Wat is die spanningstaande golfverhouding? Hoe bereken ons VSWR?
"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), is 'n maatstaf vir hoe doeltreffend radiofrekwensie krag vanaf 'n kragbron, deur 'n transmissielyn, in 'n las oorgedra word (byvoorbeeld van 'n kragversterker deur 'n transmissielyn, na 'n antenne ). " Dit is die konsep van VSWR. Meer oor VSWR, soos die beïnvloedingsfaktore van VSWR, die impak op die transmissiestelsel, die verskil met SWR, ens. Hierdie artikel gee u 'n volledige uiteensetting.
Volgens Wikipedia word staande golfverhouding (SWR) gedefinieer as:
"'n maatstaf van impedansie-aanpassing van belastings met die kenmerkende impedansie van 'n transmissielyn of golfgids. Impedans-wanaanpassings lei tot staande golwe langs die transmissielyn, en SWR word gedefinieer as die verhouding van die amplitude van die gedeeltelike staande golf by 'n antinode (maksimum) tot die amplitude by 'n knoop (minimum) langs die lyn. "
SWR word gewoonlik gemeet met 'n toegewyde instrument genaamd an SWR meter. Aangesien SWR 'n maatstaf van die lasimpedansie is in verhouding tot die karakteristieke impedansie van die transmissielyn wat gebruik word (wat saam die refleksiekoëffisiënt bepaal soos hieronder beskryf), kan 'n gegewe SWR-meter die impedansie wat hy sien, slegs interpreteer in terme van SWR is ontwerp vir daardie spesifieke kenmerkende impedansie. In die praktyk is die meeste transmissielyne wat in hierdie toepassings gebruik word, 'n koaksiale kabel met 'n impedansie van 50 of 75 ohm, dus die meeste SWR-meters stem ooreen met een hiervan.
Die kontrolering van die SWR is 'n standaardprosedure in 'n radiostasie. Alhoewel dieselfde inligting verkry kon word deur die vrag se impedansie met 'n impedansie-ontleder (of 'impedansbrug') te meet, is die SWR-meter eenvoudiger en robuuster vir hierdie doel. Deur die grootte van die impedansiewisseling by die sender-uitset te meet, kan dit probleme veroorsaak deur die antenne of die transmissielyn.
Terloops, as jy dink dat jy nog nooit persoonlik 'n staande golf ervaar het nie, is dit baie onwaarskynlik. Staande golwe in 'n mikrogolfoond is die rede dat voedsel ongelyk gekook word (die draaitafel is 'n gedeeltelike oplossing vir die probleem). Die golflengte van die 2.45 GHz sein is ongeveer 12 sentimeter, of ongeveer vyf sentimeter. Nulle in die straling (en verhitting) sal op 'n afstand soos die golflengte geskei word.
Die refleksiekoëffisiënt is a parameter wat beskryf hoeveel van 'n elektromagnetiese golf gereflekteer word deur 'n impedansie-diskontinuïteit in die transmissiemedium, gelykstaande aan die verhouding tussen die amplitude van die gereflekteerde golf en die invallende golf. Die weerkaatsingskoëffisiënt is 'n baie nuttige eienskap by die bepaling van VSWR of die ondersoek tussen byvoorbeeld 'n voerder en 'n las. Die Griekse letter Γ word gewoonlik as refleksiekoëffisiënt gebruik, hoewel σ ook dikwels gesien word.
Refleksiekoëffisiënt
Met behulp van die basiese definisie van die refleksiekoëffisiënt, kan dit bereken word uit kennis van die voorval en weerkaatsde spanning.
Terugkeer verlies is die verlies aan seinvermoë as gevolg van seinweerkaatsing of terugkeer deur 'n diskontinuïteit in 'n optiese veselskakel of transmissielyn, en die uitdrukkingseenheid daarvan is ook in desibels (dB's). Hierdie impedansiewisseling kan wees met 'n toestel wat in die lyn geplaas is of met die beëindigingsbelasting. Verder is terugkeerverlies die verhouding tussen die weerkaatsingskoëffisiënt (Γ) en die staande golfverhouding (SWR), en is dit altyd 'n positiewe getal, en 'n hoë opbrengsverlies is 'n gunstige meetparameter, en dit korreleer gewoonlik met 'n lae invoeging verlies. Terloops, as u die opbrengsverlies verhoog, sal dit korreleer met 'n laer SWR.
Die verlies aan sein, wat kom langs die lengte van 'n veseloptiese skakel voor, word invoegverlies genoem. Inlasieverlies is egter 'n natuurlike voorkoms wat by alle soorte uitsendings voorkom, of dit nou data of elektries is. Aangesien dit by basies alle fisiese transmissielyne of geleidingsbane is, hoe langer die pad, hoe groter is die verlies. Boonop kom hierdie verliese ook by elke verbindingspunt langs die lyn voor, insluitend verbindings en verbindings. Hierdie spesifieke meetparameter word in desibel uitgedruk en moet altyd 'n positiewe getal wees. Moet, beteken egter nie altyd nie, en as dit toevallig negatief is, is dit nie 'n gunstige meetparameter nie. In sommige gevalle kan 'n invoegverlies as 'n negatiewe parametermeting voorkom.
Verlies vir terugkeer en invoeging
Laat ons nou die bostaande diagram uitvoerig ondersoek, sodat ons 'n beter begrip kan kry van hoe invoegingsverlies en opbrengsverlies op mekaar inwerk. Soos u kan sien, beweeg die invallende krag van links af deur 'n transmissielyn totdat dit by die komponent uitkom. Sodra dit by die komponent uitkom, word 'n gedeelte van die sein terug in die transmissielyn gereflekteer in die rigting van die bron waaruit dit gekom het. Onthou ook dat hierdie gedeelte van die sein nie in die komponent kom nie.
Die res van die sein betree inderdaad die komponent. Daar word sommige daarvan opgeneem, en die res gaan deur die komponent na die transmissielyn aan die ander kant. Die krag wat uit die komponent kom, word die uitgestuurde krag genoem, en dit is om twee redes minder as die voorval.
① 'N Gedeelte van die sein word weerkaats.
② Die komponent absorbeer 'n gedeelte van die sein.
Samevattend druk ons dus die invoegingsverlies in desibel uit, en dit is die verhouding tussen invallende krag en uitgesende krag. Verder kan ons saamvat dat die opbrengsverlies, wat ons ook in desibel uitdruk, die verhouding is tussen die invallende krag en die gereflekteerde krag. Daarom kan ons sien hoe die twee tipes verliesmetingsparameters help om die algehele doeltreffendheid van 'n meetbare sein en komponent binne 'n stelsel of in 'n deurpad akkuraat te meet.
In die hedendaagse elektroniese praktyke, wat gebruik betref, is die verlies aan opbrengs verkieslik bo SWR, aangesien dit 'n beter resolusie bied vir kleiner waardes van weerkaatsde golwe.
3) Wat is Impedence Matching
Impedansie-ooreenstemming is ontwerp van bron en laai-impedansies om seinweerkaatsing te minimaliseer of kragoordrag te maksimeer. In GS-stroombane moet die bron en belasting gelyk wees. In wisselstroombane moet die bron gelyk wees aan die las of die komplekse vervoeging van die las, afhangende van die doel. Impedansie (Z) is 'n maatstaf van die teenstand teen elektriese vloei, wat 'n komplekse waarde is, terwyl die werklike deel as die weerstand (R) gedefinieer word, en die denkbeeldige deel word die reaktansie (X) genoem. Die vergelyking vir impedansie is dan per definisie Z = R + jX, waar j die denkbeeldige eenheid is. In GS-stelsels is die reaktansie nul, dus is die impedansie dieselfde as die weerstand.
Die spanningstaande golfverhouding (VSWR) is 'n aanduiding van die hoeveelheid wanverhouding tussen 'n antenne en die toevoerleiding wat daarop aansluit. (Klik na hierdie skakel om ons antennaprodukte te kies) Dit staan ook bekend as die Standing Wave Ratio (SWR). Die reeks waardes vir VSWR is van 1 tot ∞. 'N VSWR-waarde onder 2 word oorweeg geskik vir die meeste antenna-toepassings. Die antenna kan beskryf word as 'n 'goeie pasmaat'. As iemand dus sê dat die antenne nie goed ooreenstem nie, beteken dit baie keer dat die VSWR-waarde 2 oorskry vir 'n interessante frekwensie. Opbrengsverlies is 'n ander spesifikasie van belang en word in die afdeling Antenne Theory in meer besonderhede bespreek. 'N Algemene vereiste omskakeling is tussen opbrengsverlies en VSWR, en sommige waardes word in die tabel getoon, saam met 'n grafiek van hierdie waardes vir vinnige verwysing.
Kom ons kyk vinnig na 'n video oor VSWR!
2) Faktore Beïnvloed VSWR
· Frekwensie
· Antennegrond
· Nabygeleë metaalvoorwerpe
· Tipe antennakonstruksie
· temperatuur
3) SWR vs VSWR vs ISWR vs PSWR
SWR is 'n begrip, dws die staande golfverhouding. VSWR is eintlik hoe u die meting maak, deur die spanning te meet om die SWR te bepaal. U kan ook die SWR meet deur die strome of selfs die krag (ISWR en PSWR) te meet. Maar vir die meeste doeleindes, as iemand SWR sê, bedoel hulle VSWR, is dit in algemene gesprekke uitruilbaar.
· SWR: SWR staan vir staande golfverhouding. Dit beskryf die spanning en die huidige staande golwe wat op die lyn verskyn. Dit is 'n algemene beskrywing vir sowel stroom- as spanningstaande golwe. Dit word dikwels gebruik in samewerking met meters wat gebruik word om die staande golfverhouding op te spoor. Beide stroom en spanning styg en daal met dieselfde verhouding vir 'n gegewe wanverhouding. · VSWR: Die VSWR- of spanningstaande golfverhouding is spesifiek van toepassing op die spanningsstaande golwe wat op 'n toevoer- of transmissielyn ingestel is. Aangesien dit makliker is om die spanningsstaande golwe op te spoor, en in baie gevalle is spanning belangriker in terme van die afbreek van toestelle, word die term VSWR dikwels gebruik, veral binne RF-ontwerpareas.
Vir die meeste praktiese doeleindes is ISWR dieselfde as VSWR. Onder ideale omstandighede is die RF-spanning op 'n seinoordraglyn op alle punte op die lyn dieselfde, terwyl kragverliese deur elektriese weerstand in die leidrade en onvolmaakthede in die diëlektriese materiaal wat die geleiers van mekaar skei, verwaarloos word. Die ideale VSWR is dus 1: 1. (Dikwels word die SWR-waarde eenvoudig geskryf in terme van die eerste getal, of teller, van die verhouding omdat die tweede getal of noemer altyd 1. is.) As die VSWR 1 is, is die ISWR ook 1. Hierdie optimale toestand kan bestaan slegs wanneer die las (soos 'n antenna of 'n draadlose ontvanger) waarin RF-krag gelewer word, 'n impedansie het wat identies is aan die impedansie van die transmissielyn. Dit beteken dat die lasweerstand dieselfde moet wees as die kenmerkende impedansie van die transmissielyn en dat die las geen reaktansie moet bevat nie (dit wil sê die las moet vry wees van induktansie of kapasitansie). In enige ander situasie wissel die spanning en stroom op verskillende punte langs die lyn, en die SWR is nie 1 nie.
4. Hoe VSWR prestasie in die transmissiestelsel beïnvloed
Daar is baie maniere waarop VSWR die prestasie van 'n transmissiestelsel of enige stelsel wat radiofrekwensies en identiese impedansies kan gebruik, beïnvloed. Alhoewel VSWR normaal gebruik word, kan spanning sowel as stroomgolwe probleme veroorsaak.
· Senderkragversterkers kan beskadig word: Die verhoogde spannings- en stroomvlakke wat op die toevoer gesien word as gevolg van die staande golwe, kan die uitsettransistors van die sender beskadig. Halfgeleiertoestelle is baie betroubaar as dit binne hul gespesifiseerde perke bedryf word, maar die spanning en die huidige golwe op die toevoer kan katastrofiese skade veroorsaak as dit veroorsaak dat die apparaat buite hul perke werk.
· PA-beskerming verminder die uitsetkrag: In die lig van die werklike gevaar van hoë SWR-vlakke wat skade aan die kragversterker veroorsaak, bevat baie senders beskermingskringe wat die uitset van die sender verminder as die SWR styg. Dit beteken dat 'n slegte pas tussen die toevoer en die antenne tot 'n hoë SWR sal lei, wat veroorsaak dat die uitset verminder en dus 'n beduidende verlies aan die uitgestuurde krag.
· Hoëspanning en stroomvlakke kan die toevoer beskadig: Dit is moontlik dat die hoë spanning en stroomvlakke wat veroorsaak word deur die hoë staande golfverhouding skade aan die voerder kan veroorsaak. Alhoewel voeders in die meeste gevalle goed binne hul perke sal werk, en die verdubbeling van spanning en stroom moontlik sal wees, kan daar skade veroorsaak word. Die huidige maksimum kan oormatige plaaslike verhitting veroorsaak wat die gebruikte plastiek kan verdraai of smelt, en dit is bekend dat die hoë spanning in sommige omstandighede boog veroorsaak.
· Vertragings deur weerkaatsings kan vervorming veroorsaak: As 'n sein weerspieël word deur 'n wanaanpassing, word dit terug in die rigting van die bron gereflekteer en dan weer terug in die rigting van die antenna weerkaats. 'N Vertraging word ingestel gelyk aan twee keer die transmissietyd van die sein langs die voerder. As data versend word, kan dit inter-simbool interferensie veroorsaak, en in 'n ander voorbeeld waar analoog televisie uitgesaai is, is 'n "spook" -beeld gesien.
· Vermindering van sein in vergelyking met die stelsel wat perfek ooreenstem: Interessant genoeg is die verlies aan seinvlak wat veroorsaak word deur 'n swak VSWR nie naastenby so groot soos sommige dink nie. Enige sein wat deur die las gereflekteer word, word teruggekaats na die sender, en aangesien die ooreenstemming met die sender die sein weer in die antenna kan laat weerkaats, is die verliese wat gely word in wese die wat deur die voerder ingebring word. As 'n riglyn sal 'n lengte van 30 meter RG213 met 'n verlies van ongeveer 1.5 dB by 30 MHz beteken dat 'n antenne wat met 'n VSWR werk, net 'n verlies van net meer as 1 dB teen hierdie frekwensie sal gee, vergeleke met 'n perfek gepaste antenne.
Baie verskillende metodes kan gebruik word om staande golfverhouding te meet. Die mees intuïtiewe metode gebruik 'n gleuflyn wat 'n gedeelte van die transmissielyn is met 'n oop gleuf waarmee 'n sonde die werklike spanning op verskillende punte langs die lyn kan opspoor. Dus kan die maksimum en minimum waardes direk vergelyk word. Hierdie metode word gebruik by VHF en hoër frekwensies. By laer frekwensies is sulke lyne onprakties lank. Rigtingkoppelaars kan by HF gebruik word deur mikrogolf frekwensies. Sommige is 'n kwart golf of langer, wat die gebruik daarvan tot die hoër frekwensies beperk. Ander soorte rigtingkoppelaars steek die stroom en spanning op 'n enkele punt in die transmissieweg af en kombineer dit wiskundig op so 'n manier dat dit die krag wat in een rigting vloei, voorstel. Die algemene tipe SWR / kragmeter wat tydens amateurbedrywighede gebruik word, kan 'n dubbele rigtingskoppeling bevat. Ander soorte gebruik 'n enkele koppelaar wat 180 grade gedraai kan word om krag wat in beide rigtings vloei, te monster. Eenrigtingkoppelaars van hierdie tipe is beskikbaar vir baie frekwensiebereike en drywingsvlakke en met toepaslike koppelingswaardes vir die gebruikte analoogmeter.
Slotlyn
Die voorwaartse en gereflekteerde krag gemeet deur rigtingkoppelaars kan gebruik word om SWR te bereken. Die berekeninge kan wiskundig in analoog of digitale vorm gedoen word, of met behulp van grafiese metodes wat in die meter ingebou is as addisionele skaal, of deur die kruising tussen twee naalde op dieselfde meter te lees.
Bogenoemde meetinstrumente kan 'in lyn' gebruik word, dit wil sê, die volle krag van die sender kan deur die meetapparaat gaan om deurlopende monitering van SWR moontlik te maak. Ander instrumente, soos netwerkontleders, rigtingkoppelaars met lae krag en antennabrugte, gebruik lae krag vir die meting en moet in die plek van die sender gekoppel word. Brugkringe kan gebruik word om die werklike en denkbeeldige dele van 'n laai-impedansie direk te meet en om die waardes te gebruik om SWR af te lei. Hierdie metodes kan meer inligting bied as net SWR of voorwaartse en weerkaatsde krag. Losstaande antenna-ontleders gebruik verskillende meetmetodes en kan SWR en ander parameters vertoon teen frekwensie. Deur rigtingkoppelaars en 'n brug in kombinasie te gebruik, is dit moontlik om 'n lyninstrument te maak wat direk lees in komplekse impedansie of in SWR. Daar is ook alleenstaande antenna-ontleders beskikbaar wat verskeie parameters meet.
'N Kragmeter
NOTA: As u SWR-lesing onder 1 is, het u 'n probleem. U het dalk 'n slegte SWR-meter, iets verkeerd met u antenna- of antennaansluiting, of het moontlik 'n beskadigde of gebrekkige radio.
Wanneer 'n gestuurde golf 'n grens tref, soos die tussen die verlieslose transmissielyn en die las (Figuur 1), sal sommige energie na die las oorgedra word en sommige weerkaats word. Die refleksiekoëffisiënt hou die inkomende en gereflekteerde golwe in verband met:
Γ = V-/V+ (Vgl. 1)
Waar V- die gereflekteerde golf is en V + die inkomende golf is. VSWR hou verband met die grootte van die spanningrefleksiekoëffisiënt (Γ) deur:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Vgl. 2)
Figuur 1. Transmissielynkring wat die impedansiewanpassingsgrens tussen die transmissielyn en die las illustreer. Weerkaatsings vind plaas by die grens aangedui deur Γ. Die invallende golf is V + en die reflektiewe golf is V-.
VSWR kan direk met 'n SWR-meter gemeet word. 'N RF-toetsinstrument soos 'n vektornetwerkanaliseerder (VNA) kan gebruik word om die refleksiekoëffisiënte van die invoerpoort (S11) en die uitvoerpoort (S22) te meet. S11 en S22 is gelyk aan Γ by die inset- en uitsetpoort. Die VNA's met wiskundige modusse kan ook die resulterende VSWR-waarde direk bereken en vertoon.
Die terugkeerverlies by die invoer- en uitsetpoorte kan soos volg bereken word uit die refleksiekoëffisiënt, S11 of S22:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (Vgl. 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (Vgl. 4)
Die refleksiekoëffisiënt word soos volg bereken uit die kenmerkende impedansie van die transmissielyn en die lasimpedansie:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (Vgl. 5)
Waar ZL die lasimpedansie is en ZO die kenmerkende impedansie van die transmissielyn (Figuur 1).
VSWR kan ook uitgedruk word in terme van ZL en ZO. Deur Vergelyking 5 in Vergelyking 2 te vervang, verkry ons:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Vir ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
daarom:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Vgl. 7)
Ons het hierbo opgemerk dat VSWR 'n spesifikasie is wat gegee word in verhoudingvorm relatief tot 1, as voorbeeld 1.5: 1. Daar is twee spesiale gevalle van VSWR, ∞: 1 en 1: 1. 'N Verhouding van oneindigheid tot een kom voor wanneer die las 'n oop stroombaan is. 'N Verhouding van 1: 1 kom voor wanneer die las perfek ooreenstem met die transmissielynkarakteristiese impedansie.
VSWR word gedefinieer vanuit die staande golf wat op die transmissielyn ontstaan, deur:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Vgl. 8)
Waar VMAX die maksimum amplitude is en VMIN die minimum amplitude van die staande golf is. Met twee superopgelegde golwe vind die maksimum plaas met konstruktiewe interferensie tussen die inkomende en gereflekteerde golwe. dus:
VMAX = V + + V- (Vgl. 9)
vir maksimum konstruktiewe inmenging. Die minimum amplitude vind plaas met dekonstruktiewe interferensie, of:
VMIN = V + - V- (Vgl. 10)
Vergelykings 9 en 10 vervang die opbrengste van vergelyking 8
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (Vgl. 11)
Vervang vergelyking 1 in vergelyking 11, ons verkry:
As die elektriese golf deur die verskillende dele van die antennestelsel beweeg (ontvanger, toevoerleiding, antenne, vrye ruimte), kan dit verskille in impedansies ondervind. By elke koppelvlak sal 'n gedeelte van die golf se energie na die bron weerkaats en 'n staande golf in die toevoerlyn vorm. Die verhouding van maksimum drywing tot minimum drywing in die golf kan gemeet word en word die spanning-staan-golf-verhouding (VSWR) genoem. 'N VSWR van minder as 1.5: 1 is ideaal, 'n VSWR van 2: 1 word beskou as marginaal aanvaarbaar in lae-kragtoepassings waar kragverlies kritieser is, alhoewel 'n VSWR so hoog as 6: 1 steeds bruikbaar kan wees met die regte toerusting. Net as u nie vir wiskundige vergelykings omgee nie, is hier 'n klein 'cheat sheet' tabel om die korrelasie tussen VSWR en die persentasie weerkaatsde krag wat sal terugkeer, te verstaan.
VSWR
Teruggestuurde krag
(benader)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. Wat veroorsaak hoë VSWR?
As die VSWR te hoog is, kan daar moontlik te veel energie in 'n kragversterker teruggekaats word, wat die interne stroombane kan beskadig. In 'n ideale stelsel is daar 'n VSWR van 1: 1. Oorsake van 'n hoë VSWR-gradering kan die gebruik van onbehoorlike vrag of iets onbekends soos 'n beskadigde transmissielyn wees.
