Mikä on jännitteen seisova aaltosuhde? Kuinka laskea VSWR?
"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) on mitta, kuinka tehokkaasti radiotaajuusteho siirretään virtalähteestä voimajohdon kautta kuormaan (esimerkiksi tehovahvistimesta siirtojohdon kautta antenniin) ). " Tämä on VSWR: n käsite. Lisätietoja VSWR: stä, kuten VSWR: n vaikuttavat tekijät, vaikutus siirtojärjestelmään, ero SWR: ään jne. Tämä artikkeli voi antaa sinulle yksityiskohtaisen selityksen.
Wikipedian mukaan seisovien aaltojen suhde (SWR) määritellään seuraavasti:
"mitta impedanssista, joka sovittaa kuormat voimajohdon tai aaltojohdon tyypilliseen impedanssiin. Impedanssin ristiriidat aiheuttavat seisovia aaltoja siirtojohtoa pitkin, ja SWR määritellään osittaisen seisovan aallon amplitudin suhteena antinodissa amplitudi solmussa (vähintään) linjaa pitkin. "
Teräsköysi mitataan yleensä erillisellä instrumentilla, jota kutsutaan SWR-mittari. Koska SWR on mitoitus kuormitusimpedanssista suhteessa käytössä olevan siirtojohdon ominaisimpedanssiin (jotka yhdessä määrittelevät heijastuskertoimen alla kuvatulla tavalla), annettu SWR-mittari voi tulkita näkemänsä impedanssin teräsvaijereina vain, jos se on on suunniteltu kyseiselle ominaiselle impedanssille. Käytännössä suurin osa näissä sovelluksissa käytetyistä siirtolinjoista on koaksiaalikaapeli, jonka impedanssi on joko 50 tai 75 ohmia, joten suurin osa SWR-mittareista vastaa yhtä näistä.
SWR: n tarkistus on radioaseman tavanomainen menettely. Vaikka samat tiedot saataisiin mittaamalla kuorman impedanssi impedanssianalysaattorilla (tai "impedanssisillalla"), SWR-mittari on yksinkertaisempi ja vankempi tähän tarkoitukseen. Mittaamalla impedanssin epätasapainon suuruus lähettimen ulostulossa, se paljastaa joko antennista tai siirtolinjasta johtuvat ongelmat.
Muuten, jos luulet, ettet ole koskaan kokenut pysyvää aaltoa henkilökohtaisesti, se on hyvin epätodennäköistä. Mikroaaltouunissa seisovat aallot ovat syy siihen, että ruoka kypsennetään epätasaisesti (levysoitin on osittainen ratkaisu ongelmaan). 2.45 GHz: n signaalin aallonpituus on noin 12 senttimetriä tai noin viisi tuumaa. Säteilyn (ja lämmityksen) nollat erotetaan aallonpituutta vastaavalla etäisyydellä.
Heijastuskerroin on a parametri joka kuvaa kuinka paljon sähkömagneettisesta aallosta heijastuu impedanssin epäjatkuvuus siirtovälineessä, mikä on yhtä suuri kuin heijastuneen aallon amplitudin ja tulevan aallon suhde. Heijastuskerroin on erittäin hyödyllinen laatu määritettäessä VSWR tai tutkittaessa esimerkiksi syöttölaitteen ja kuorman välistä yhteensopivuutta. Kreikan kirjainta Γ käytetään tyypillisesti heijastuskertoimeksi, vaikka σ nähdään myös usein.
Heijastuskerroin
Heijastuskertoimen perusmäärittelyä käyttämällä se voidaan laskea tietämyksestä tapahtuma ja heijastuneet jännitteet.
Return menetys on signaalitehon menetys, joka johtuu signaalin heijastumisesta tai epäjatkuvuuden palautumisesta kuituoptisessa linkissä tai siirtojohdossa, ja sen ilmaisuyksikkö on myös desibeleinä (dB). Tämä impedanssin epäsuhta voi johtua linjaan asetetusta laitteesta tai päättävästä kuormasta. Lisäksi paluuhäviö on sekä heijastuskertoimen (Γ) että seisovan aallon suhteen (SWR) suhde, ja se on aina positiivinen luku, ja suuri paluuhäviö on suotuisa mittausparametri, ja se korreloi tyypillisesti matalan lisäyksen kanssa tappio. Muuten, jos lisäät tuottohäviötä, se korreloi alemman teräsvaijerin kanssa.
Signaalin menetys, mikä tapahtuu kuituoptisen linkin pituudelta, kutsutaan lisäyshäviöksi. Lisäyshäviö on kuitenkin luonnollinen tapahtuma, joka esiintyy kaikentyyppisten lähetysten yhteydessä, olipa kyseessä sitten data tai sähkö. Lisäksi, kuten on periaatteessa kaikkien fyysisten voimajohtojen tai johtavien reittien kohdalla, mitä pidempi reitti, sitä suurempi menetys. Lisäksi nämä häviöt tapahtuvat myös jokaisessa liitoskohdassa linjaa pitkin, mukaan lukien liitokset ja liittimet. Tämä tietty mittausparametri ilmaistaan desibeleinä, ja sen on aina oltava positiivinen luku. Pitäisi, ei kuitenkaan tarkoita aina, ja jos se on sattumaa, se on negatiivinen, se ei ole suotuisa mittausparametri. Joissakin tapauksissa lisäyshäviö voi näkyä negatiivisena parametrimittauksena.
Paluu tappio ja lisäys menetys
Joten nyt, tutkitaan yllä olevaa kaaviota yksityiskohtaisesti, jotta voimme saada paremman käsityksen siitä, miten lisäyshäviö ja paluuhäviö ovat vuorovaikutuksessa. Kuten näette, tuleva virta kulkee siirtojohtoa pitkin vasemmalta, kunnes se saavuttaa komponentin. Kun se saavuttaa komponentin, osa signaalista heijastuu takaisin alas siirtojohtoa kohti lähdettä, josta se tuli. Muista myös, että tämä signaalin osa ei pääse komponenttiin.
Loput signaalista todellakin tulee komponenttiin. Siellä osa siitä imeytyy ja loput kulkevat komponentin läpi siirtoputkeen toisella puolella. Komponentista tulevaa tehoa kutsutaan lähetetyksi tehoksi, ja se on pienempi kuin tapausvoima kahdesta syystä:
① Osa signaalista heijastuu.
② Komponentti absorboi osan signaalista.
Joten yhteenvetona ilmaisemme lisäyshäviön desibeleinä, ja se on tulevan tehon suhde lähetettyyn tehoon. Lisäksi voimme tiivistää paluuhäviön, jonka ilmaisemme myös desibeleinä on tulotehon suhde heijastuneeseen tehoon. Siksi voimme nähdä, kuinka kahden tyyppiset menetysmittausparametrit auttavat mittaamaan tarkasti mitattavan signaalin ja komponentin kokonaishyötysuhteen järjestelmässä tai läpireitillä.
Nykypäivän elektroniikkakäytännöissä paluuhäviöt ovat parempia kuin teräsvaijerit, koska ne tarjoavat paremman resoluution heijastuneiden aaltojen pienemmille arvoille.
3) Mikä on impedenssin sovitus
Impedanssin sovitus on suunnittelun lähde ja kuormitusimpedanssit minimoimaan signaalin heijastus tai maksimoimaan tehonsiirto. DC-piireissä lähteen ja kuorman tulisi olla samat. Vaihtovirtapiireissä lähteen tulisi joko olla yhtä suuri kuin kuorma tai kompleksinen konjugaatti kuormasta tavoitteesta riippuen. Impedanssi (Z) on sähkövirran vastakohdan mitta, joka on monimutkainen arvo, kun todellinen osa määritellään vastukseksi (R), ja kuvitteellista osaa kutsutaan reaktanssiksi (X). Impedanssin yhtälö on tällöin määritelmän mukaan Z = R + jX, jossa j on kuvitteellinen yksikkö. DC-järjestelmissä reaktanssi on nolla, joten impedanssi on sama kuin vastus.
Jännitteen pysyvän aallon suhde (VSWR) on viittaus epätasapainon määrään antennin ja siihen liitetyn syöttöjohdon välillä. (Klikkaus tätä valita antennituotteemme) Tämä tunnetaan myös nimellä SWR (Standing Wave Ratio). VSWR: n arvoalue on 1 - ∞. Alle 2: n VSWR-arvo otetaan huomioon sopiva useimmille antennisovelluksille. Antenni voidaan kuvata olevan "Hyvä ottelu". Joten kun joku sanoo, että antenni on huonosti sovitettu, se tarkoittaa usein, että VSWR-arvo ylittää 2 mielenkiintoisella taajuudella. Palautushäviö on toinen kiinnostuksen kohteena oleva erittely, ja sitä käsitellään tarkemmin Antenniteoria-osassa. Yleensä vaadittu muunnos on paluuhäviön ja VSWR: n välillä, ja jotkut arvot on esitetty taulukossa yhdessä näiden arvojen kaavion kanssa nopeasti.
Otetaan nopea video VSWR: stä!
2) Tekijät Vaikuttaa VSWR: ään
· Taajuus
· Antennin maadoitus
· Lähellä olevat metalliesineet
· Antennirakenteen tyyppi
· Lämpötila
3) SWR vs VSWR vs ISWR vs PSWR
SWR on käsite, eli seisovan aallon suhde. VSWR on itse asiassa miten teet mittauksen mittaamalla jännitteet SWR: n määrittämiseksi. Voit mitata myös kaapeleita mittaamalla virrat tai jopa tehon (ISWR ja PSWR). Mutta useimmissa tarkoituksissa, kun joku sanoo SWR, he tarkoittavat VSWR: ää, yhteisessä keskustelussa ne ovat vaihdettavissa.
· SWR: SWR tarkoittaa seisovan aallon suhdetta. Se kuvaa jännitteen ja virran seisovat aallot, jotka näkyvät linjalla. Se on yleinen kuvaus sekä nykyisille että jännitteille seisoville aalloille. Sitä käytetään usein mittareiden kanssa, joita käytetään seisovien aaltojen suhteen havaitsemiseen. Sekä virta että jännite nousevat ja laskevat samalla osuudella tietyllä epäsuhta. · VSWR: VSWR eli jännitteen seisovaaaltosuhde koskee erityisesti syöttölaitteeseen tai siirtojohtoon asetettuja jännitteen pysyviä aaltoja. Koska jännitteen seisoviaaltoja on helpompi havaita, ja monissa tapauksissa jännitteet ovat tärkeämpiä laitteen hajoamisen kannalta, termiä VSWR käytetään usein, erityisesti radiotaajuuden suunnittelualueilla.
Useimmissa käytännön tarkoituksissa ISWR on sama kuin VSWR. Ihanteellisissa olosuhteissa signaalinsiirtojohdon RF-jännite on sama kaikissa linjan kohdissa, jättäen huomiotta linjajohtimien sähkövastuksen aiheuttamat tehohäviöt ja linjajohtimet erottavan dielektrisen materiaalin puutteet. Siksi ihanteellinen VSWR on 1: 1. (Usein SWR-arvo kirjoitetaan yksinkertaisesti suhteen ensimmäisen numeron tai osoittajan muodossa, koska toinen numero tai nimittäjä on aina 1.) Kun VSWR on 1, ISWR on myös 1. Tämä optimaalinen ehto voi ovat olemassa vain, kun kuormalla (kuten antennilla tai langattomalla vastaanottimella), johon RF-teho syötetään, on impedanssi, joka on identtinen siirtolinjan impedanssin kanssa. Tämä tarkoittaa, että kuormitusresistanssin on oltava sama kuin voimajohdon ominaisimpedanssi, eikä kuorma saa sisältää reaktanssia (toisin sanoen kuorman on oltava vapaa induktanssista tai kapasitanssista). Missä tahansa muussa tilanteessa jännite ja virta vaihtelevat linjan eri pisteissä, ja teräsvaijeri ei ole 1.
4. Kuinka VSWR vaikuttaa siirtojärjestelmän suorituskykyyn
On monia tapoja, joilla VSWR vaikuttaa siirtojärjestelmän tai minkä tahansa järjestelmän, joka voi käyttää radiotaajuuksia ja identtisiä impedansseja, suorituskykyyn. Vaikka VSWR: ää käytetään normaalisti, sekä jännite- että virta-aallot voivat aiheuttaa ongelmia.
· Lähettimen vahvistimet voivat vahingoittua: Syöttölaitteessa seisovien aaltojen seurauksena lisääntynyt jännite ja virta voivat vahingoittaa lähettimen lähtötransistoreita. Puolijohdelaitteet ovat erittäin luotettavia, kun niitä käytetään määritellyissä rajoissa, mutta syöttölaitteen jännite ja virta-aallot voivat aiheuttaa katastrofaalisia vaurioita, jos ne saavat laitteen toimimaan rajojensa ulkopuolella.
· PA-suojaus vähentää lähtötehoa: Kun otetaan huomioon todellinen vaara, että korkeat SWR-tasot vahingoittavat tehovahvistinta, monissa lähettimissä on suojapiiri, joka vähentää lähettimen lähtöä SWR: n noustessa. Tämä tarkoittaa, että huono sovitus syöttölaitteen ja antennin välillä johtaa korkeaan SWR: ään, mikä aiheuttaa lähdön vähenemisen ja siten merkittävän lähetystehohäviön.
· Korkea jännite ja virtataso voivat vahingoittaa syöttölaitetta: On mahdollista, että korkean seisovan aaltosuhteen aiheuttama korkea jännite ja virta voivat vahingoittaa syöttölaitetta. Vaikka useimmissa tapauksissa syöttölaitteita käytetään hyvin rajojensa sisällä ja jännitteen ja virran kaksinkertaistamisen pitäisi olla mahdollista, on joissakin tilanteissa vaurioita. Nykyiset maksimit voivat aiheuttaa liiallista paikallista lämmitystä, mikä voi vääristää tai sulattaa käytettyjä muoveja, ja suurten jännitteiden on tiedetty aiheuttavan valokaarta joissakin olosuhteissa.
· Heijastusten aiheuttamat viiveet voivat aiheuttaa vääristymiä: Kun signaali heijastuu väärin, se heijastuu takaisin kohti lähdettä ja voi sitten heijastua takaisin kohti antennia. Viive asetetaan yhtä suureksi kuin signaalin kaksinkertainen lähetysaika syöttölaitteessa. Jos dataa lähetetään, se voi aiheuttaa symboleiden välisiä häiriöitä, ja toisessa esimerkissä, jossa lähetettiin analogista televisiota, nähtiin "haamukuva".
· Signaalin vähennys täydellisesti yhteensopivaan järjestelmään verrattuna: Mielenkiintoista on, että huonon VSWR: n aiheuttama signaalitason menetys ei ole läheskään niin suuri kuin jotkut saattavat kuvitella. Mikä tahansa kuorman heijastama signaali heijastuu takaisin lähettimeen ja koska lähettimen sovittaminen voi mahdollistaa signaalin heijastumisen takaisin antenniin, aiheutuneet häviöt ovat periaatteessa niitä, jotka syöttölaite aiheuttaa. Ohjeena 30 metrin pituinen RG213-koaksiaali, jonka menetys on noin 1.5 dB taajuudella 30 MHz, tarkoittaa, että VSWR: llä toimiva antenni tuottaa vain hieman yli 1 dB: n häviön tällä taajuudella verrattuna täydellisesti sovitettuun antenniin.
Pysyvien aaltojen suhteen mittaamiseen voidaan käyttää monia erilaisia menetelmiä. Intuitiivisin menetelmä käyttää uritettua viivaa joka on osa siirtojohtoa, jossa on avoin aukko, jonka avulla koetin pystyy havaitsemaan todellisen jännitteen linjan eri pisteissä. Täten maksimi- ja minimiarvoja voidaan verrata suoraan. Tätä menetelmää käytetään VHF: llä ja korkeammilla taajuuksilla. Alemmilla taajuuksilla tällaiset linjat ovat epäkäytännöllisesti pitkiä. Suuntakytkimiä voidaan käyttää suurtaajuudella mikroaaltotaajuuksien kautta. Jotkut ovat neljännesaalloja tai pitempiä, mikä rajoittaa niiden käytön korkeampiin taajuuksiin. Muun tyyppiset suuntakytkimet ottavat virran ja jännitteen yhdestä siirtopolun pisteestä ja yhdistävät ne matemaattisesti siten, että ne edustavat yhdessä suunnassa virtaavaa tehoa. Amatöörikäytössä käytettävä yleinen SWR / tehomittari voi sisältää kaksisuuntaisen liittimen. Muut tyypit käyttävät yhtä kytkintä, jota voidaan kääntää 180 astetta näytteen saamiseksi kumpaankin suuntaan. Tämäntyyppisiä yksisuuntaisia liittimiä on saatavana useille taajuusalueille ja tehotasoille ja sopivilla kytkentäarvoilla käytetylle analogiselle mittarille.
Uralinja
Suuntakytkimillä mitattua eteenpäin ja heijastettua tehoa voidaan käyttää SWR: n laskemiseen. Laskelmat voidaan tehdä matemaattisesti analogisessa tai digitaalisessa muodossa tai käyttämällä mittariin sisäänrakennettuja graafisia menetelmiä lisäskaalana tai lukemalla kahden mittarin kahden neulan välisestä risteyskohdasta.
Edellä mainittuja mittauslaitteita voidaan käyttää "linjassa", toisin sanoen lähettimen koko teho voi kulkea mittauslaitteen läpi, jotta SWR: ää voidaan seurata jatkuvasti. Muut instrumentit, kuten verkkoanalysaattorit, pienitehoiset suuntakytkimet ja antennisillat, käyttävät mittaukseen matalaa tehoa, ja ne on kytkettävä lähettimen tilalle. Siltapiirejä voidaan käyttää mittaamaan suoraan kuormitusimpedanssin todelliset ja kuvitteelliset osat ja käyttämään näitä arvoja SWR: n johtamiseksi. Nämä menetelmät voivat tarjota enemmän tietoa kuin pelkkä SWR tai eteenpäin ja heijastunut voima. Erillisantennianalysaattorit käyttävät erilaisia mittausmenetelmiä ja voivat näyttää SWR: n ja muut parametrit, jotka on piirretty taajuuden mukaan. Käyttämällä suuntakytkimiä ja siltaa yhdessä on mahdollista valmistaa linjainstrumentti, joka lukee suoraan monimutkaisessa impedanssissa tai SWR: ssä. Saatavana on myös erillisiä antennianalysaattoreita, jotka mittaavat useita parametreja.
Tehomittari
HUOMAUTUS: Jos SWR-lukemasi on alle 1, sinulla on ongelma. Sinulla voi olla huono SWR-mittari, jotain vikaa antennissasi tai antenniliitännässäsi tai radio voi olla vaurioitunut tai viallinen.
Kun lähetetty aalto osuu rajaan, kuten häviöttömän siirtojohdon ja kuorman väliseen rajaan (kuva 1), osa energiaa siirtyy kuormaan ja osa heijastuu. Heijastuskerroin kuvaa tulevia ja heijastuneita aaltoja seuraavasti:
Γ = V-/V+ (Yhtälö 1)
Missä V- on heijastunut aalto ja V + on tuleva aalto. VSWR liittyy jännitteen heijastuskertoimen suuruuteen (Γ) seuraavalla tavalla:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Yht. 2)
Kuva 1. Siirtojohtopiiri, joka kuvaa impedanssin ristiriitaa siirtolinjan ja kuorman välillä. Heijastukset tapahtuvat by: n osoittamalla rajalla. Tuleva aalto on V + ja heijastava aalto on V-.
VSWR voidaan mitata suoraan SWR-mittarilla. RF-testilaitetta, kuten vektoriverkkoanalysaattoria (VNA), voidaan käyttää mittaamaan tuloportin (S11) ja lähtöportin (S22) heijastuskertoimia. S11 ja S22 vastaavat Γ tulo- ja lähtöportissa. Matematiikoilla varustetut VNA: t voivat myös suoraan laskea ja näyttää tuloksena olevan VSWR-arvon.
Palautushäviö tulo- ja lähtöporteissa voidaan laskea heijastuskertoimesta, S11 tai S22, seuraavasti:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (yhtälö 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (yhtälö 4)
Heijastuskerroin lasketaan siirtojohdon ominaisimpedanssista ja kuormaimpedanssista seuraavasti:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (yhtälö 5)
Missä ZL on kuormitusimpedanssi ja ZO on voimajohdon ominaisimpedanssi (kuva 1).
VSWR voidaan ilmaista myös ZL: nä ja ZO: na. Korvaamalla yhtälö 5 yhtälöllä 2, saadaan:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Kohteille ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Siksi:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Yhtälö 7)
Havaitsimme edellä, että VSWR on spesifikaatio, joka on annettu suhteessa 1: iin, esimerkiksi 1.5: 1. VSWR: llä on kaksi erityistapausta, ∞: 1 ja 1: 1. Ääretön suhde yhteen tapahtuu, kun kuorma on avoin piiri. Suhde 1: 1 tapahtuu, kun kuorma sovitetaan täydellisesti siirtojohdon ominaisimpedanssiin.
VSWR määritetään seisoma-aallosta, joka syntyy itse siirtolinjalla:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Yhtälö 8)
Missä VMAX on suurin amplitudi ja VMIN on seisovan aallon minimi amplitudi. Kahdessa super-asetetussa aallossa maksimi tapahtuu rakentavien häiriöiden avulla tulevien ja heijastuneiden aaltojen välillä. Täten:
VMAX = V + + V- (yht. 9)
maksimaalisen rakentavan häiriön saavuttamiseksi. Pienin amplitudi tapahtuu dekonstruktiivisella häiriöllä tai:
VMIN = V + - V- (yhtälö 10)
Korvaamalla yhtälöt 9 ja 10 yhtälöihin 8, saadaan
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (yhtälö 11)
Kun sähköaalto kulkee antennijärjestelmän eri osien (vastaanotin, syöttölinja, antenni, vapaa tila) läpi, impedansseissa voi olla eroja. Jokaisessa rajapinnassa osa aallon energiasta heijastuu takaisin lähteeseen muodostaen pysyvän aallon syöttölinjassa. Suurimman tehon ja minimitehon suhde aallossa voidaan mitata, ja sitä kutsutaan jännitteen seisovan aallon suhteeksi (VSWR). Alle 1.5: 1 VSWR on ihanteellinen, VSWR 2: 1 katsotaan marginaalisesti hyväksyttäväksi pienitehoisissa sovelluksissa, joissa tehohäviö on kriittisempi, vaikka 6: 1-kokoinen VSWR voi silti olla käyttökelpoinen oikealla laitteet. Siinä tapauksessa, että et välitä matemaattisista yhtälöistä, tässä on pieni huijataulukko-taulukko, joka auttaa ymmärtämään VSWR: n korrelaatiota heijastuneen tehon prosenttimäärään, joka palaa.
VSWR
Palautettu voima
(lähentää)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2.Mitä aiheuttaa korkea VSWR?
Jos VSWR on liian korkea, voi olla, että liikaa energiaa heijastuu takaisin tehovahvistimeen aiheuttaen vahinkoa sisäiselle piirille. Ihanteellisessa järjestelmässä VSWR olisi 1: 1. Korkean VSWR-luokituksen syyt voivat olla väärän kuormituksen käyttö tai jotain tuntematonta, kuten vaurioitunut voimajohto.
