Определение и предисторияВ електрическа предавателна система на радиочестота (RF), коефициентът на стояща вълна (SWR) е мярка за това колко ефективно се предава мощност на RF от източника на енергия, през електропровода и към товара. Често срещан пример е усилвател на мощност, свързан през електропровод към антена.
SWR е, следователно, съотношението между предавани и отразени вълни. Високият SWR показва лоша ефективност на предавателната линия и отразената енергия, което може да повреди предавателя и да намали ефективността на предавателя. Тъй като SWR обикновено се отнася до съотношението на напрежението, обикновено е известно като съотношение на напрежение стояща вълна (VSWR).

VSWR и системна ефективност

В идеална система 100% от енергията се предава от етапите на мощност към товара. Това изисква точно съвпадение между импеданса на източника, т.е. характерния импеданс на електропровода и всичките му съединители и импеданса на товара. Променливотоковото напрежение на сигнала ще бъде същото от край до край, тъй като преминава през без смущения.

В реалните системи обаче несъответстващите импеданси предизвикват отразяване на част от силата обратно към източника (като ехо). Отраженията предизвикват конструктивни и разрушителни смущения, водещи до върхове и долини в напрежението в различни периоди и разстояния по линията. VSWR измерва тези отклонения на напрежението. Това е съотношението на най-високото напрежение навсякъде по линията на пренос към най-ниското напрежение.

Тъй като напрежението не варира в идеална система, VSWR е 1.0 или, както обикновено се изразява като съотношение 1: 1. Когато се появят отражения, напреженията варират и VSWR е по-висока, например 1.2 или 1.2: 1.

Отразена енергия

Когато предавана вълна удари граница, като тази между линията на загуба без загуба и натоварване (Фигура 1), част от енергията ще бъде предадена на товара, а част ще бъде отразена. Коефициентът на отражение свързва входящите и отразените вълни като:

Γ = V- / V + (Eq1.)

Където V- е отразената вълна, а V + е входящата вълна. VSWR е свързан с величината на коефициента на отражение на напрежението (Γ) от:

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

VSWR може да се измерва директно с SWR метър. RF инструмент за изпитване, като анализатор на векторна мрежа (VNA), може да се използва за измерване на коефициентите на отражение на входния порт (S11) и изходния порт (S22). S11 и S22 са еквивалентни на Γ на входа и изхода съответно. VNA с математически режими също могат директно да изчислят и покажат получената VSWR стойност.

Загубата на връщане във входните и изходните портове може да бъде изчислена от коефициента на отражение, S11 или S22, както следва:

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

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

Коефициентът на отражение се изчислява от характеристичния импеданс на електропровода и импеданса на натоварването, както следва:

Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (Eq5.)

Където ZL е импедансът на натоварването и ZO е характерният импеданс на електропровода.

VSWR може да се изрази и като ZL и ZO. Замествайки уравнение 5 в уравнение 2, получаваме:

За ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO

Следователно:

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

За ZL <ZO, | ZL - ZO | = ZO - ZL

Следователно:

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

По-горе отбелязахме, че VSWR е спецификация, дадена в съотношение форма спрямо 1, като пример 1.5: 1. Има два специални случая на VSWR, ∞: 1 и 1: 1. Съотношение безкрайност към едно възниква, когато натоварването е отворена верига. Съотношение 1: 1 възниква, когато натоварването е перфектно съчетано с характеристичния импеданс на електропровода.

VSWR се дефинира от стоящата вълна, възникваща в самата електропровода чрез:

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

Където VMAX е максималната амплитуда и VMIN е минималната амплитуда на стоящата вълна. При две супер-наложени вълни, максимумът се получава при конструктивна намеса между входящите и отразените вълни. По този начин:

VMAX = V + + V- (Eq9.)

За максимална конструктивна намеса. Минималната амплитуда възниква при деконструктивна намеса или:

VMIN = V + - V- (Eq10.)

Заместване на уравнения 9 и 10 в уравнения 8

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

Заместваме уравнението 1 в уравнение 11, получаваме:

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

VSWR система за наблюдение

MAX2016 е двоен логаритмичен детектор / контролер, използван за наблюдение на VSWR / връщането на загуба на антена, когато е сдвоен с циркулатор и атенюатор. MAX2016 извежда разликата между двата мощностни детектора.

MAX2016 комбиниран с цифровия потенциометър MAX5402 и MAX1116 / MAX1117 ADC образува цялостна система за наблюдение VSWR. Цифровият потенциометър действа като разделител на напрежението, като използва изходното напрежение на MAX2016. Вътрешното референтно напрежение обикновено може да генерира ток 2mA. Това напрежение задава праговото напрежение за вътрешния компаратор (pin CSETL). Може да се генерира аларма, когато изходното напрежение прекрачи прага (pin COUTL). MAX1116 ADC изисква захранване от 2.7V към 3.6V, докато MAX1117 ADC изисква 4.5V до 5.5V. ADC може да използва и външно референтно напрежение, осигурено от MAX2016. ADC, сдвоен с микроконтролера, позволява постоянно наблюдение на VSWR на антената.

Oбобщение
В преглед този урок описва SWR или VSWR като начин за измерване на несъвършенствата и ефективността на електропровода. VSWR е свързан с коефициента на отражение. По-високото съотношение изобразява по-голямо несъответствие, докато съотношението 1: 1 е перфектно съчетано. Това съвпадение или несъответствие възниква от максималната и минимална амплитуда на стоящата вълна. SWR е свързан със съотношението между предавана и отразена енергия. MAX2016 е показан като пример за това как да създадете система за наблюдение на антената VSWR.

Може да Ви хареса:

Как да се изчисли VSWR

Какво е VSWR: Съотношение на напрежението в постоянна вълна

Каква е VSWR и връщане загуба?

Предишна:Как да изберем портативни цифрови аудио записи

Следващия:Как да изберем съответния конектор за захранващия кабел