Jaká je definice poměru napěťové stojaté vlny?

Definice a pozadíV systému vysokofrekvenčního elektrického přenosu (RF) je poměr stojatých vln (SWR) měřítkem toho, jak účinně je vysokofrekvenční energie přenášena ze zdroje energie, přes přenosové vedení a do zátěže. Běžným příkladem je výkonový zesilovač připojený prostřednictvím přenosového vedení k anténě.
SWR je tedy poměr mezi vysílanými a odraženými vlnami. Vysoký SWR znamená špatnou účinnost přenosové linky a odrazenou energii, která může poškodit vysílač a snížit účinnost vysílače. Protože SWR běžně označuje poměr napětí, je obvykle znám jako poměr napětí stojaté vlny (VSWR).


VSWR a účinnost systému

V ideálním systému je 100% energie přenášeno z výkonových stupňů do zátěže. To vyžaduje přesnou shodu mezi impedancí zdroje, tj. Charakteristickou impedancí přenosového vedení a všech jeho konektorů a impedancí zátěže. Střídavé napětí signálu bude stejné od začátku do konce, protože prochází bez rušení.

Ve skutečných systémech však neodpovídající impedance způsobují, že se část energie odráží zpět ke zdroji (jako ozvěna). Odrazy způsobují konstruktivní a destruktivní rušení, což vede k vrcholům a údolím napětí v různých časech a vzdálenostech podél linie. VSWR měří tyto odchylky napětí. Je to poměr nejvyššího napětí kdekoli podél přenosového vedení k nejnižšímu napětí.

Protože se napětí v ideálním systému nemění, je jeho VSWR 1.0 nebo, jak je běžně vyjádřeno jako poměr 1: 1. Pokud dojde k odrazům, napětí se mění a VSWR je vyšší, například 1.2 nebo 1.2: 1.


Odražená energie

Když přenášená vlna zasáhne hranici, jako je například hranice mezi bezeztrátovým přenosovým vedením a zátěží (obrázek 1), bude do zátěže přenesena určitá energie a část se odrazí. Koeficient odrazu označuje příchozí a odražené vlny jako:

Γ = V- / V + (Eq1.)

Kde V- je odražená vlna a V + je příchozí vlna. VSWR souvisí s velikostí koeficientu odrazu napětí (Γ):

VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Eq2.)

VSWR lze měřit přímo pomocí SWR měřiče. K měření koeficientů odrazu vstupního portu (S11) a výstupního portu (S22) lze použít testovací přístroj RF, jako je vektorový síťový analyzátor (VNA). S11 a S22 jsou ekvivalentní Γ na vstupním a výstupním portu. VNA s matematickými režimy mohou také přímo vypočítat a zobrazit výslednou hodnotu VSWR.

Ztráta návratu na vstupních a výstupních portech lze vypočítat z koeficientu odrazu, S11 nebo S22, takto:

RLIN = 20log10 | S11 | dB (Eq3.)

RLOUT = 20log10 | S22 | dB (Eq4.)

Koeficient odrazu se vypočte z charakteristické impedance přenosového vedení a impedance zátěže takto:

Γ = (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) (EX5.)

Kde ZL je impedance zátěže a ZO je charakteristická impedance přenosového vedení.

VSWR lze také vyjádřit jako ZL a ZO. Nahrazením rovnice 5 do rovnice 2 získáme:

VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)

Pro ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO

Proto:

VSWR = (ZL + ZO + ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO - ZL + ZO) = ZL / ZO. (Eq6.)

Pro ZL <ZO, | ZL - ZO | = ZO - ZL

Proto:

VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL ​​+ ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL (Eq7.)

Výše jsme poznamenali, že VSWR je specifikace uvedená ve formě poměru vzhledem k 1, jako příklad 1.5: 1. Existují dva zvláštní případy VSWR: ∞: 1 a 1: 1. Poměr nekonečna k jednomu nastane, když je zátěž otevřeným obvodem. Poměr 1: 1 nastane, když je zátěž dokonale přizpůsobena impedanci přenosové linky.

VSWR je definována ze stojaté vlny, která vzniká na samotné přenosové lince:

VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Eq8.)

Kde VMAX je maximální amplituda a VMIN je minimální amplituda stojaté vlny. Se dvěma super-uvalenými vlnami dochází k maximálnímu konstruktivnímu rušení mezi příchozími a odraženými vlnami. Tím pádem:

VMAX = V + + V- (Eq9.)

Pro maximální konstruktivní rušení. Minimální amplituda se vyskytuje při dekonstruktivní interferenci nebo:

VMIN = V + - V- (Eq10.)

Nahrazení rovnic 9 a 10 do výnosů rovnice 8

VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V -) (EX11.)

Nahrazujeme rovnici 1 do rovnice 11, získáme:

VSWR = V + (1 + | Γ |) / (V + (1 - | Γ |) = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Eq12.)

Monitorovací systém VSWR

MAX2016 je duální logaritmický detektor / kontrolér, který se používá ke sledování ztráty VSWR / návratu antény, když je spárována s oběhovým čerpadlem a atenuátorem. MAX2016 vydává rozdíl mezi dvěma výkonovými detektory.

MAX2016 v kombinaci s digitálním potenciometrem MAX5402 a MAX1116 / MAX1117 ADC tvoří kompletní monitorovací systém VSWR. Digitální potenciometr funguje jako dělič napětí pomocí výstupu referenčního napětí MAX2016. Vnitřní referenční napětí může obvykle dodávat proud 2mA. Toto napětí nastavuje prahové napětí pro interní komparátor (pin CSETL). Alarm může být generován, když výstupní napětí překročí prahovou hodnotu (pin COUTL). MAX1116 ADC vyžaduje napájení 2.7V až 3.6V, zatímco MAX1117 ADC vyžaduje 4.5V až 5.5V. ADC může také použít externí referenční napětí poskytované MAX2016. ADC spárovaný s mikrokontrolérem umožňuje nepřetržité monitorování VSWR antény.

Shrnutí
Tento přehled popisuje SWR nebo VSWR jako způsob měření nedokonalostí a účinnosti přenosové linky. VSWR souvisí s koeficientem odrazu. Vyšší poměr představuje větší nesoulad, zatímco poměr 1: 1 je dokonale sladěn. Tato shoda nebo neshoda vyplývá z maximální a minimální amplitudy stojaté vlny. SWR souvisí s poměrem mezi vysílanou a odraženou energií. MAX2016 je ukázán jako příklad toho, jak vytvořit systém pro sledování antény VSWR.

Můžete také rád:

Jak vypočítat VSWR

Co je VSWR: Voltage Standing Wave Ratio

Co je PSV a Return Loss?

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv