Gerilim Daimi Dalga Oranı nedir? VSWR nasıl hesaplanır?
"VSWR (Gerilim Daimi Dalga Oranı), radyo frekansı gücünün bir güç kaynağından bir iletim hattı vasıtasıyla bir yüke (örneğin, bir güç amplifikatöründen bir iletim hattı vasıtasıyla bir antene) ne kadar verimli bir şekilde iletildiğinin bir ölçüsüdür. ). " VSWR kavramı budur. VSWR'yi etkileyen faktörler, iletim sistemi üzerindeki etki, SWR ile fark, vb. Gibi VSWR hakkında daha fazla bilgi Bu makale size ayrıntılı bir açıklama verebilir.
Wikipedia'ya göre, duran dalga oranı (SWR) şu şekilde tanımlanmıştır:
"bir iletim hattının veya dalga kılavuzunun karakteristik empedansıyla yüklerin empedans eşleşmesinin bir ölçüsü. Empedans uyumsuzlukları, iletim hattı boyunca duran dalgalara neden olur ve SWR, bir antinoddaki (maksimum) kısmi duran dalganın genliğinin oranı olarak tanımlanır. çizgi boyunca bir düğümdeki (minimum) genlik. "
SWR genellikle, SWR ölçer. SWR, kullanımdaki iletim hattının karakteristik empedansına göre yük empedansının bir ölçüsü olduğundan (aşağıda açıklandığı gibi yansıma katsayısını birlikte belirler), belirli bir SWR ölçer, gördüğü empedansı yalnızca SWR cinsinden yorumlayabilir. o özel karakteristik empedans için tasarlanmıştır. Pratikte, bu uygulamalarda kullanılan çoğu iletim hattı 50 veya 75 ohm'luk bir empedansa sahip koaksiyel kablodur, bu nedenle çoğu SWR ölçer bunlardan birine karşılık gelir.
SWR'yi kontrol etmek, bir radyo istasyonunda standart bir prosedürdür. Aynı bilgi, bir empedans analizörü (veya "empedans köprüsü") ile yükün empedansını ölçerek elde edilebilmesine rağmen, SWR ölçer bu amaç için daha basit ve daha sağlamdır. Verici çıkışındaki empedans uyumsuzluğunun büyüklüğünü ölçerek, anten veya iletim hattından kaynaklanan sorunları ortaya çıkarır.
Bu arada, kişisel olarak hiç ayakta duran bir dalgayı yaşamadığınızı düşünüyorsanız, bu pek olası değildir. Mikrodalga fırında duran dalgalar, yiyeceklerin eşit olmayan şekilde pişirilmesinin nedenidir (döner tabla, bu soruna kısmi bir çözümdür). 2.45 GHz sinyalin dalga boyu yaklaşık 12 santimetre veya yaklaşık beş inçtir. Radyasyondaki (ve ısıtmadaki) boşluklar, dalga boyuna benzer bir mesafede ayrılacaktır.
Yansıma katsayısı bir parametre Bu, bir elektromanyetik dalganın ne kadarının iletim ortamında bir empedans süreksizliği tarafından yansıtıldığını açıklar ve yansıyan dalganın genliğinin gelen dalgaya oranına eşittir. Yansıma katsayısı, VSWR'yi belirlerken veya örneğin bir besleyici ve bir yük arasındaki eşleşmeyi araştırırken çok yararlı bir kalitedir. Yunan harfi Γ genellikle yansıma katsayısı için kullanılır, ancak σ de sıklıkla görülür.
Yansıma katsayısı
Yansıma katsayısının temel tanımını kullanarak, bir bilgiden hesaplanabilir. olay ve yansıyan voltajlar.
Kaybı Dönüş bir fiber-optik bağlantı veya iletim hattındaki bir kesintiden kaynaklanan sinyal yansıması veya geri dönüşü nedeniyle sinyal gücü kaybıdır ve ifade birimi de desibel (dBs) cinsindendir. Bu empedans uyumsuzluğu, hatta bir cihaz yerleştirildiğinde veya sonlandırıcı yük ile olabilir. Ayrıca, geri dönüş kaybı, hem yansıma katsayısı (Γ) hem de duran dalga oranı (SWR) arasındaki ilişkidir ve her zaman pozitif bir sayıdır ve yüksek bir geri dönüş kaybı, uygun bir ölçüm parametresidir ve tipik olarak düşük bir ekleme ile ilişkilidir. kayıp. Bu arada, geri dönüş kaybını artırırsanız, daha düşük bir SWR ile ilişkilendirilecektir.
Sinyal kaybı bir fiber optik bağlantının uzunluğu boyunca oluşur, ekleme kaybı olarak adlandırılır. Bununla birlikte, ekleme kaybı, ister veri ister elektrik olsun, tüm iletim türlerinde meydana gelen doğal bir olaydır. Dahası, temelde tüm fiziksel iletim hatlarında veya iletken yollarda olduğu gibi, yol ne kadar uzunsa kayıp o kadar yüksek olur. Ayrıca bu kayıplar, ek yerleri ve konektörler dahil hat boyunca her bağlantı noktasında da meydana gelir. Bu özel ölçüm parametresi desibel olarak ifade edilir ve her zaman pozitif bir sayı olmalıdır. Ancak, gerekir, her zaman anlamına gelmez ve tesadüfen negatifse, bu uygun bir ölçüm parametresi değildir. Bazı durumlarda, bir ekleme kaybı, negatif bir parametre ölçümü olarak görünebilir.
İade Kaybı ve Ekleme Kaybı
Öyleyse şimdi, ekleme kaybı ve dönüş kaybının nasıl etkileşime girdiğini daha iyi anlayabilmemiz için yukarıdaki diyagramı ayrıntılı olarak inceleyelim. Gördüğünüz gibi, olay gücü, bileşene ulaşana kadar soldan bir iletim hattından aşağı doğru ilerler. Bileşene ulaştığında, sinyalin bir kısmı iletim hattından geldiği kaynağa doğru geri yansıtılır. Ayrıca, sinyalin bu kısmının bileşene girmediğini unutmayın.
Sinyalin geri kalanı gerçekten de bileşene girer. Orada bir kısmı emilir ve geri kalanı bileşenin içinden diğer taraftaki iletim hattına geçer. Bileşenden çıkan güce, iletilen güç denir., ve iki nedenden dolayı olay gücünden daha azdır:
① Sinyalin bir kısmı yansıtılır.
② Bileşen, sinyalin bir bölümünü emer.
Özetle, ekleme kaybını desibel olarak ifade ediyoruz ve bu, gelen gücün iletilen güce oranıdır. Ayrıca, desibel olarak da ifade ettiğimiz geri dönüş kaybının, olay gücünün yansıyan güce oranı olduğunu da özetleyebiliriz. Bu nedenle, iki tür kayıp ölçüm parametresinin, bir sistem içindeki veya bir geçiş yolundaki ölçülebilir bir sinyalin ve bileşenin genel verimliliğini doğru bir şekilde ölçmeye nasıl yardımcı olduğunu görebiliriz.
Günümüzün elektronik uygulamalarında, yansıyan dalgaların daha küçük değerleri için daha iyi çözünürlük sağladığından, kullanım açısından geri dönüş kaybı SWR'ye tercih edilir.
3) Empedans Eşleştirme nedir
Empedans uyumu kaynak tasarlama ve yük empedansları sinyal yansımasını en aza indirmek veya güç aktarımını maksimize etmek için. DC devrelerinde kaynak ve yük eşit olmalıdır. AC devrelerinde, hedefe bağlı olarak kaynak, yüke veya yükün karmaşık konjugatına eşit olmalıdır. Empedans (Z), gerçek kısmı direnç (R) olarak tanımlanmış karmaşık bir değer olan elektrik akışına karşıtlığın bir ölçüsüdür ve hayali kısım reaktans (X) olarak adlandırılır. Empedans denklemi o zaman tanım gereği Z = R + jX'dir, burada j sanal birimdir. DC sistemlerde reaktans sıfırdır, bu nedenle empedans dirençle aynıdır.
Gerilim Daimi Dalga Oranı (VSWR) uyumsuzluk miktarının bir göstergesi bir anten ile ona bağlanan besleme hattı arasında. (Tıklayın okuyun Anten ürünlerimizi seçmek için) Bu aynı zamanda Duran Dalga Oranı (SWR) olarak da bilinir. VSWR için değer aralığı 1'den ∞'a kadardır. 2'nin altındaki bir VSWR değeri dikkate alınır uygun çoğu anten uygulaması için. Anten, “İyi Eşleşme” olarak tanımlanabilir. Bu nedenle, birisi antenin kötü eşleştiğini söylediğinde, çoğu zaman bu, ilgilenilen bir frekans için VSWR değerinin 2'yi aştığı anlamına gelir. Geri dönüş kaybı, ilgi konusu olan başka bir özelliktir ve Anten Teorisi bölümünde daha ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Yaygın olarak gerekli bir dönüşüm, dönüş kaybı ile VSWR arasındadır ve bazı değerler, hızlı başvuru için bu değerlerin bir grafiğiyle birlikte grafikte tablo halinde verilmiştir.
VSWR hakkında hızlı bir izleme videosu çekelim!
2) Faktörler VSWR'yi etkiler
· Sıklık
· Anten zemini
· Yakındaki metal nesneler
· Anten yapısı türü
· Sıcaklık
3) SWR, VSWR, ISWR ve PSWR
SWR bir kavramdır, yani duran dalga oranı. VSWR, SWR'yi belirlemek için gerilimleri ölçerek aslında ölçümü nasıl yaptığınızdır. SWR'yi akımları ve hatta gücü (ISWR ve PSWR) ölçerek de ölçebilirsiniz. Ancak çoğu niyet ve amaç için, birisi SWR dediğinde VSWR anlamına gelir, ortak konuşmada bunlar birbirinin yerine kullanılabilir.
· SWR: SWR, duran dalga oranını ifade eder. Hat üzerinde görünen voltaj ve mevcut duran dalgaları tanımlar. Hem akım hem de gerilim durağan dalgalar için genel bir tanımdır. Genellikle duran dalga oranını tespit etmek için kullanılan sayaçlarla birlikte kullanılır. Belirli bir uyumsuzluk için hem akım hem de voltaj aynı oranda yükselir ve düşer. · VSWR: VSWR veya gerilim durağan dalga oranı, özellikle bir besleyici veya iletim hattında kurulu gerilim durağan dalgalar için geçerlidir. Durağan voltaj dalgalarını tespit etmek daha kolay olduğundan ve birçok durumda voltajlar, cihaz arızası açısından daha önemli olduğundan, VSWR terimi, özellikle RF tasarım alanlarında sıklıkla kullanılır.
Çoğu pratik amaç için ISWR, VSWR ile aynıdır. İdeal koşullar altında, bir sinyal iletim hattındaki RF voltajı hattın tüm noktalarında aynıdır ve hat tellerindeki elektrik direncinin neden olduğu güç kayıplarını ve hat iletkenlerini ayıran dielektrik malzemedeki kusurları ihmal eder. Bu nedenle ideal VSWR 1: 1'dir. (Çoğunlukla SWR değeri, oranın ilk numarası veya payına göre yazılır çünkü ikinci sayı veya payda her zaman 1'dir.) VSWR 1 olduğunda, ISWR de 1'dir. Bu optimum koşul olabilir yalnızca, içine RF gücünün verildiği yük (anten veya kablosuz alıcı gibi) iletim hattının empedansına özdeş bir empedansa sahip olduğunda mevcuttur. Bu, yük direncinin iletim hattının karakteristik empedansı ile aynı olması gerektiği ve yükün hiçbir reaktans içermemesi gerektiği anlamına gelir (yani, yükte endüktans veya kapasitans olmamalıdır). Başka herhangi bir durumda, voltaj ve akım hat boyunca çeşitli noktalarda dalgalanır, ve SWR 1 değil.
4. VSWR, İletim Sistemindeki Performansı Nasıl Etkiler?
VSWR'nin bir iletim sisteminin veya radyo frekanslarını ve aynı empedansları kullanabilen herhangi bir sistemin performansını etkilemesinin birçok yolu vardır. VSWR normal olarak kullanılmasına rağmen, hem voltaj hem de akım dalgaları sorunlara neden olabilir.
· Verici güç amplifikatörleri hasar görebilir: Duran dalgaların bir sonucu olarak besleyicide görülen artan voltaj ve akım seviyeleri, vericinin çıkış transistörlerine zarar verebilir. Yarı iletken cihazlar, belirtilen limitler dahilinde çalıştırılırsa çok güvenilirdir, ancak besleyicideki voltaj ve mevcut duran dalgalar, cihazın limitlerinin dışında çalışmasına neden olurlarsa feci hasara neden olabilir.
· PA Koruması çıkış gücünü azaltır: Güç amplifikatörüne zarar veren yüksek SWR seviyelerinin gerçek tehlikesi göz önüne alındığında, birçok verici, SWR yükseldikçe vericiden gelen çıkışı azaltan koruma devresi içerir. Bu, besleyici ve anten arasındaki zayıf bir eşleşmenin, çıktının azalmasına ve dolayısıyla iletilen güçte önemli bir kayba neden olan yüksek bir SWR ile sonuçlanacağı anlamına gelir.
· Yüksek voltaj ve akım seviyeleri besleyiciye zarar verebilir: Yüksek duran dalga oranının neden olduğu yüksek voltaj ve akım seviyelerinin besleyiciye zarar vermesi mümkündür. Çoğu durumda, besleyiciler sınırları dahilinde iyi bir şekilde çalıştırılacak ve gerilim ve akımın iki katına çıkması sağlanabilmesine rağmen, hasara neden olabilecek bazı durumlar vardır. Maksimum akım, kullanılan plastikleri bozabilecek veya eritebilecek aşırı yerel ısınmaya neden olabilir ve yüksek voltajların bazı durumlarda ark oluşumuna neden olduğu bilinmektedir.
· Yansımaların neden olduğu gecikmeler bozulmaya neden olabilir: Bir sinyal uyumsuz olarak yansıtıldığında, kaynağa doğru yansıtılır ve ardından tekrar antene doğru yansıtılır. Besleyici boyunca sinyalin iletim süresinin iki katına eşit bir gecikme uygulanır. Veri aktarılıyorsa, bu, semboller arası girişime neden olabilir ve analog televizyonun iletildiği başka bir örnekte, bir "hayalet" görüntü görüldü.
· Mükemmel uyumlu sisteme kıyasla sinyalde azalma: İlginç bir şekilde, zayıf bir VSWR'nin neden olduğu sinyal seviyesindeki kayıp, bazılarının hayal edebileceği kadar büyük değil. Yük tarafından yansıtılan herhangi bir sinyal, vericiye geri yansıtılır ve vericide eşleştirme, sinyalin tekrar antene yansıtılmasını sağlayabildiğinden, oluşan kayıplar temelde besleyici tarafından girilen kayıplardır. Bir kılavuz olarak, 30 MHz'de yaklaşık 213 dB'lik bir kayıp ile 1.5 metre uzunluğunda bir RG30 koaksisi, bir VSWR ile çalışan bir antenin, mükemmel bir şekilde eşleşen bir antene kıyasla bu frekansta yalnızca 1 dB'nin biraz üzerinde bir kayıp vereceği anlamına gelecektir.
Duran dalga oranını ölçmek için birçok farklı yöntem kullanılabilir. En sezgisel yöntem oluklu bir çizgi kullanır bu, bir probun hat boyunca çeşitli noktalarda gerçek voltajı tespit etmesine izin veren açık bir yuvaya sahip iletim hattının bir bölümüdür. Böylece maksimum ve minimum değerler doğrudan karşılaştırılabilir. Bu yöntem VHF ve daha yüksek frekanslarda kullanılır. Daha düşük frekanslarda, bu tür çizgiler pratik olarak uzundur. Yönlü kuplörler HF'de mikrodalga frekansları ile kullanılabilir. Bazıları çeyrek dalga veya daha uzundur, bu da kullanımlarını daha yüksek frekanslarla sınırlar. Diğer yönlü kuplör türleri, iletim yolundaki tek bir noktadaki akımı ve gerilimi örnekler ve bunları tek yönde akan gücü temsil edecek şekilde matematiksel olarak birleştirir. Amatör operasyonlarda kullanılan yaygın SWR / güç ölçer tipi, çift yönlü bir kuplör içerebilir. Diğer tipler, her iki yönde akan gücü örneklemek için 180 derece döndürülebilen tek bir bağlayıcı kullanır. Bu tipteki tek yönlü kuplörler, birçok frekans aralığı ve güç seviyesi için ve kullanılan analog sayaç için uygun kuplaj değerleri ile mevcuttur.
Oluklu Çizgi
Yönlü kuplörlerle ölçülen ileri ve yansıyan güç, SWR'yi hesaplamak için kullanılabilir. Hesaplamalar matematiksel olarak analog veya dijital formda veya ek bir ölçek olarak sayacın içine yerleştirilmiş grafiksel yöntemler kullanılarak veya aynı sayaçtaki iki iğne arasındaki geçiş noktasından okunarak yapılabilir.
Yukarıdaki ölçüm cihazları "sıralı" olarak kullanılabilir, yani vericinin tam gücü, SWR'nin sürekli izlenmesine izin verecek şekilde ölçüm cihazından geçebilir. Ağ analiz cihazları, düşük güçlü yönlü kuplörler ve anten köprüleri gibi diğer cihazlar, ölçüm için düşük güç kullanır ve vericinin yerine bağlanmalıdır. Köprü devreleri, bir yük empedansının gerçek ve sanal kısımlarını doğrudan ölçmek ve bu değerleri SWR'yi elde etmek için kullanmak için kullanılabilir. Bu yöntemler sadece SWR veya ileri ve yansıyan güçten daha fazla bilgi sağlayabilir. Bağımsız anten analizörleri, çeşitli ölçüm yöntemleri kullanır ve frekansa karşı çizilen SWR ve diğer parametreleri görüntüleyebilir. Yönlü kuplörleri ve bir köprüyü birlikte kullanarak, doğrudan karmaşık empedans veya SWR'de okuyan bir hat içi enstrüman yapmak mümkündür. Birden fazla parametreyi ölçen bağımsız anten analizörleri de mevcuttur.
Bir güç ölçer
NOT: SWR okumanız 1'in altındaysa, bir sorununuz var demektir. Bozuk bir SWR ölçüm cihazınız, anten veya anten bağlantınızda bir sorun olabilir veya muhtemelen hasarlı veya kusurlu bir telsiziniz olabilir.
İletilen bir dalga kayıpsız iletim hattı ile yük arasındaki sınır gibi çarptığında (Şekil 1), yüke bir miktar enerji iletilir ve bir kısmı yansıtılır. Yansıma katsayısı, gelen ve yansıyan dalgaları şöyle ifade eder:
Γ = V-/V+ (Denklem 1)
Burada V, yansıyan dalgadır ve V + gelen dalgadır. VSWR, voltaj yansıma katsayısının (Γ) büyüklüğü ile ilgilidir:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Denklem 2)
Şekil 1. İletim hattı ile yük arasındaki empedans uyumsuzluğu sınırını gösteren iletim hattı devresi. Yansımalar, Γ ile gösterilen sınırda meydana gelir. Gelen dalga V + ve yansıtıcı dalga V-'dir.
VSWR doğrudan bir SWR ölçer ile ölçülebilir. Vektör ağ analizörü (VNA) gibi bir RF test cihazı, giriş portunun (S11) ve çıkış portunun (S22) yansıma katsayılarını ölçmek için kullanılabilir. S11 ve S22, sırasıyla giriş ve çıkış portundaki Γ ile eşdeğerdir. Matematik modlu VNA'lar da sonuçta elde edilen VSWR değerini doğrudan hesaplayabilir ve görüntüleyebilir.
Giriş ve çıkış portlarındaki geri dönüş kaybı, yansıma katsayısı, S11 veya S22'ten aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (Eşitlik 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (Eşitlik 4)
Yansıma katsayısı, iletim hattının karakteristik empedansından ve yük empedansından aşağıdaki şekilde hesaplanır:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (Denklem 5)
ZL'nin yük empedansı olduğu ve ZO'nun iletim hattının karakteristik empedansı olduğu yerlerde (Şekil 1).
VSWR ayrıca ZL ve ZO olarak da ifade edilebilir. 5 Denklemini 2 Denklemine Yerine Getirerek Elde Ediyoruz:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
ZL için> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Bu nedenle:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Denklem 7)
Yukarıda, VSWR'nin, bir 1: 1.5 örneği olarak, 1'e göre oran formunda verilen bir şartname olduğunu not ettik. İki özel VSWR vakası vardır: ∞: 1 ve 1: 1. Yük bir açık devre olduğunda sonsuzluğun bire bir oranı oluşur. 1: 1 oranı, yük iletim hattı karakteristik empedansına mükemmel şekilde uyduğunda oluşur.
VSWR, iletim hattında kendiliğinden ortaya çıkan durgun dalgadan şöyle tanımlanır:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Denklem 8)
VMAX'in maksimum genlik ve VMIN, durgun dalganın minimum genliği olduğu durumlarda. Üstün empoze edilmiş iki dalga ile maksimum, gelen ve yansıyan dalgalar arasında yapıcı girişim olmasıyla oluşur. Böylece:
VMAX = V + + V- (Denklem 9)
maksimum yapıcı girişim için. Minimum genlik, yapısökümlü girişim ile ortaya çıkar veya:
VMIN = V + - V- (Denklem 10)
9 ve 10 Denklemlerinin Denklem 8 verimlerine dönüştürülmesi
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (Eşitlik 11)
Elektrik dalgası anten sisteminin farklı kısımlarından (alıcı, besleme hattı, anten, boş alan) geçerken, empedanslarda farklılıklarla karşılaşabilir. Her arayüzde, dalganın enerjisinin bir kısmı kaynağa geri yansır ve besleme hattında duran bir dalga oluşturur. Dalgadaki maksimum gücün minimum güce oranı ölçülebilir ve buna gerilim durağan dalga oranı (VSWR) denir. 1.5: 1'den daha düşük bir VSWR idealdir, güç kaybının daha kritik olduğu düşük güçlü uygulamalarda 2: 1'lik bir VSWR, marjinal olarak kabul edilebilir olarak kabul edilir, ancak 6: 1 kadar yüksek bir VSWR yine de sağda kullanılabilir ekipman. Matematiksel denklemleri umursamamanız durumunda, VSWR'nin geri dönecek yansıyan gücün yüzdesi ile korelasyonunu anlamanıza yardımcı olacak küçük bir “hile sayfası” tablosu.
VSWR
Dönen Güç
(yaklaşık)
1:1
0%
2:1
%10
3:1
%25
6:1
%50
10:1
%65
14:1
%75
2. Yüksek VSWR'ye ne sebep olur?
VSWR çok yüksekse, bir güç amplifikatörüne geri yansıyan çok fazla enerji olabilir ve bu da dahili devrelere zarar verebilir. İdeal bir sistemde, 1: 1'lik bir VSWR olacaktır. Yüksek VSWR derecesinin nedenleri, hatalı bir yük kullanılması veya hasarlı bir iletim hattı gibi bilinmeyen bir şey olabilir.
