojot virziena savienotājus un tiltu kombinācijā, ir iespējams izgatavot līnijas instrumentu, kas nolasīts tieši sarežģītā pretestībā vai SWR. Ir pieejami arī atsevišķi antenu analizatori, kas mēra vairākus parametrus.
Jaudas mērītājs
PIEZĪME: Ja jūsu SWR rādījums ir mazāks par 1, jums ir problēma. Iespējams, ka jums ir slikts SWR mērītājs, antenas vai antenas savienojums nav kārtībā vai radio ir bojāts vai bojāts.
Kad pārraidītais vilnis sasniedz robežu, tādu kā robeža starp nezaudējamu pārvades līniju un slodzi (1 attēls), daļa enerģijas tiek pārnesta uz slodzi, bet daļa - atstarota. Atstarošanas koeficients ienākošos un atstarotos viļņus saista šādi:
Γ = V.-/V+ (1. vienādojums)
Kur V- ir atspoguļotais vilnis un V + ir ienākošais vilnis. VSWR ir saistīts ar sprieguma atstarošanas koeficienta lielumu (Γ) ar:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (2. vienādojums)
1. attēls. Pārvades līnijas ķēde, kas ilustrē pretestības neatbilstības robežu starp pārvades līniju un slodzi. Pārdomas notiek pie robežas, ko apzīmē Γ. Krītošais vilnis ir V +, un atstarojošais vilnis ir V-.
VSWR var izmērīt tieši ar SWR mērītāju. RF testa instrumentu, piemēram, vektoru tīkla analizatoru (VNA), var izmantot, lai izmērītu ieejas porta (S11) un izejas porta (S22) refleksijas koeficientus. S11 un S22 ir līdzvērtīgi Γ attiecīgi ieejas un izejas portā. VNA ar matemātiskiem režīmiem var arī tieši aprēķināt un parādīt iegūto VSWR vērtību.
Atgriešanās zudumus ieejas un izejas portos var aprēķināt no atstarošanas koeficienta S11 vai S22 šādi:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (vienāds ar 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (vienāds ar 4)
Atstarošanas koeficientu no pārvades līnijas raksturīgās pretestības un slodzes pretestības aprēķina šādi:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (5. vienādojums)
Kur ZL ir slodzes pretestība un ZO ir pārvades līnijas raksturīgā pretestība (1. attēls).
VSWR var izteikt arī ar ZL un ZO. Aizstājot 5 vienādojumu ar 2 vienādojumu, iegūstam:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Par ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Tāpēc:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (7. vienādojums)
Iepriekš mēs atzīmējām, ka VSWR ir specifikācija, kas dota proporcijas formā attiecībā pret 1, kā piemērs 1.5: 1. Ir divi īpaši VSWR gadījumi: ∞: 1 un 1: 1. Bezgalības attiecība pret vienu rodas, ja slodze ir atvērta ķēde. 1: 1 attiecība rodas, ja slodze ir lieliski saskaņota ar pārvades līnijas raksturīgo pretestību.
VSWR nosaka no pastāvīgā viļņa, kas rodas pašā pārvades līnijā:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (8. vienādojums)
Kur VMAX ir maksimālā amplitūda un VMIN ir stāvošā viļņa minimālā amplitūda. Ar diviem super-uzliktiem viļņiem maksimums rodas ar konstruktīviem traucējumiem starp ienākošajiem un atstarotajiem viļņiem. Tādējādi:
VMAX = V + + V- (9. vienādojums)
lai panāktu maksimālu konstruktīvu iejaukšanos. Minimālā amplitūda notiek ar dekonstruktīviem traucējumiem vai:
VMIN = V + - V- (vienādojums 10)
9 un 10 vienādojumus aizstājot ar 8 vienādojumu
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (11. vienādojums)
Kad elektriskais vilnis pārvietojas pa dažādām antenas sistēmas daļām (uztvērējs, padeves līnija, antena, brīva telpa), tam var būt atšķirības pretestībās. Katrā saskarnē kāda viļņa enerģijas daļa atspoguļosies atpakaļ uz avotu, barošanas līnijā veidojot stāvošu vilni. Var izmērīt maksimālās jaudas un minimālās jaudas attiecību viļņā, un to sauc par sprieguma stāvošā viļņa attiecību (VSWR). Ideāls ir VSWR mazāks par 1.5: 1, VSWR 2: 1 tiek uzskatīts par nedaudz pieņemamu mazjaudas lietojumprogrammās, kur jaudas zudums ir kritiskāks, lai gan VSWR līdz 6: 1 joprojām var būt izmantojams ar labo pusi aprīkojumu. Gadījumā, ja jums nav vienalga par matemātiskiem vienādojumiem, šeit ir neliela tabula "apkrāptu lapa", lai palīdzētu izprast VSWR korelāciju ar atgrieztās jaudas procentuālo daudzumu.
VSWR
Atgriezta vara
(aptuvens)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. Kas izraisa augstu VSWR?
Ja VSWR ir pārāk augsts, jaudas pastiprinātājā potenciāli var būt pārāk daudz enerģijas, kas var sabojāt iekšējo shēmu. Ideālā sistēmā VSWR būtu 1: 1. Augsta VSWR novērtējuma cēloņi var būt nepareizas slodzes izmantošana vai kaut kas nezināms, piemēram, bojāta pārvades līnija.
