Кој е односот на напон што стои на бран? Како да се пресмета VSWR?
„VSWR (сооднос на застоен бран) е мерка за тоа колку ефикасно се пренесува радиофреквентна моќност од извор на енергија, преку далекувод, во товар (на пример, од засилувач на напојување преку далекувод, до антена ) ". Ова е концептот на VSWR. Повеќе за VSWR, како што се факторите што влијаат на VSWR, влијанието врз системот за пренос, разликата со SWR, итн. Овој напис може да ви даде детално објаснување.
Според Википедија, односот на стоечки бран (SWR) е дефиниран како:
"мерка на импеданса совпаѓање на оптоварувањата со карактеристичната импеданса на далекуводот или брановодот. Несовпаѓањата на импедансата резултираат во стоечки бранови по должината на далекуводот, а SWR се дефинира како однос на амплитудата на парцијалниот стојан бран на антинода (максимум) до амплитудата на јазол (минимум) долж линијата. "
SWR обично се мери со помош на посветен инструмент наречен ан SWR метар. Бидејќи SWR е мерка на импедансата на оптоварување во однос на карактеристичната импеданса на далноводот што се користи (кои заедно го одредуваат коефициентот на рефлексија како што е опишано подолу), дадениот SWR метар може да ја толкува импедансата што ја гледа во смисла на SWR само ако има биле дизајнирани за таа одредена карактеристична импеданса. Во пракса, повеќето далекуводи што се користат во овие апликации се коаксијален кабел со импеданса од 50 или 75 оми, така што повеќето SWR-мерачи одговараат на една од овие.
Проверка на SWR е стандардна процедура во радио станица. Иако истата информација може да се добие со мерење на импедансата на товарот со анализатор на импеданса (или „мост на импеданса“), мерачот SWR е поедноставен и поцврст за оваа намена. Со мерење на големината на несовпаѓањето на импедансата на излезот на предавателот, тој открива проблеми како од антената, така и од далекуводот.
Патем, ако мислите дека никогаш не сте доживеале бран што стои лично, тоа е многу малку веројатно. Стоечките бранови во микробранова печка се причина што храната се готви нерамномерно (вртливата плоча е делумно решение за тој проблем). Брановата должина на сигналот од 2.45 GHz е околу 12 сантиметри, или околу пет инчи. Нулите на зрачењето (и греењето) ќе бидат одделени на растојание слично на брановата должина.
Коефициентот на рефлексија е а параметар што опишува колку електромагнетски бран се рефлектира со дисконтинуитет на импеданса во преносот, еднакво на односот на амплитудата на рефлектираниот бран на инцидентниот бран. Коефициентот на рефлексија е многу корисен квалитет при одредување на VSWR или истражување на совпаѓањето помеѓу, на пример, фидер и товар. Грчката буква Γ обично се користи за коефициент на рефлексија, иако σ е исто така често се гледа.
Коефициент на рефлексија
Користејќи ја основната дефиниција за коефициентот на рефлексија, може да се пресмета од познавање на инцидентот и рефлектираните напони.
каде што:
Г = коефициент на рефлексија
Vref = рефлектиран напон
Vfwd = напон нанапред
2) Повратна загуба и загуба на реверстион
Врати загуба е губење на моќноста на сигналот како резултат на рефлексија на сигналот или враќање со дисконтинуитет во оптички влакна или далекувод, а нејзината единица на изразување е исто така во децибели (dBs). Оваа несовпаѓање на импедансата може да биде со уред вметнат во линијата или со завршно оптоварување. Покрај тоа, загубата на поврат е врска помеѓу коефициентот на рефлексија (Γ) и односот на стоечки бран (SWR), и секогаш е позитивен број, а високата загуба на поврат е поволен параметар за мерење, и обично е во корелација со мало вметнување загуба. Патем, ако ја зголемите загубата на поврат, тоа ќе биде во корелација со понизок SWR.
Губење на сигналот, што се јавува по должината на врската со оптички влакна, се нарекува загуба на вметнување. Меѓутоа, загубата на вметнување е природна појава што се јавува кај сите видови преноси, без разлика дали се работи за податоци или електрични. Понатаму, како што е во основа со сите физички далекуводи или проводни патеки, колку е подолг патот, толку е поголема загубата. Покрај тоа, овие загуби се јавуваат и на секоја точка за поврзување долж линијата, вклучувајќи споеви и приклучоци. Овој конкретен параметар за мерење е изразен во децибели и секогаш треба да биде позитивен број. Сепак, треба, не значи секогаш, и ако случајно е негативно, тоа не е поволен параметар за мерење. Во некои случаи, загубата на вметнување може да се појави како мерење на негативен параметар.
Врати загуба и загуба при вметнување
Сега, дозволете ни детално да го испитаме горенаведениот дијаграм за да добиеме подобро разбирање за тоа како губитокот на вметнување и загубата на повраток комуницираат. Како што можете да видите, инцидентната моќност поминува низ далекуводот од лево додека не стигне до компонентата. Откако ќе ја достигне компонентата, дел од сигналот се рефлектира надолу по далекуводот кон изворот од кој потекнува. Исто така, имајте на ум дека овој дел од сигналот не влегува во компонентата.
Остатокот од сигналот навистина влегува во компонентата. Таму дел се апсорбира, а остатокот поминува низ компонентата во далекуводот од другата страна. Моќта што излегува од компонентата се нарекува пренесена моќ, и е помала од моќта на инцидентот од две причини:
① Еден дел од сигналот се рефлектира.
② Компонентата апсорбира дел од сигналот.
Значи, резимирано, ние изразуваме загуба на вметнување во децибели, и тоа е односот на инцидентната моќ на пренесената моќност. Понатаму, можеме да резимираме дека загубата на поврат, што исто така ја изразуваме во децибели, е односот на инцидентната моќност на рефлектираната моќност. Затоа, можеме да видиме како двата типа на параметри за мерење загуба помагаат прецизно да се измери вкупната ефикасност на мерливиот сигнал и компонента во системот или низ проодната патека.
Во денешните електронски практики, во однос на употребата, загубата на поврат е поповолна од SWR бидејќи овозможува подобра резолуција за помали вредности на рефлектирани бранови.
3) Што е совпаѓање на импеданцијата
Совпаѓањето на импедансата е извор на дизајнирање импеданси на оптоварување за да се минимизира рефлексијата на сигналот или да се зголеми преносот на напојувањето. Во DC кола, изворот и оптоварувањето треба да бидат еднакви. Во наизменичните струјни кола, изворот треба да биде еднаков на товарот или сложениот конјугат на товарот, во зависност од целта. Импедансата (Z) е мерка за спротивставување на електричниот проток, што е комплексна вредност, а реалниот дел се дефинира како отпор (R), а имагинарниот дел се нарекува реактанса (X). Равенката за импеданса е по дефиниција Z = R + jX, каде што j е имагинарната единица. Во DC системите, реактансата е нула, така што импедансата е иста како и отпорноста.
Соодносот на стоечки бран на напон (VSWR) е индикација за количината на несовпаѓање помеѓу антената и линијата за напојување што се поврзува со неа. (Кликнете овде за да ги собереме нашите производи за антена) Ова е исто така познато како сооднос на стоечкиот бран (SWR). Опсегот на вредности за VSWR е од 1 до. Се разгледува вредност на VSWR под 2 соодветен за повеќето апликации за антена. Антената може да се опише дека има „добар натпревар“. Значи, кога некој вели дека антената е слабо совпаѓана, многу често тоа значи дека вредноста на VSWR надминува 2 за фреквенција на интерес. Загубата од поврат е друга спецификација од интерес и е подетално опфатена во делот Теорија на антената. Најчесто потребната конверзија е помеѓу загубата на поврат и VSWR, а некои вредности се табелирани во табелата, заедно со графиконот на овие вредности за брзо повикување.
Ајде да погледнеме брзо видео за VSWR!
2) Фактори Влијае на VSWR
· фреквенција
· Заземјување на антената
· Во близина метални предмети
· Вид на конструкција на антена
· температура
3) SWR vs VSWR vs ISWR vs PSWR
SWR е концепт, односно односот на стоечки бран. VSWR е всушност како се прави мерењето, со мерење на напоните за да се одреди SWR. Можете исто така да го измерите SWR со мерење на струите или дури и моќноста (ISWR и PSWR). Но, за повеќето намери и цели, кога некој вели SWR тие мислат на VSWR, во заеднички разговор тие можат да се заменуваат.
· SWR: SWR се залага за сооднос на стоечки бран. Ги опишува напонските и струјните стоечки бранови што се појавуваат на линијата. Тоа е генерички опис и за струјни и за напонски стоечки бранови. Често се користи заедно со мерачи што се користат за откривање на односот на стоечкиот бран. И струјата и напонот се зголемуваат и паѓаат со иста пропорција за дадена несовпаѓање. · VSWR: Односот на стоечки бран VSWR или напон се однесува специфично на брановите на напон што се поставени на фидер или далекувод. Бидејќи е полесно да се детектираат брановите на напон, а во многу случаи напоните се поважни во однос на распаѓањето на уредот, терминот VSWR често се користи, особено во областите за дизајн на RF.
За повеќето практични цели, ISWR е ист како VSWR. Под идеални услови, RF напонот на сигналната линија е ист во сите точки на линијата, занемарувајќи ги загубите на електрична енергија предизвикани од електричен отпор во жиците на водови и несовршености во диелектричниот материјал што ги одделува проводниците на линијата. Идеалниот VSWR е 1: 1. (Честопати SWR-вредноста е запишана едноставно во однос на првиот број или броителот на односот затоа што вториот број или именителот е секогаш 1.) Кога VSWR е 1, ISWR е исто така 1. Овој оптимален услов може постојат само кога товарот (како антена или безжичен приемник), во кој се испорачува RF напојување, има импеданса идентична на импедансата на далекуводот. Ова значи дека отпорноста на оптоварување мора да биде иста како и карактеристичната импеданса на далекуводот, а товарот не смее да содржи никаква реактанса (т.е. товарот да биде ослободен од индуктивност или капацитивност). Во која било друга ситуација, напонот и струјата флуктуираат на различни точки долж линијата, а SWR не е 1.
4. Како ВСВР влијае на перформансите во системот за пренос
Постојат многу начини на кои VSWR влијае на перформансите на системот за пренос или на кој било систем што може да користи радиофреквенции и идентични импеданси. Иако VSWR се користи нормално, и напонските и струјните бранови можат да предизвикаат проблеми.
· Засилувачите на напојувањето на предавателот може да бидат оштетени: Зголеменото ниво на напон и струја што се гледа на фидер како резултат на стоечките бранови, може да ги оштети излезните транзистори на предавателот. Полупроводничките уреди се многу сигурни ако работат во нивните специфицирани граници, но напонските и струјните стоечки бранови на фидер може да предизвикаат катастрофално оштетување ако предизвикаат измислицата да работи надвор од нивните граници.
· PA Protection ја намалува излезната моќност: Со оглед на реалната опасност од високи нивоа на SWR да предизвикаат оштетување на засилувачот на напојувањето, многу предаватели вклучуваат заштитни кола што го намалуваат излезот од предавателот со зголемувањето на SWR. Ова значи дека лошото совпаѓање помеѓу фидерот и антената ќе резултира во висок SWR што предизвикува намалување на излезот, а со тоа и значителна загуба на пренесената моќност.
· Нивото на висок напон и струја може да го оштети фидер: Можно е високото напонско и струјното ниво предизвикано од високиот однос на стоечки бран да предизвикаат оштетување на фидер. Иако во повеќето случаи со фидерите ќе се работи добро во рамките на нивните граници и треба да може да се прилагодат удвојувањето на напонот и струјата, постојат некои околности кога може да се предизвика штета. Тековните максимуми можат да предизвикаат прекумерно локално загревање што може да ја наруши или стопи употребената пластика, а за некои околности се знае дека високите напони предизвикуваат лак.
· Доцнењата предизвикани од рефлексија може да предизвикаат изобличување: Кога сигналот се рефлектира со несовпаѓање, тој се рефлектира назад кон изворот и може повторно да се рефлектира назад кон антената. Се воведува задоцнување еднакво на двојно повеќе од времето на пренос на сигналот долж фидер. Ако се пренесуваат податоци, ова може да предизвика интер-симбол пречки, и во друг пример каде што се пренесува аналогна телевизија, се гледа „дух“ слика.
· Намалување на сигналот во споредба со системот за совршено совпаѓање: Интересно, загубата во нивото на сигналот предизвикана од лош VSWR не е приближно толку голема како што некои можат да замислат. Секој сигнал што се рефлектира од оптоварувањето, се рефлектира назад до предавателот и бидејќи совпаѓањето на предавателот може да овозможи сигналот повторно да се рефлектира во антената, направените загуби се во основа оние воведени од фидер. Како водич, коаксот RG30 долг 213 метри со загуба од околу 1.5 dB на 30 MHz ќе значи дека антената што работи со VSWR ќе даде загуба од само повеќе од 1dB на оваа фреквенција во споредба со совршено совпадната антена.
Може да се користат многу различни методи за мерење на односот на стоечки бран. Најинтуитивен метод користи дупчена линија што е дел од далекуводот со отворен отвор што и овозможува на сондата да открие вистински напон на различни точки долж линијата. Така, максималните и минималните вредности можат директно да се споредат. Овој метод се користи на VHF и повисоки фреквенции. На пониски фреквенции, ваквите линии се непрактично долги. Насочни спојници може да се користат на HF преку микробранова фреквенција. Некои се долги четвртина бран или повеќе, што ја ограничува нивната употреба на повисоките фреквенции. Другите типови на насочни спојници ги земаат примерокот на струјата и напонот во една точка од патот на преносот и математички ги комбинираат на таков начин што ја претставуваат моќта што тече во една насока. Вообичаениот тип на SWR / мерач на моќност што се користи во аматерска работа може да содржи двоен насочен спојувач. Другите типови користат еден спојник кој може да се ротира за 180 степени за да се примери струјата што тече во која било насока. Еднонасочни спојници од овој тип се достапни за многу опсези на фреквенции и нивоа на моќност и со соодветни вредности на спојување за користениот аналоген метар.
Дупчиња линија
Предната и рефлектираната моќност измерена со насочни спојници може да се искористи за пресметување на SWR. Пресметките може да се направат математички во аналогна или дигитална форма или со употреба на графички методи вградени во мерачот како дополнителна скала или со читање од точката на премин помеѓу две игли на истиот метар.
Горенаведените мерни инструменти може да се користат „во линија“, односно целата моќност на предавателот може да помине низ мерниот уред за да се овозможи континуирано следење на SWR. Другите инструменти, како што се мрежни анализатори, насочни спојници со мала моќност и антенски мостови користат мала моќност за мерење и мора да бидат поврзани на местото на предавателот. Мостовите кола може да се користат за директно мерење на реалните и замислените делови на импедансата на товар и за користење на тие вредности за изведување на SWR. Овие методи можат да обезбедат повеќе информации отколку само SWR или напред и рефлектирана моќност. Самостојните анализатори на антената користат различни методи на мерење и можат да прикажат SWR и други параметри нацртани во однос на фреквенцијата. Со користење на насочни спојници и мост во комбинација, можно е да се направи инструмент во линија што ќе чита директно во сложена импеданса или во SWR. Исто така, достапни се и самостојни анализатори на антени кои мерат повеќе параметри.
Мерач на моќност
ЗАБЕЛЕШКА: Ако вашето читање за SWR е под 1, имате проблем. Можеби имате лош мерач на SWR, нешто што не е во ред со вашата антена или антена, или е можно да имате оштетено или расипано радио.
Кога пренесениот бран ја погоди границата како што е онаа помеѓу далноводот без загуби и оптоварувањето (слика 1), дел од енергијата ќе се пренесе на товарот, а дел ќе се рефлектира. Коефициентот на рефлексија ги поврзува влезните и рефлектираните бранови како:
Γ = V-/V+ (Екви. 1)
Каде што V- е рефлектираниот бран и V + е влезниот бран. VSWR е поврзана со големината на коефициентот на рефлексија на напон (Γ) од:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Равенка 2)
Слика 1. Коло на далекуводот што ја илустрира границата на несовпаѓање на импедансата помеѓу далноводот и товарот. Рефлексиите се јавуваат на границата назначена од Γ. Инцидентниот бран е V + и рефлектирачкиот бран е V-.
VSWR може да се мери директно со SWR метар. Може да се користи RF-тест инструмент како што е анализатор на векторска мрежа (VNA) за мерење на коефициентите на рефлексија на влезната порта (S11) и излезната порта (S22). S11 и S22 се еквивалентни на Γ на влезната и излезната порта, соодветно. VNA-а со режими на математика исто така можат директно да ја пресметаат и прикажат добиената вредност на VSWR.
Загубата на поврат на влезните и излезните порти може да се пресмета од коефициентот на рефлексија, S11 или S22, како што следува:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (равенка 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (равенка 4)
Коефициентот на рефлексија се пресметува од карактеристичната импеданса на далекуводот и импедансата на товарот како што следува:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (Eq. 5)
Каде што ZL е импеданса на товар и ZO е карактеристична импеданса на далекуводот (слика 1).
VSWR може да се изрази и во смисла на ZL и ZO. Заменувајќи ја равенката 5 во равенка 2, добиваме:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ЗЛ + ЗО - | ЗЛ - ЗО |)
За ZL> ZO, | ZL - ZO | = ЗЛ - ЗО
Затоа:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Екви. 7)
Погоре забележавме дека VSWR е спецификација дадена во форма на сооднос во однос на 1, како пример 1.5: 1. Постојат два посебни случаи на VSWR, ∞: 1 и 1: 1. Однос на бесконечност до еден се јавува кога товарот е отворено коло. Однос од 1: 1 се јавува кога товарот е совршено усогласен со карактеристичната импеданса на далекуводот.
VSWR се дефинира од стоечкиот бран што се јавува на самиот далекувод со:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Екви. 8)
Каде што VMAX е максималната амплитуда, а VMIN е минималната амплитуда на стоечкиот бран. Со два супер наметнати бранови, максимумот се јавува со конструктивно мешање помеѓу влезните и рефлектираните бранови. Така:
VMAX = V + + V- (Равенка 9)
за максимално конструктивно мешање. Минималната амплитуда се јавува со деконструктивно мешање или:
VMIN = V + - V- (Рав. 10)
Заменување на равенките 9 и 10 во приносите на равенката 8
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (рав. 11)
Додека електричниот бран патува низ различните делови на системот за антена (приемник, линија за напојување, антена, слободен простор) може да наиде на разлики во импедансите. На секој интерфејс, дел од енергијата на бранот ќе се рефлектира назад до изворот, формирајќи стоечки бран во линијата на напојување. Односот на максимална моќност и минимална моќност во бранот може да се измери и се нарекува сооднос на напон на напон (VSWR). VSWR помал од 1.5: 1 е идеален, VSWR од 2: 1 се смета за маргинално прифатлив во апликации со мала моќност каде што загубата на енергија е покритична, иако VSWR висок до 6: 1 сепак може да биде употреблив со право опрема Само во случај да не се грижите за математички равенки, еве мала табела „измамник“ за да ја разберете корелацијата на VSWR со процентот на рефлектирана моќност што ќе се врати.
VSWR
Вратена моќност
(приближно)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. Што предизвикува висок VSWR?
Ако VSWR е превисок, потенцијално може да има премногу енергија што се рефлектира назад во засилувач на напојувањето, предизвикувајќи оштетување на внатрешните кола. Во идеален систем, би постоел VSWR од 1: 1. Причини за висок рејтинг на VSWR може да бидат употреба на неправилно оптоварување или нешто непознато, како што е оштетен далекувод.
