Mi a feszültség állandó hullámarányának meghatározása?

Meghatározás és háttérEgy rádiófrekvenciás (RF) elektromos átviteli rendszerben az állandó hullámarány (SWR) azt méri, hogy az RF-teljesítmény milyen hatékonyan továbbadódik az energiaforrásról, az átviteli vonalon keresztül és a terhelésre. Általános példa erre az erősítőre, amelyet átviteli vonalon keresztül egy antennához kötöttek.
Az SWR tehát az átvitt és visszavert hullámok aránya. A magas SWR jelzi a gyenge átviteli vonal hatékonyságát és a visszavert energiát, ami károsíthatja az adót és csökkentheti az adó hatékonyságát. Mivel az SWR általában a feszültség arányára utal, ezt általában feszültség állandó hullámarányának (VSWR) nevezik.


VSWR és a rendszer hatékonysága

Ideális rendszerben az energia 100% -a továbbadódik az erőfokozatoktól a terhelésig. Ehhez pontos egyezés szükséges a forrás impedanciája, azaz az átviteli vonal és az összes csatlakozó jellemző impedanciája és a terhelés impedanciája között. A jel váltakozó feszültsége a végétől a végéig ugyanaz lesz, mivel interferencia nélkül halad át.

A valós rendszerekben azonban az eltérő impedanciák azt eredményezik, hogy az erő bizonyos része visszatükröződik a forrás felé (mint visszhang). A reflexiók konstruktív és romboló interferenciát okoznak, amelyek a feszültség csúcsaihoz és völgyeihez vezetnek a vonal mentén, különböző időpontokban és távolságra. A VSWR ezeket a feszültségváltozásokat méri. Ez a távvezeték mentén a legmagasabb feszültség és a legalacsonyabb feszültség aránya.

Mivel a feszültség nem változik egy ideális rendszerben, VSWR értéke 1.0, vagy, amint azt általában az 1: 1 arányban fejezzük ki. Amikor visszaverődések fordulnak elő, a feszültségek változnak és a VSWR magasabb, például 1.2 vagy 1.2: 1.


Visszavert energia

Amikor egy továbbított hullám elér egy olyan határvonalat, mint például az veszteségmentes átviteli vonal és a terhelés (1 ábra), akkor egy rész energiát továbbít a terheléshez, míg más részét visszaverjük. A reflexiós együttható a bejövő és visszavert hullámokhoz kapcsolódik:

Γ = V- / V + (Eq1.)

Ahol V- a visszavert hullám, és V + a bejövő hullám. A VSWR a feszültségvisszaverési együttható nagyságával (Γ) függ össze:

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

A VSWR közvetlenül mérhető egy SWR-mérővel. Az RF teszt eszköz, például a vektorhálózati analizátor (VNA) használható a bemeneti port (S11) és a kimeneti port (S22) reflexiós együtthatóinak mérésére. Az S11 és az S22 egyenértékű a Γ értékkel a bemeneti és a kimeneti porton. A matematikai módú VNA-k közvetlenül kiszámolhatják és megjeleníthetik a kapott VSWR értéket.

A visszatérési veszteség a bemeneti és a kimeneti portokon az S11 vagy S22 reflexiós együtthatóból kiszámítható a következők szerint:

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

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

A reflexiós együtthatót az átviteli vonal jellemző impedanciája és a terhelési impedancia alapján számítják ki a következőképpen:

Γ = (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) (Eq5.)

Ahol ZL a terhelési impedancia és a ZO az erőátviteli vonal jellemző impedanciája.

A VSWR ZL-ben és ZO-ban is kifejezhető. Kicserélve az 5 egyenletet az 2 egyenletre, az alábbiakat kapjuk:

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

ZL> ZO esetén | ZL - ZO | = ZL - ZO

Ebből adódóan:

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

ZL <ZO esetén | ZL - ZO | = ZO - ZL

Ebből adódóan:

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

A fentiekben megjegyeztük, hogy a VSWR az 1-hez viszonyítva formában megadott specifikáció, például 1.5: 1. A VSWR-nek két különleges esete van: ∞: 1 és 1: 1. A végtelenség egyhöz viszonyított aránya akkor fordul elő, ha a terhelés nyitott áramkör. Az 1: 1 hányadosa akkor fordul elő, amikor a terhelés tökéletesen illeszkedik a távvezeték karakterisztikus impedanciájához.

A VSWR az állandó hullám alapján kerül meghatározásra, amely maga a távvezetéknél keletkezik:

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

Ahol VMAX a maximális amplitúdó, a VMIN pedig az állóhullám minimális amplitúdója. Két szuper-előre beállított hullám esetén a maximum a bejövő és a visszavert hullámok közötti építő jellegű interferenciával történik. És így:

VMAX = V + + V- (Eq9.)

A maximális konstruktív interferencia érdekében. A minimális amplitúdó dekonstruktív interferenciával történik, vagy:

VMIN = V + - V- (Eq10.)

Az 9 és 10 egyenleteket helyettesítve az 8 egyenlettel

VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V -) (Eq11.)

Helyettesítve az 1 egyenletet az 11 egyenlettel, az alábbiakat kapjuk:

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

VSWR megfigyelő rendszer

A MAX2016 egy kettős logaritmikus érzékelő / vezérlő, amelyet az antenna VSWR / visszatérő veszteségének figyelésére használnak, amikor párosulnak egy keringtetővel és a csillapítóval. A MAX2016 kiadja a különbséget a két teljesítményérzékelő között.

A MAX2016, a MAX5402 digitális potenciométerrel és a MAX1116 / MAX1117 ADC-vel kombinálva egy komplett VSWR megfigyelő rendszert alkot. A digitális potenciométer feszültség-elosztóként működik a MAX2016 referencia feszültség kimenetének felhasználásával. A belső referenciafeszültség jellemzően az áram 2mA-ját képes forrni. Ez a feszültség beállítja a küszöbértéket a belső komparátor számára (CSETL pin). Riasztást lehet generálni, amikor a kimeneti feszültség átlépte a küszöböt (COUTL pin). A MAX1116 ADC 2.7V – 3.6V tápellátást igényel, míg a MAX1117 ADC 4.5V – 5.5V tápellátást igényel. Az ADC külső referenciafeszültséget is használhat, amelyet a MAX2016 biztosít. A mikrovezérlővel párosított ADC lehetővé teszi az antenna VSWR folyamatos ellenőrzését.

Összegzésként
Összefoglalva, ez az oktatóanyag az SWR vagy a VSWR leírását ismerteti a távvezeték hiányosságainak és hatékonyságának mérésének egyik módjaként. A VSWR a reflexiós együtthatóval függ össze. A magasabb arány nagyobb eltérést mutat, míg az 1: 1 arány tökéletesen illeszkedik. Ez az illesztés vagy eltérés az állóhullám maximális és minimális amplitúdójából adódik. Az SWR az átvitt és visszavert energia aránya. A MAX2016 a VSWR antenna figyelő rendszerének létrehozására szolgáló példaként szolgál.

Lehet is, mint:

Hogyan kell kiszámítani a VSWR-t?

Mi a VSWR: A feszültség állandó hullámaránya?

Mi VSWR és visszatérési veszteség?

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista