Hvað er hlutfall spennubylgju? Hvernig á að reikna VSWR?
„VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), er mælikvarði á hversu skilvirkt útvarpsbylgjuafl er sent frá aflgjafa, um flutningslínu, yfir í álag (til dæmis frá aflmagnara í gegnum flutningslínu, til loftnets ). “ Þetta er hugmyndin um VSWR. Meira um VSWR, svo sem áhrifaþætti VSWR, áhrif á flutningskerfið, muninn á SWR osfrv. Þessi grein getur gefið þér nákvæma skýringu.
Samkvæmt Wikipedia er standbylgjuhlutfall (SWR) skilgreint sem:
"mælikvarði á viðnám samsvörunar álags við einkennandi viðnám flutningsleiðslu eða bylgjuliðs. Ósamræmi viðnámstigs leiðir til standandi bylgjna meðfram flutningslínunni og SWR er skilgreint sem hlutfall amplitude hlutar standbylgjunnar við mótefni amplitude við hnút (lágmark) meðfram línunni. "
SWR er venjulega mælt með sérstöku tæki sem kallast an SWR mælir. Þar sem SWR er mælikvarði á burðarviðnám miðað við einkennandi viðnám flutningslínunnar sem er í notkun (sem saman ákvarða speglununarstuðulinn eins og lýst er hér að neðan), getur tiltekinn SWR mælir túlkað viðnám sem hann sér með skilmálum SWR aðeins ef hann hefur verið hannað fyrir þann sérstaka einkennandi viðnám. Í reynd eru flestar flutningslínur sem notaðar eru í þessum forritum koaksial kapall með viðnám annaðhvort 50 eða 75 ohm, þannig að flestir SWR metrar samsvara einum slíkra.
Athugun á SWR er venjuleg aðferð í útvarpsstöð. Þrátt fyrir að hægt væri að fá sömu upplýsingar með því að mæla viðnám hleðslunnar með viðnámsgreiningartæki (eða "viðnámsbrú") er SWR mælirinn einfaldari og sterkari í þessu skyni. Með því að mæla stærð ósamræmis viðnema við sendiútganginn kemur í ljós vandamál vegna annaðhvort loftnetsins eða flutningslínunnar.
Við the vegur, ef þú heldur að þú hafir aldrei upplifað standandi bylgju persónulega, það er mjög ólíklegt. Standandi öldur í örbylgjuofni eru ástæðan fyrir því að matur er eldaður ójafnt (plötuspilari er að hluta til lausn á því vandamáli). Bylgjulengd 2.45 GHz merkisins er um 12 sentimetrar, eða um það bil fimm tommur. Nullar í geislun (og upphitun) verða aðskildir í svipaðri fjarlægð og bylgjulengd.
Endurskinsstuðullinn er a breytu sem lýsir því hve mikið af rafsegulbylgju endurspeglast af ósamfellu viðnema í flutningsmiðlinum, jafngildir hlutfalli amplitude endurkasta bylgjunnar og atviksbylgjunnar. Endurspeglunarstuðullinn er mjög gagnlegur eiginleiki þegar VSWR er ákvarðað eða rannsóknin á samsvörun, til dæmis fóðrara og álags. Gríski bókstafurinn Γ er venjulega notaður til speglunarstuðuls, þó σ sést einnig oft.
Speglunstuðull
Með því að nota grundvallarskilgreiningu á speglunarstuðlinum er hægt að reikna hana út frá þekkingu á atvikið og endurspeglað spenna.
Return tap er tap á merki afl vegna endurspeglunar merkis eða aftur með ósamræmi í ljósleiðaratengingu eða flutningslínu, og tjáningareining þess er einnig í desíbelum (dB). Þetta misviðnám ósamræmi getur verið með tæki sem er sett í línuna eða með lokunarálagi. Þar að auki er ávöxtunartap sambandið á milli spegilunarstuðuls (Γ) og standbylgjuhlutfalls (SWR), og er alltaf jákvæð tala, og hátt ávöxtunartap er hagstæð mæligildi, og það er venjulega í samræmi við litla innsetningu tap. Tilviljun, ef þú eykur ávöxtunartapið, mun það tengjast lægri SWR.
Tap á merki, sem á sér stað eftir ljósleiðaratengingu, er kallað innsetningartap. Innsetningartap er þó náttúrulegur viðburður sem á sér stað við allar gerðir sendinga, hvort sem um er að ræða gögn eða rafmagn. Ennfremur, eins og það er í rauninni með allar líkamlegar flutningslínur eða leiðandi leiðir, því lengri leið, því meiri tap. Ennfremur koma þessi tap einnig fram við hvern tengipunkt meðfram línunni, þar með talin og tengi. Þessi tiltekna mælikvarði er gefinn upp í desíbelum og ætti alltaf að vera jákvæð tala. Hins vegar ætti, þýðir ekki alltaf, og ef af tilviljun er það neikvætt, þá er það ekki hagstæður mæligildi. Í sumum tilvikum getur innsetningartap komið fram sem neikvæð mæling á breytum.
Aftur tap & innsetningartap
Nú skulum við skoða skýringarmyndina hér að ofan í smáatriðum svo að við fáum betri skilning á því hvernig innsetningartap og ávöxtunartap hafa áhrif. Eins og þú sérð ferðast atviksafl niður flutningslínuna frá vinstri þar til það nær íhlutinn. Þegar hann nær íhlutanum endurspeglast hluti merkisins aftur niður flutningslínuna í átt að upptökum sem það kom frá. Hafðu einnig í huga að þessi hluti merkisins fer ekki í íhlutinn.
Afgangurinn af merkinu fer örugglega inn í íhlutinn. Þar frásogast eitthvað af því og restin fer í gegnum íhlutinn í flutningslínuna hinum megin. Krafturinn sem kemur út úr íhlutnum kallast sendur kraftur, og það er minna en atburðarásin af tveimur ástæðum:
① Hluti merkisins endurspeglast.
② Íhlutinn gleypir hluta merkisins.
Svo að samantekt, við tjáum innsetningartap í desíbelum, og það er hlutfall atburðarafls sem sendist afl. Ennfremur getum við dregið saman það ávöxtunartap, sem við tjáum einnig í desíbelum, er hlutfall atviksafls og endurspeglaðs afls. Þess vegna getum við séð hvernig tvær tegundir af breytum við tapmælingar hjálpa til við að mæla nákvæmlega heildarvirkni mælanlegs merkis og íhluta innan kerfis eða í gegnumleið.
Í rafeindatækni í dag, hvað varðar notkun, er ávöxtunartap æskilegra en SWR þar sem það býður upp á betri upplausn fyrir minni gildi endurkastaðra bylgja.
3) Hvað er Impedence Matching
Viðnám viðnám er hanna heimild og álagsviðnám til að lágmarka speglun merkja eða hámarka orkuflutning. Í rafrásum ætti uppruni og álag að vera jafnt. Í straumrásum ætti uppsprettan annað hvort að jafna álagið eða flókið samtengt álagið, allt eftir markmiði. Viðnám (Z) er mælikvarði á andstöðu við rafstreymi, sem er flókið gildi þar sem raunverulegi hlutinn er skilgreindur sem viðnám (R) og ímyndaði hlutinn er kallaður hvarfstyrkur (X). Jafnan fyrir viðnám er þá samkvæmt skilgreiningu Z = R + jX, þar sem j er ímyndaða einingin. Í DC kerfum er hvarfstyrkurinn núll, þannig að viðnámið er það sama og viðnámið.
Spenna Standing Wave Ratio (VSWR) er vísbending um magn ósamræmis milli loftnets og fóðrunarlínunnar sem tengist því. (Smellur hér að velja loftnetsvörurnar okkar) Þetta er einnig þekkt sem Standing Wave Ratio (SWR). Gildissvið VSWR er frá 1 til ∞. VSWR gildi undir 2 er talið hentar fyrir flest loftnetforrit. Hægt er að lýsa loftnetinu með því að hafa „Good Match“. Svo þegar einhver segir að loftnetið sé illa passað, þá þýðir það mjög oft að VSWR gildi fer yfir 2 fyrir tíðni áhuga. Ávöxtunartap er önnur forskrift vaxta og fjallað er nánar um hana í loftnetskenningunni. Algeng krafa umbreytingar er á milli ávöxtunartaps og VSWR, og sum gildi eru töfluð í töflu, ásamt línuriti yfir þessi gildi til fljótlegrar tilvísunar.
Tökum fljótlegt myndband um VSWR!
2) Þættir Hefur áhrif á VSWR
· Tíðni
· Loftnet jörð
· Nálægir málmhlutir
· Tegund loftnetsbyggingar
· hitastig
3) SWR vs VSWR vs ISWR vs PSWR
SWR er hugtak, þ.e. standbylgjuhlutfall. VSWR er í raun hvernig þú gerir mælinguna með því að mæla spennurnar til að ákvarða SWR. Þú getur einnig mælt SWR með því að mæla straumana eða jafnvel kraftinn (ISWR og PSWR). En í flestum tilgangi, þegar einhver segir SWR, þá meina þeir VSWR, í sameiginlegu samtali eru þeir skiptanlegir.
· SWR: SWR stendur fyrir standandi ölduhlutfall. Það lýsir spennu og núverandi standandi öldum sem birtast á línunni. Það er almenn lýsing fyrir bæði núverandi og spennu standandi öldur. Það er oft notað í tengslum við mæla sem notaðir eru til að greina standbylgjuhlutfall. Bæði straumur og spenna hækka og lækka um sama hlutfall fyrir tiltekið misræmi. · VSWR: VSWR eða spennu standandi bylgju hlutfall á sérstaklega við um spennu standandi bylgjur sem eru settar upp á fóðrari eða flutningslínu. Þar sem auðveldara er að greina spennu standandi bylgjur, og í mörgum tilvikum er spenna mikilvægari með tilliti til bilunar tækisins, er hugtakið VSWR oft notað, sérstaklega innan RF hönnunar svæða.
Í flestum hagnýtum tilgangi er ISWR það sama og VSWR. Við kjöraðstæður er RF spenna á boðleiðni sú sama á öllum punktum á línunni og vanrækir máttartap af völdum rafmótstöðu í línustrengjunum og ófullkomleika í rafmagni sem aðskilur línuleiðarana. Hugsjón VSWR er því 1: 1. (Oft er SWR gildi skrifað einfaldlega með tilliti til fyrstu tölu, eða teljara, af hlutfallinu vegna þess að seinni talan, eða nefnari, er alltaf 1.) Þegar VSWR er 1 er ISWR einnig 1. Þetta besta ástand getur eru aðeins til þegar álagið (svo sem loftnet eða þráðlaus móttakari), sem RF-afl er afhent í, hefur viðnám sem er eins og viðnám flutningslínunnar. Þetta þýðir að álagsþolið verður að vera það sama og einkennandi viðnám flutningslínunnar og álagið má ekki innihalda hvarfgirni (það er að segja að álagið verður að vera laust við inductance eða capacitance). Í öllum öðrum aðstæðum sveiflast spenna og straumur á ýmsum stöðum meðfram línunni, og SWR er ekki 1.
4. Hvernig VSWR hefur áhrif á árangur í flutningskerfinu
Það eru margar leiðir sem VSWR hefur áhrif á afköst flutningskerfis eða kerfa sem kunna að nota útvarpstíðni og sömu viðnám. Þó að VSWR sé notað venjulega geta bæði spennu og núverandi bylgjur valdið vandamálum.
· Aflmagnarar sendanda geta skemmst: Aukið spennustig og straumur sem sést á fóðrinum sem afleiðing af standandi bylgjum getur skaðað framleiðslutransistora sendisins. Hálfleiðarabúnaður er mjög áreiðanlegur ef hann er notaður innan tilgreindra marka en spennu og núverandi standandi öldur á fóðrinum geta valdið skelfilegum skemmdum ef þær valda því að tækið starfar utan þeirra marka.
· PA-vernd dregur úr framleiðslugetu: Í ljósi mjög raunverulegrar hættu á háu SWR stigum sem valda skemmdum á magnaranum eru margir sendar með varnarrásir sem draga úr framleiðslunni frá sendinum þegar SWR hækkar. Þetta þýðir að slæm samsvörun milli fóðrara og loftnets mun leiða til mikils SWR sem veldur því að framleiðsla minnkar og þess vegna verulegt tap á útsendingarafli.
· Háspennu- og straumstig geta skemmt fóðrara: Það er mögulegt að háspennu og straumstig sem stafar af háu ölduhlutfalli geti valdið skemmdum á fóðrara. Þrátt fyrir að í flestum tilvikum sé hægt að nota fóðrara innan þeirra marka og tvöfalda spennu og straum ætti að geta komið til móts við, þá eru nokkrar kringumstæður þegar skemmdir geta valdið. Núverandi hámark getur valdið of mikilli hitun á staðnum sem getur raskað eða brætt plastið sem notað er og vitað er að háspennan veldur boga við sumar aðstæður.
· Tafir af völdum hugleiðinga geta valdið röskun: Þegar merki endurspeglast af ósamræmi endurspeglast það aftur í átt að upptökum og getur síðan endurspeglast aftur í átt að loftnetinu. Töf er tekin upp sem er tvöfalt sendingartími merkisins meðfram fóðrara. Ef gögn eru send getur þetta valdið truflunum milli táknanna og í öðru dæmi þar sem hliðrænt sjónvarp var sent, sást „draugamynd“.
· Lækkun á merki miðað við fullkomlega samsvörunarkerfi: Athyglisvert er að tap á merkjastigi af völdum lélegrar VSWR er ekki nærri eins mikið og sumir geta ímyndað sér. Sérhver merki sem endurspeglast af álaginu endurspeglast aftur til sendisins og þar sem samsvörun við sendinn getur gert merkinu kleift að endurspeglast aftur til loftnetsins, tapið sem myndast er í grundvallaratriðum það sem fóðrari kynnti. Til leiðbeiningar þýðir 30 metra lengd af RG213 coax með tapi um 1.5 dB við 30 MHz að loftnet sem starfar með VSWR mun aðeins tapa rúmlega 1 dB á þessari tíðni samanborið við fullkomlega samsvarandi loftnet.
Margar mismunandi aðferðir er hægt að nota til að mæla hlutfall standbylgju. Hin leiðandi aðferð notar rauf sem er hluti flutningslínunnar með opinni rauf sem gerir rannsakanum kleift að greina raunverulega spennu á ýmsum stöðum meðfram línunni. Þannig er hægt að bera saman hámarks- og lágmarksgildi beint. Þessi aðferð er notuð við VHF og hærri tíðni. Við lægri tíðni eru slíkar línur ógerlega langar. Hægt er að nota stefnibúnaðartengi við HF um örbylgjuofntíðni. Sumar eru fjórðungsbylgjur eða lengri, sem takmarkar notkun þeirra við hærri tíðnir. Aðrar gerðir stefnutengja taka sýnishorn af straumi og spennu á einum stað í flutningsleiðinni og sameina þau stærðfræðilega á þann hátt að þau tákna kraftinn sem flæðir í eina átt. Algeng tegund SWR / aflmælis sem notuð er í áhugamannastarfi getur innihaldið tvískiptan tengi. Aðrar gerðir nota einn tengi sem hægt er að snúa 180 gráður til að sýna sýnishorn af straumi í hvora áttina sem er. Einhliða tengi af þessari gerð eru fáanleg fyrir mörg tíðnisvið og aflstig og með viðeigandi tengigildi fyrir hliðstæða mælinn sem notaður er.
Rauf lína
Hægt er að nota framvirka og endurkastaða aflið sem mælt er með stefnutengi til að reikna út SWR. Útreikningana er hægt að gera stærðfræðilega á hliðrænu eða stafrænu formi eða með því að nota myndrænar aðferðir sem eru innbyggðar í mælinn sem viðbótarskala eða með því að lesa frá þverpunkti milli tveggja nálar á sama mælinum.
Ofangreind mælitæki er hægt að nota „í línu“, það er, fullur kraftur sendisins getur farið í gegnum mælitækið til að leyfa stöðugt eftirlit með SWR. Önnur tæki, svo sem netgreiningartæki, stefnutengi með lítilli afl og loftnetsbrýr nota lítið afl til mælinga og verður að tengja þau í stað sendisins. Hægt er að nota brúarrásir til að mæla beint raunverulegan og ímyndaðan hluta álagsviðnáms og til að nota þessi gildi til að fá SWR. Þessar aðferðir geta veitt meiri upplýsingar en bara SWR eða fram og endurspeglað afl. Stand alone loftnetsgreiningartæki nota ýmsar mæliaðferðir og geta sýnt SWR og aðrar breytur sem settar eru fram gegn tíðni. Með því að nota stefnutengi og brú í sambandi er mögulegt að búa til línuhljóðfæri sem les beint í flóknum viðnámi eða í SWR. Stand alone loftnetsgreiningar eru einnig fáanlegar sem mæla margar breytur.
Aflmælir
ATH: Ef SWR lestur þinn er undir 1, ertu í vandræðum. Þú gætir haft slæman SWR-mæla, eitthvað er að loftnetinu þínu eða loftnetstengingunni eða hugsanlega verið með skemmt eða gölluð útvarp.
Þegar send bylgja lendir á mörkum eins og þeim sem er á milli tapslausa háspennulínunnar og álagsins (mynd 1), mun einhver orka sendast til álagsins og önnur endurspeglast. Speglunstuðullinn snýr að komandi og endurspegluðu öldunum sem:
Γ = V-/V+ (Afgr. 1)
Þar sem V- er endurspeglast bylgja og V + er komandi bylgja. VSWR er tengt stærð speglunarstuðulsins (Γ) með:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Afsk. 2)
Mynd 1. Símlínurás sem sýnir misviðmiðunarmörk milli flutningslínunnar og álagsins. Hugleiðingar eiga sér stað við mörkin sem designated tilgreina. Atviksbylgjan er V + og endurskinsbylgjan er V-.
Hægt er að mæla VSWR beint með SWR metra. Hægt er að nota RF prófunartæki eins og VNA (Vector Network Analyzer) til að mæla endurspeglunstuðla inngangsgáttarinnar (S11) og útgangsgáttina (S22). S11 og S22 eru jafngildir Γ við inntak og úttak, hvort um sig. VNA með stærðfræðisnið geta einnig beint reiknað út og birt VSWR gildi sem af því verður.
Hægt er að reikna út tap á inn- og úttakshöfnum út frá endurspeglunstuðlinum, S11 eða S22, á eftirfarandi hátt:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (afsk. 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (afsk. 4)
Speglunstuðullinn er reiknaður út frá einkennandi viðnám háspennulínunnar og álagsviðnáminu sem hér segir:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (afsk. 5)
Þar sem ZL er álagsviðnám og ZO er einkennandi viðnám flutningslínunnar (mynd 1).
VSWR er einnig hægt að tjá hvað varðar ZL og ZO. Skiptum jöfnu 5 í jöfnu 2, fáum við:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Fyrir ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Þess vegna:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Framsfl. 7)
Við tókum fram hér að ofan að VSWR er forskrift sem gefin er í hlutfallsformi miðað við 1, sem dæmi 1.5: 1. Það eru tvö sérstök tilvik VSWR, ∞: 1 og 1: 1. Hlutfall óendanleika við einn á sér stað þegar álag er opinn hringrás. Hlutfall 1: 1 á sér stað þegar álagið passar fullkomlega við hraðlínueinkenni við háspennulínuna.
VSWR er skilgreind út frá standandi bylgju sem myndast á sjálfum háspennulínunni með:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Framsögn 8)
Þar sem VMAX er hámarks amplitude og VMIN er lágmarks amplitude standandi bylgju. Með tveimur frábærum öldum kemur hámarkið fram með uppbyggilegri truflun á milli komandi og endurspeglaðra öldna. Þannig:
VMAX = V + + V- (jafng. 9)
fyrir hámarks uppbyggjandi truflanir. Lágmarks amplitude kemur fram við truflun truflana, eða:
VMIN = V + - V- (jafngildir 10)
Að skipta jöfnum 9 og 10 í ávöxtun jöfnunar 8
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (fl. 11)
Þegar rafbylgjan ferðast um mismunandi hluta loftnetskerfisins (móttakara, fóðrunarlínu, loftnet, laust pláss) getur hún lent í mismunandi viðnámi. Við hvert viðmót mun nokkurt brot af orku bylgjunnar endurspeglast til upprunans og mynda standandi bylgju í fóðrunarlínunni. Hægt er að mæla hlutfall hámarksafls og lágmarksafls í bylgjunni og er kallað VSWR (spennu standandi bylgjuhlutfall). VSWR minna en 1.5: 1 er tilvalið, VSWR 2: 1 er talin vera lítillega viðunandi í forritum með litlu afli þar sem orkutap er mikilvægara, þó að VSWR eins hátt og 6: 1 gæti samt verið nothæft með réttu búnaður. Bara ef þér er sama um stærðfræðilegar jöfnur, hér er smá „svindlblað“ tafla til að hjálpa til við að skilja fylgni VSWR við hlutfall endurspeglaðs afls sem kemur aftur.
VSWR
Skilaði afli
(áætluð)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. Hvað veldur mikilli VSWR?
Ef VSWR er of hátt gæti hugsanlega verið of mikil orka sem endurspeglast í aflmagnara og valdið skemmdum á innri hringrásinni. Í kjörið kerfi væri VSWR 1: 1. Orsakir hár VSWR einkunnar geta verið notkun óviðeigandi álags eða eitthvað óþekkt eins og skemmd flutningslína.
