Що таке коефіцієнт постійної хвилі напруги? Як розрахувати КСВ?
"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)" - це показник того, наскільки ефективно радіочастотна потужність передається від джерела живлення через лінію електропередачі у навантаження (наприклад, від підсилювача потужності через лінію електропередачі до антени ). " Це концепція VSWR. Детальніше про КСВ, такі як фактори впливу КСВ, вплив на систему передачі, різниця з КСВ тощо. Ця стаття може дати вам детальне пояснення.
Відповідно до Вікіпедії, коефіцієнт стоячих хвиль (КВВ) визначається як:
"міра узгодження імпедансу навантажень з характерним імпедансом лінії електропередачі або хвилеводу. Невідповідність імпедансу призводить до стоячих хвиль вздовж лінії електропередачі, і КСВ визначається як відношення амплітуди часткової стоячої хвилі на антивузлі (максимум) до амплітуда у вузлі (мінімальна) вздовж лінії ".
КВП зазвичай вимірюють за допомогою спеціального приладу, званого an Метр SWR. Оскільки КСВ є мірою імпедансу навантаження відносно характерного імпедансу використовуваної лінії електропередачі (який разом визначає коефіцієнт відбиття, як описано нижче), даний КСВ-вимірювач може інтерпретувати імпеданс, який він бачить, як КСВ, лише якщо були розроблені для цього особливого характеристичного імпедансу. На практиці більшість ліній електропередач, що використовуються в цих додатках, є коаксіальними кабелями з імпедансом 50 або 75 Ом, тому більшість КСВ-лічильників відповідають одному з них.
Перевірка КСВ - це стандартна процедура на радіостанції. Хоча ту саму інформацію можна отримати, вимірявши імпеданс навантаження за допомогою аналізатора імпедансу (або "мосту імпедансу"), SWR-метр для цього простіший і надійніший. Вимірюючи величину невідповідності імпедансу на виході передавача, він виявляє проблеми, спричинені або антеною, або лінією передачі.
До речі, якщо ви думаєте, що ніколи особисто не переживали стоячої хвилі, це дуже малоймовірно. Хвилі, що стоять у мікрохвильовій печі, є причиною того, що їжа готується нерівномірно (вертушка є частковим рішенням цієї проблеми). Довжина хвилі сигналу 2.45 ГГц становить близько 12 сантиметрів або близько п’яти дюймів. Нулі випромінювання (і нагрівання) будуть розділятися на відстані, подібній довжині хвилі.
Коефіцієнт відбиття a параметр що описує, наскільки велика частина електромагнітної хвилі відображається розривом імпедансу в середовищі передачі, що дорівнює відношенню амплітуди відбитої хвилі до падаючої хвилі. Коефіцієнт відбиття є дуже корисною якістю при визначенні коефіцієнта коефіцієнта питомого поглинання або дослідженні відповідності, наприклад, подавача та навантаження. Грецька буква Γ зазвичай використовується для коефіцієнта відбиття, хоча σ також часто зустрічається.
Коефіцієнт відбиття
Використовуючи основне визначення коефіцієнта відбиття, його можна обчислити, знаючи падаючої та відбитої напруг.
Зворотні втрати є втратою потужності сигналу внаслідок відбиття або повернення сигналу через розрив у волоконно-оптичній лінії зв'язку або лінії передачі, а його одиниця вираження також знаходиться в децибелах (дБ). Це невідповідність імпедансу може бути з пристроєм, вставленим в лінію, або з кінцевим навантаженням. Більше того, повернення втрат - це співвідношення між коефіцієнтом відбиття (Γ) та коефіцієнтом стоячої хвилі (SWR), і завжди є позитивним числом, а великі втрати віддачі є сприятливим параметром вимірювання, і це, як правило, корелює з низьким введенням втрата. До речі, якщо ви збільшите прибутковість, вона буде корелювати з нижчим коефіцієнтом коефіцієнта корисної дії.
Втрата сигналу, яка відбувається по довжині волоконно-оптичного ланки, називається втратою вставки. Однак втрата вставки - це природне явище, яке трапляється з усіма типами передач, будь то дані або електричні передачі. Крім того, як це відбувається в основному з усіма фізичними лініями передачі або провідними шляхами, чим довший шлях, тим більші втрати. Більше того, ці втрати також виникають у кожній точці з'єднання вздовж лінії, включаючи зрощення та з'єднувачі. Цей конкретний параметр вимірювання виражається в децибелах і завжди повинен мати додатне число. Однак слід, не означає завжди, і якщо випадково, це від'ємне значення, це не є сприятливим параметром вимірювання. У деяких випадках втрата при вставці може виглядати як негативний параметр.
Повернення втрати та втрати вставки
Отже, давайте детально розглянемо наведену діаграму, щоб ми могли краще зрозуміти, як взаємодіють втрати від вставки та зворотні втрати. Як бачите, падаюча потужність рухається по лінії електропередачі зліва, поки не досягне компонента. Як тільки він досягає компонента, частина сигналу відбивається назад по лінії передачі у напрямку до джерела, з якого він надійшов. Також пам’ятайте, що ця частина сигналу не надходить у компонент.
Залишок сигналу дійсно надходить у компонент. Там частина його поглинається, а решта проходить через компонент в лінію електропередачі з іншого боку. Потужність, що виходить з компонента, називається переданою потужністю, і це менше потужності падаючого з двох причин:
① Частина сигналу відображається.
② Компонент поглинає частину сигналу.
Отже, підсумовуючи, ми виражаємо втрати від вставки в децибелах, і це відношення потужності, що падає, до переданої потужності. Крім того, ми можемо підсумувати, що повернення втрат, яке ми також виражаємо в децибелах, є відношенням падаючої потужності до відбитої потужності. Отже, ми можемо побачити, як два типи параметрів вимірювання втрат допомагають точно оцінити загальну ефективність вимірюваного сигналу та компонента в системі або на наскрізному шляху.
У сучасних практиках електроніки, з точки зору використання, повернення втрат є кращим, ніж КСВ, оскільки він забезпечує кращу роздільну здатність для менших значень відбитих хвиль.
3) Що таке відповідність імпедансу
Відповідність імпедансу становить проектування джерела та імпеданси навантаження щоб мінімізувати відображення сигналу або максимізувати передачу потужності. У ланцюгах постійного струму джерело та навантаження повинні бути однаковими. У ланцюгах змінного струму джерело має або дорівнювати навантаженню, або складному спряженому навантаженню, залежно від цілі. Імпеданс (Z) - це міра протистояння електричному потоку, яка є комплексною величиною, а реальна частина визначається як опір (R), а уявна частина називається реактивним опором (X). Тоді рівняння для імпедансу є за визначенням Z = R + jX, де j - уявна одиниця. У системах постійного струму опір дорівнює нулю, тому імпеданс такий же, як і опір.
3. Що таке VSWR (коефіцієнт постійної хвилі напруги)
1) Що означає VSWR
Співвідношення хвилі постійної напруги (VSWR) становить вказівка на величину невідповідності між антеною та лінією живлення, що підключається до неї. (Клацніть тут для вибору наших антенних виробів) Це також відоме як коефіцієнт постійної хвилі (КСВ). Діапазон значень для VSWR становить від 1 до ∞. Враховується значення VSWR під 2 підходящий для більшості програм антен. Антену можна охарактеризувати як “добру відповідність”. Отже, коли хтось каже, що антена погано підібрана, дуже часто це означає, що значення VSWR перевищує 2 для цікавить частоти. Повернення втрат - це ще одна специфіка, що представляє інтерес, і вона детальніше висвітлена в розділі Теорія антен. Зазвичай потрібно перетворення між поверненнями втрат та коефіцієнтом коефіцієнта корисної дії (WSWR), а деякі значення заносяться у таблицю в таблиці разом із графіком цих значень для швидкого ознайомлення.
Давайте зробимо короткий перегляд відео про VSWR!
2) чинники Впливає на VSWR
· частота
· Антена заземлена
· Поруч металеві предмети
· Тип конструкції антени
· температура
3) SWR проти VSWR проти ISWR проти PSWR
КСВ - це поняття, тобто коефіцієнт стоячої хвилі. VSWR - це фактично спосіб вимірювання, вимірюючи напруги для визначення КСВ. Ви також можете виміряти КСВ, вимірюючи струми або навіть потужність (ISWR та PSWR). Але для більшості намірів і цілей, коли хтось каже SWR, вони мають на увазі VSWR, у загальній розмові вони взаємозамінні.
· SWR: SWR означає коефіцієнт стоячої хвилі. Він описує стоячі хвилі напруги та струму, що з’являються на лінії. Це загальний опис як постійних хвиль струму, так і напруги. Він часто використовується разом з лічильниками, що використовуються для виявлення коефіцієнта стоячої хвилі. І струм, і напруга зростають і падають однаково пропорційно для даного невідповідності. · КСВ: VSWR або коефіцієнт стоячої хвилі напруги застосовується конкретно до стоячих хвиль напруги, які встановлені на фідері або лінії передачі. Оскільки легше виявити стоячі хвилі напруги, і в багатьох випадках напруги є більш важливими з точки зору поломки пристрою, термін VSWR часто використовується, особливо в областях проектування ВЧ.
Для більшості практичних цілей ISWR - це те саме, що і VSWR. В ідеальних умовах радіочастотна напруга на лінії передачі сигналу однакова в усіх точках лінії, нехтуючи втратами потужності, спричиненими електричним опором в дротах лінії та недосконалістю діелектричного матеріалу, що розділяє лінійні провідники. Отже, ідеальним коефіцієнтом коефіцієнта коефіцієнта корисної дії є 1: 1. (Часто значення SWR записується просто через перше число або чисельник відношення, оскільки друге число або знаменник завжди дорівнює 1.) Коли VSWR дорівнює 1, ISWR також дорівнює 1. Ця оптимальна умова може існують лише тоді, коли навантаження (наприклад, антена або бездротовий приймач), на яку подається радіочастотна потужність, має імпеданс, ідентичний імпедансу лінії передачі. Це означає, що опір навантаження повинен бути таким, як характеристичний імпеданс лінії електропередачі, а навантаження не повинно містити реактивного опору (тобто навантаження не повинно мати індуктивності або ємності). У будь-якій іншій ситуації напруга і струм коливаються в різних точках вздовж лінії, а КСВ не 1.
4. Як VSWR впливає на продуктивність в системі передачі
Існує багато способів, як VSWR впливає на продуктивність системи передачі або будь-якої системи, яка може використовувати радіочастоти та однакові імпеданси. Хоча VSWR використовується нормально, як хвилі напруги, так і струму можуть викликати проблеми.
· Підсилювачі потужності передавача можуть бути пошкоджені: Підвищені рівні напруги та струму, що спостерігаються на фідері в результаті стоячих хвиль, можуть пошкодити вихідні транзистори передавача. Напівпровідникові прилади дуже надійні, якщо працюють у встановлених межах, але стоячі хвилі напруги та струму на фідері можуть спричинити катастрофічну шкоду, якщо вони змусять пристрій працювати за їх межами.
· PA захист зменшує вихідну потужність: З огляду на дуже реальну небезпеку високого рівня КСВ, що спричиняє пошкодження підсилювача потужності, багато передавачі мають вбудовану схему захисту, яка зменшує вихідну потужність передавача при підйомі КСВ. Це означає, що поганий збіг між живильником та антеною призведе до високого коефіцієнта SWR, що спричинить зменшення вихідної потужності і, отже, значну втрату переданої потужності.
· Висока напруга та рівень струму можуть пошкодити подавач: Можливо, високі рівні напруги та струму, спричинені високим коефіцієнтом стоячих хвиль, можуть спричинити пошкодження живильника. Хоча в більшості випадків живильники будуть працювати належним чином у межах своїх можливостей, і подвоєння напруги та струму повинно бути прийнятним, існують певні обставини, коли може бути заподіяна шкода. Поточні максимуми можуть спричинити надмірне місцеве нагрівання, що може спотворити або розплавити використовувані пластмаси, і, як відомо, високі напруги викликають дугу в деяких обставинах.
· Затримки, викликані відбиттями, можуть спричинити спотворення: Коли сигнал відображається через невідповідність, він відображається назад до джерела, а потім може бути відбитий знову до антени. Вводиться затримка, рівна подвоєному часу передачі сигналу вздовж фідера. Якщо дані передаються, це може спричинити міжсимвольні перешкоди, а в іншому прикладі, коли передавалося аналогове телебачення, було видно зображення "привид".
· Зменшення сигналу в порівнянні з ідеально збіжною системою: Цікаво, що втрата рівня сигналу, спричинена поганим коефіцієнтом шумовіддачі, не настільки велика, як деякі можуть собі уявити. Будь-який сигнал, що відбивається навантаженням, відбивається назад на передавач і, оскільки узгодження на передавачі може дозволити сигналу відбитися назад на антені, понесені втрати в основному полягають у тих, які вносить фідер. Як орієнтир, довжина коаксіального сигналу RG30 довжиною 213 метрів із втратою близько 1.5 дБ на частоті 30 МГц означатиме, що антена, що працює з VSWR, дасть лише втрату трохи більше 1 дБ на цій частоті порівняно з ідеально підібраною антеною.
Для вимірювання коефіцієнта стоячої хвилі можна використовувати багато різних методів. Найінтуїтивніший метод використовує штрихову лінію це ділянка лінії електропередачі з відкритим прорізом, що дозволяє зонду визначати фактичну напругу в різних точках вздовж лінії. Таким чином, максимальні та мінімальні значення можна порівняти безпосередньо. Цей метод застосовується на УКВ та більш високих частотах. На нижчих частотах такі лінії непрактично довгі. Спрямовані муфти можна використовувати на високочастотних частотах через мікрохвильові частоти. Деякі мають довжину чверті хвилі або більше, що обмежує їх використання на більш високих частотах. Інші типи спрямованих муфт відбирають струм і напругу в одній точці шляху передачі та математично поєднують їх таким чином, щоб представляти потужність, що протікає в одному напрямку. Звичайний тип КСВ / вимірювача потужності, що використовується в аматорських операціях, може містити двонаправлену муфту. Інші типи використовують одну муфту, яку можна повернути на 180 градусів для відбору потужності, що протікає в будь-якому напрямку. Односпрямовані муфти цього типу доступні для багатьох діапазонів частот і рівнів потужності, а також з відповідними значеннями зв'язку для використовуваного аналогового лічильника.
Прорізна лінія
Попередня і відбита потужність, виміряна спрямованими муфтами, може використовуватися для обчислення КВП. Обчислення можна проводити математично в аналоговій чи цифровій формі або за допомогою графічних методів, вбудованих у лічильник як додаткову шкалу, або зчитування з точки перетину між двома голками на одному метрі.
Вищезазначені вимірювальні прилади можна використовувати "в ряд", тобто повна потужність передавача може проходити через вимірювальний пристрій, щоб забезпечити постійний контроль КСВ. Інші прилади, такі як мережеві аналізатори, спрямовані роз'єднувачі низької потужності та антенні мости, використовують низьку потужність для вимірювання і повинні бути підключені замість передавача. Місткові схеми можуть бути використані для безпосереднього вимірювання дійсних та уявних частин імпедансу навантаження та для використання цих значень для отримання КСВ. Ці методи можуть надати більше інформації, ніж просто КСВ або пряму та відбиту потужність. Автономні антенні аналізатори використовують різні методи вимірювання і можуть відображати КСВ та інші параметри, нанесені на графік щодо частоти. За допомогою комбінованих спрямованих муфт і моста можна зробити лінійний прилад, який читає безпосередньо зі складним імпедансом або в КСВ. Також доступні автономні аналізатори антен, які вимірюють кілька параметрів.
Лічильник потужності
ПРИМІТКА:
Якщо показник SWR нижче 1, у вас проблема. Можливо, у вас поганий коефіцієнт SWR, щось не так з антеною або підключенням антени, або можливо пошкоджена або несправна радіостанція.
Коли передана хвиля потрапить на таку межу, як така, що знаходиться між лінією передачі без втрат і навантаженням (мал. 1), деяка енергія буде передана навантаження, а частина буде відображена. Коефіцієнт відбиття пов'язує вхідні та відбиті хвилі як:
Γ = V-/V+ (Рівняння 1)
Де V- - відбита хвиля, а V + - хвиля, що надходить. VSWR пов'язаний з величиною коефіцієнта відбиття напруги (Γ) на:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (рівняння 2)
Рисунок 1. Схема лінії передачі, що ілюструє межу невідповідності імпедансу між лінією електропередачі та навантаженням. Відображення відбуваються на межі, позначеній Γ. Падаюча хвиля V +, а відбивна хвиля V-.
VSWR можна виміряти безпосередньо за допомогою вимірювача SWR. Для вимірювання коефіцієнтів відбиття вхідного порту (S11) та вихідного порту (S22) може бути використаний випромінювальний прилад РФ, такий як векторний мережевий аналізатор (VNA). S11 і S22 еквівалентні Γ на вході та виході відповідно. ВНА з математичними режимами також можуть безпосередньо обчислювати та відображати отримане значення VSWR.
Втрати, що повертаються на вхідних і вихідних портах, можна обчислити з коефіцієнта відбиття, S11 або S22, таким чином:
Коефіцієнт відбиття розраховується з характеристичного опору лінії електропередачі та опору навантаження таким чином:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (Рівняння 5)
Де ZL - імпеданс навантаження, а ZO - характеристичний імпеданс лінії електропередачі (рис. 1).
VSWR можна також виразити через ZL та ZO. Підставляючи рівняння 5 в рівняння 2, отримуємо:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Для ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Тому:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Рівняння 7)
Ми вище зазначали, що VSWR - специфікація, подана у формі співвідношення відносно 1, як приклад 1.5: 1. Є два особливих випадки VSWR, ∞: 1 і 1: 1. Відношення нескінченності до одиниці виникає, коли навантаження є розімкнутим контуром. Співвідношення 1: 1 виникає, коли навантаження ідеально відповідає характеристичному опору лінії електропередачі.
VSWR визначається з стоячої хвилі, яка виникає на самій лінії електропередачі:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Рівняння 8)
Де VMAX - максимальна амплітуда, а VMIN - мінімальна амплітуда стоячої хвилі. При двох накладених хвилях максимум відбувається з конструктивними перешкодами між вхідними та відбитими хвилями. Таким чином:
VMAX = V + + V- (рівняння 9)
для максимального конструктивного втручання. Мінімальна амплітуда виникає при деконструктивних перешкодах, або:
VMIN = V + - V- (рівняння 10)
Підстановка рівнянь 9 і 10 в рівняння виходів 8
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (рівняння 11)
1.Що є гарним значенням коефіцієнта коефіцієнта корисної дії
Коли електрична хвиля проходить через різні частини антенної системи (приймач, живильна лінія, антена, вільний простір), вона може зіткнутися з різницею в імпедансах. На кожному інтерфейсі деяка частка енергії хвилі буде відображатись назад до джерела, утворюючи стоячу хвилю в лінії подачі. Відношення максимальної потужності до мінімальної потужності хвилі можна виміряти і називається коефіцієнтом стоячої хвилі напруги (VSWR). VSWR менше 1.5: 1 є ідеальним, VSWR 2: 1 вважається гранично прийнятним у програмах низької потужності, де втрати потужності є більш критичними, хоча VSWR до 6: 1 все ще може бути використаний з правою обладнання. На той випадок, якщо вам не цікаві математичні рівняння, ось невелика таблиця "шпаргалок", яка допоможе зрозуміти кореляцію коефіцієнта коефіцієнта відбиття та відбитої потужності, яка повернеться.
КСВ
Повернута влада
(приблизно)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2.Що спричиняє високий коефіцієнт коефіцієнта корисної дії?
Якщо коефіцієнт коефіцієнта шуму занадто високий, потенційно може бути занадто багато енергії, що відбивається назад в підсилювачі потужності, що може спричинити пошкодження внутрішньої схеми. В ідеальній системі було б коефіцієнт коефіцієнта корисної дії 1: 1. Причинами високого рейтингу VSWR може бути використання неналежного навантаження або чогось невідомого, наприклад, пошкодженої лінії електропередачі.
