Apakah Nisbah Gelombang Berdiri Voltan? Bagaimana mengira VSWR?
"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), adalah ukuran seberapa efisien daya frekuensi radio ditransmisikan dari sumber kuasa, melalui saluran transmisi, ke dalam beban (misalnya, dari penguat daya melalui saluran transmisi, ke antena ). " Ini adalah konsep VSWR. Lebih banyak mengenai VSWR, seperti faktor yang mempengaruhi VSWR, kesan pada sistem penghantaran, perbezaan dengan SWR, dll. Artikel ini dapat memberi penjelasan terperinci kepada anda.
Menurut Wikipedia, ratio gelombang berdiri (SWR) ditakrifkan sebagai:
"ukuran pemadanan impedans beban dengan impedans ciri saluran transmisi atau pandu gelombang. Ketidakcocokan impedans mengakibatkan gelombang berdiri di sepanjang saluran penghantaran, dan SWR didefinisikan sebagai nisbah amplitud gelombang separa berdiri pada antinode (maksimum) amplitud pada nod (minimum) di sepanjang garis. "
SWR biasanya diukur menggunakan instrumen khusus yang disebut Meter SWR. Oleh kerana SWR adalah ukuran impedansi beban relatif terhadap sifat impedansi saluran transmisi yang digunakan (yang bersama-sama menentukan pekali pantulan seperti yang dijelaskan di bawah), meter SWR yang diberikan dapat menafsirkan impedansi yang dilihatnya dari segi SWR hanya jika mempunyai telah dirancang untuk impedans ciri khas itu. Dalam praktiknya, kebanyakan saluran penghantaran yang digunakan dalam aplikasi ini adalah kabel sepaksi dengan impedans sama ada 50 atau 75 ohm, jadi kebanyakan meter SWR sesuai dengan salah satu dari ini.
Memeriksa SWR adalah prosedur standard di stesen radio. Walaupun maklumat yang sama dapat diperoleh dengan mengukur impedansi beban dengan penganalisis impedans (atau "jambatan impedansi"), meter SWR lebih sederhana dan lebih mantap untuk tujuan ini. Dengan mengukur besarnya ketidakcocokan impedans pada output pemancar, ia menunjukkan masalah disebabkan oleh antena atau saluran penghantaran.
Ngomong-ngomong, jika anda fikir anda tidak pernah mengalami gelombang berdiri secara peribadi, itu sangat tidak mungkin. Gelombang berdiri di dalam ketuhar gelombang mikro adalah sebab makanan dimasak secara tidak rata (meja putar adalah sebahagian penyelesaian untuk masalah itu). Panjang gelombang isyarat 2.45 GHz adalah kira-kira 12 sentimeter, atau sekitar lima inci. Nol di radiasi (dan pemanasan) akan dipisahkan pada jarak yang serupa dengan panjang gelombang.
Pekali pantulan adalah a parameter yang menggambarkan berapa banyak gelombang elektromagnetik yang dicerminkan oleh ketidakstabilan impedans dalam medium penghantaran, sama dengan nisbah amplitud gelombang gelombang yang dipantulkan dengan gelombang kejadian. Pekali pantulan adalah kualiti yang sangat berguna ketika menentukan VSWR atau menyiasat padanan antara, misalnya, pengumpan dan beban. Huruf Yunani G biasanya digunakan untuk pekali pantulan, walaupun σ juga sering dilihat.
Pekali Refleksi
Dengan menggunakan definisi asas pekali pantulan, ia dapat dikira dari pengetahuan mengenai kejadian dan voltan yang dipantulkan.
Di mana:
Γ = pekali refleksi
Vref = voltan terpantul
Vfwd = voltan hadapan
2) Pulangan Kerugian & Kehilangan Resertion
Pulangan kerugian adalah kehilangan daya isyarat kerana pantulan isyarat atau kembali oleh ketidakterusan dalam pautan gentian optik atau saluran penghantaran, dan unit ekspresinya juga dalam desibel (dB). Ketidakcocokan impedans ini boleh dilakukan dengan peranti yang dimasukkan ke dalam talian atau dengan beban penamatan. Lebih-lebih lagi, kehilangan kembali adalah hubungan antara kedua-dua pekali pantulan (Γ) dan nisbah gelombang berdiri (SWR), dan selalu merupakan angka positif, dan kehilangan pulangan yang tinggi adalah parameter pengukuran yang baik, dan biasanya berkaitan dengan penyisipan yang rendah kerugian. Secara kebetulan, jika anda meningkatkan kerugian pulangan, ia akan berkorelasi dengan SWR yang lebih rendah.
Kehilangan isyarat, yang berlaku sepanjang pautan gentian optik, disebut kehilangan sisipan. Kehilangan sisipan adalah, bagaimanapun, kejadian semula jadi yang berlaku dengan semua jenis transmisi, sama ada data atau elektrik. Selanjutnya, seperti pada dasarnya semua saluran penghantaran fizikal atau jalur konduktif, semakin lama jalannya, semakin tinggi kerugiannya. Lebih-lebih lagi, kerugian ini juga berlaku di setiap titik sambungan di sepanjang talian, termasuk sambungan dan penyambung. Parameter pengukuran tertentu dinyatakan dalam desibel dan harus selalu berupa angka positif. Namun, harus, tidak selalu berarti, dan jika secara kebetulan, itu negatif, itu bukan parameter pengukuran yang baik. Dalam beberapa keadaan, kerugian penyisipan mungkin muncul sebagai pengukuran parameter negatif.
Pulangan Kerugian & Kehilangan Sisipan
Oleh itu, mari kita kaji rajah di atas secara terperinci supaya kita dapat memahami dengan lebih baik bagaimana kerugian penyisipan dan kehilangan kembali berinteraksi. Seperti yang anda lihat, daya insiden bergerak ke bawah saluran penghantaran dari kiri sehingga mencapai komponen. Setelah mencapai komponen, sebahagian daripada isyarat dipantulkan kembali ke saluran transmisi ke arah sumber dari mana ia datang. Juga, ingat bahawa bahagian isyarat ini tidak memasuki komponen.
Selebihnya isyarat memang memasuki komponen. Sebahagiannya diserap, dan selebihnya melewati komponen ke saluran penghantaran di sisi lain. Daya yang keluar dari komponen disebut daya yang dihantar, dan ia kurang daripada kekuatan kejadian kerana dua sebab:
① Sebahagian daripada isyarat akan dipantulkan.
② Komponen menyerap sebahagian isyarat.
Jadi, secara ringkas, kami menyatakan kehilangan sisipan dalam desibel, dan ini adalah nisbah daya insiden dengan daya yang dihantar. Selanjutnya, kita dapat merumuskan bahawa kerugian kembali, yang juga kita nyatakan dalam desibel adalah nisbah daya insiden dengan daya pantulan. Oleh itu, kita dapat melihat bagaimana kedua-dua jenis parameter pengukuran kerugian membantu mengukur secara tepat kecekapan keseluruhan isyarat dan komponen yang dapat diukur dalam sistem atau jalan melalui.
Dalam amalan elektronik hari ini, dari segi penggunaan, kerugian pulangan lebih disukai daripada SWR kerana memberikan resolusi yang lebih baik untuk nilai gelombang pantulan yang lebih kecil.
3) Apa itu Pencocokan Impedensi
Pemadanan Impedans adalah merancang sumber and galangan beban untuk meminimumkan pantulan isyarat atau memaksimumkan pemindahan kuasa. Dalam litar DC, sumber dan beban harus sama. Dalam litar AC, sumbernya harus sama dengan beban atau konjugasi kompleks beban, bergantung pada tujuannya. Impedance (Z) adalah ukuran penentangan terhadap aliran elektrik, yang merupakan nilai kompleks dengan bahagian nyata ditakrifkan sebagai rintangan (R), dan bahagian khayalan disebut reaktans (X). Persamaan untuk impedans kemudian dengan definisi Z = R + jX, di mana j adalah unit khayalan. Dalam sistem DC, reaktansi adalah sifar, jadi impedansnya sama dengan rintangan.
Nisbah Gelombang Berdiri Voltan (VSWR) ialah petunjuk jumlah ketidakcocokan antara antena dan saluran suapan yang menyambungkannya. (Klik disini untuk memilih produk antena kami) Ini juga dikenali sebagai Standing Wave Ratio (SWR). Julat nilai untuk VSWR adalah dari 1 hingga ∞. Nilai VSWR di bawah 2 dipertimbangkan sesuai untuk kebanyakan aplikasi antena. Antena dapat digambarkan mempunyai "Good Match". Oleh itu, apabila seseorang mengatakan bahawa antena tidak sesuai, selalunya ia bermaksud bahawa nilai VSWR melebihi 2 untuk frekuensi minat. Kerugian pulangan adalah spesifikasi minat lain dan diliputi dengan lebih terperinci di bahagian Teori Antena. Penukaran yang biasanya diperlukan adalah antara kerugian kembali dan VSWR, dan beberapa nilai dijadualkan dalam carta, bersama dengan grafik nilai-nilai ini untuk rujukan cepat.
Mari kita tonton video pantas mengenai VSWR!
2) Faktor-faktor Mempengaruhi VSWR
· Kekerapan
· Tanah antena
· Objek logam yang berdekatan
· Jenis pembinaan antena
· suhu
3) SWR lwn VSWR lwn ISWR lwn PSWR
SWR adalah konsep, iaitu nisbah gelombang berdiri. VSWR sebenarnya adalah bagaimana anda membuat pengukuran, dengan mengukur voltan untuk menentukan SWR. Anda juga boleh mengukur SWR dengan mengukur arus atau bahkan kekuatannya (ISWR dan PSWR). Tetapi untuk kebanyakan maksud dan tujuan, apabila seseorang mengatakan SWR, mereka bermaksud VSWR, dalam perbualan yang sama, mereka boleh ditukar ganti.
· SWR: SWR bermaksud nisbah gelombang berdiri. Ini menerangkan gelombang tegangan dan arus yang muncul di talian. Ini adalah penerangan umum untuk gelombang arus dan voltan yang berdiri. Ia sering digunakan bersamaan dengan meter yang digunakan untuk mengesan nisbah gelombang berdiri. Kedua-dua arus dan voltan naik dan turun dengan kadar yang sama untuk ketidakcocokan tertentu. · VSWR: Nisbah gelombang tegak VSWR atau voltan berlaku khusus untuk gelombang tegangan voltan yang dipasang pada feeder atau saluran penghantaran. Oleh kerana lebih mudah untuk mengesan gelombang tegangan tegangan, dan dalam banyak keadaan voltan lebih penting dari segi kerosakan peranti, istilah VSWR sering digunakan, terutama di kawasan reka bentuk RF.
Untuk kebanyakan tujuan praktikal, ISWR sama dengan VSWR. Dalam keadaan ideal, voltan RF pada saluran penghantaran isyarat adalah sama pada semua titik di talian, mengabaikan kehilangan kuasa yang disebabkan oleh rintangan elektrik pada wayar talian dan ketidaksempurnaan pada bahan dielektrik yang memisahkan konduktor talian. Oleh itu, VSWR yang ideal adalah 1: 1. (Selalunya nilai SWR ditulis dengan nisbah nombor pertama, atau pengangka, nisbah kerana nombor kedua, atau penyebutnya selalu 1.) Apabila VSWR adalah 1, ISWR juga 1. Keadaan optimum ini dapat hanya wujud apabila beban (seperti antena atau penerima tanpa wayar), ke mana daya RF dihantar, mempunyai impedans yang serupa dengan impedans saluran penghantaran. Ini bermaksud bahawa rintangan beban harus sama dengan sifat impedansi saluran transmisi, dan beban tidak boleh mengandung reaktansi (iaitu, beban harus bebas dari induktansi atau kapasitansi). Dalam keadaan lain, voltan dan arus turun naik pada pelbagai titik sepanjang garis, dan SWR bukan 1.
4. Bagaimana VSWR Mempengaruhi Prestasi Dalam Sistem Penghantaran
Terdapat banyak cara di mana VSWR mempengaruhi prestasi sistem transmisi atau sistem apa pun yang mungkin menggunakan frekuensi radio dan impedansi yang serupa. Walaupun VSWR digunakan secara normal, kedua-dua gelombang voltan dan arus dapat menimbulkan masalah.
· Penguat kuasa pemancar boleh rosak: Peningkatan tahap voltan dan arus yang dilihat pada pengumpan akibat gelombang berdiri, dapat merosakkan transistor output pemancar. Peranti semikonduktor sangat boleh dipercayai jika dikendalikan dalam had yang ditentukan, tetapi gelombang tegangan dan arus semasa pada pengumpan boleh menyebabkan kerosakan bencana jika menyebabkan alat tersebut beroperasi di luar hadnya.
· Perlindungan PA mengurangkan kuasa output: Mengingat bahaya yang sangat nyata dari tahap SWR tinggi yang menyebabkan kerosakan pada penguat daya, banyak pemancar menggabungkan litar perlindungan yang mengurangkan output dari pemancar ketika SWR naik. Ini bermaksud bahawa padanan yang buruk antara pengumpan dan antena akan menghasilkan SWR tinggi yang menyebabkan outputnya berkurang dan dengan itu kehilangan daya transmisi yang ketara.
· Paras voltan dan arus tinggi boleh merosakkan feeder: Ada kemungkinan tahap voltan tinggi dan arus yang disebabkan oleh nisbah gelombang berdiri tinggi boleh menyebabkan kerosakan pada pengumpan. Walaupun dalam kebanyakan kes pengumpan akan dikendalikan dengan baik dalam hadnya dan penggandaan voltan dan arus harus dapat ditampung, ada beberapa keadaan ketika kerosakan dapat terjadi. Maksima semasa boleh menyebabkan pemanasan tempatan yang berlebihan yang dapat memutarbelitkan atau mencairkan plastik yang digunakan, dan voltan tinggi telah diketahui menyebabkan pembengkakan dalam beberapa keadaan.
· Kelewatan yang disebabkan oleh pantulan boleh menyebabkan herotan: Apabila isyarat dipantulkan oleh ketidakcocokan, sinyal dipantulkan kembali ke arah sumber, dan kemudian dapat dipantulkan kembali ke arah antena. Kelewatan diperkenalkan sama dengan dua kali masa penghantaran isyarat di sepanjang feeder. Jika data dikirimkan, ini dapat menyebabkan gangguan antara simbol, dan dalam contoh lain di mana televisyen analog sedang dipancarkan, gambar "hantu" dilihat.
· Pengurangan isyarat berbanding sistem padanan sempurna: Menariknya kehilangan tahap isyarat yang disebabkan oleh VSWR yang buruk tidaklah sehebat yang disangka oleh sesetengah pihak. Segala isyarat yang dipantulkan oleh beban, dipantulkan kembali ke pemancar dan kerana pemadanan pada pemancar dapat memungkinkan isyarat dipantulkan kembali ke antena, kerugian yang terjadi pada dasarnya adalah yang diperkenalkan oleh pengumpan. Sebagai panduan, panjang 30 meter RG213 membujuk dengan kehilangan sekitar 1.5 dB pada 30 MHz akan bermaksud bahawa antena yang beroperasi dengan VSWR hanya akan memberikan kerugian lebih dari 1dB pada frekuensi ini berbanding dengan antena yang sangat sesuai.
Banyak kaedah yang berbeza dapat digunakan untuk mengukur nisbah gelombang berdiri. Kaedah yang paling intuitif menggunakan garis slot yang merupakan bahagian saluran penghantaran dengan slot terbuka yang membolehkan probe mengesan voltan sebenar pada pelbagai titik di sepanjang talian. Oleh itu, nilai maksimum dan minimum dapat dibandingkan secara langsung. Kaedah ini digunakan pada VHF dan frekuensi yang lebih tinggi. Pada frekuensi yang lebih rendah, garis sedemikian panjangnya tidak praktikal. Penyambung arah boleh digunakan pada HF melalui frekuensi gelombang mikro. Sebahagiannya panjang gelombang seperempat atau lebih panjang, yang menyekat penggunaannya pada frekuensi yang lebih tinggi. Jenis pengganding arah lain mengambil sampel arus dan voltan pada satu titik dalam jalur penghantaran dan secara matematik menggabungkannya sedemikian rupa untuk mewakili daya yang mengalir dalam satu arah. Jenis SWR / power meter biasa yang digunakan dalam operasi amatur mungkin mengandungi penggandengan dua arah. Jenis lain menggunakan pengganding tunggal yang dapat diputar 180 darjah untuk sampel daya yang mengalir ke kedua arah. Gandingan searah jenis ini tersedia untuk pelbagai julat frekuensi dan tahap kuasa dan dengan nilai gandingan yang sesuai untuk meter analog yang digunakan.
Talian Slotted
Daya maju dan pantulan yang diukur oleh pengganding arah dapat digunakan untuk mengira SWR. Pengiraan dapat dilakukan secara matematik dalam bentuk analog atau digital atau dengan menggunakan kaedah grafik yang dibina ke dalam meter sebagai skala tambahan atau dengan membaca dari titik persilangan antara dua jarum pada meter yang sama.
Alat ukur di atas dapat digunakan "in line" iaitu, kekuatan penuh pemancar dapat melewati alat pengukur sehingga memungkinkan pemantauan SWR secara berterusan. Instrumen lain, seperti penganalisis rangkaian, pengganding arah daya rendah dan jambatan antena menggunakan kuasa rendah untuk pengukuran dan mesti disambungkan di tempat pemancar. Litar jambatan dapat digunakan untuk mengukur secara langsung bahagian nyata dan khayalan dari impedans beban dan menggunakan nilai-nilai tersebut untuk memperoleh SWR. Kaedah ini dapat memberikan lebih banyak maklumat daripada hanya SWR atau daya maju dan pantulan. Penganalisis antena yang bersendirian menggunakan pelbagai kaedah pengukuran dan dapat memaparkan SWR dan parameter lain yang diplot terhadap frekuensi. Dengan menggunakan pengganding arah dan jembatan dalam kombinasi, adalah mungkin untuk membuat instrumen selaras yang dibaca secara langsung dalam impedans kompleks atau dalam SWR. Penganalisis antena mandiri juga tersedia yang mengukur pelbagai parameter.
Meter kuasa
PERHATIAN: Sekiranya bacaan SWR anda di bawah 1, anda menghadapi masalah. Anda mungkin mempunyai meter SWR yang buruk, ada yang tidak kena dengan sambungan antena atau antena anda, atau mungkin ada radio yang rosak atau rosak.
Apabila gelombang yang dipancarkan mencapai sempadan seperti antara garis penghantaran dan beban yang tidak dirasakan (Rajah 1), sesetengah tenaga akan dihantar ke beban dan sesetengahnya akan ditunjukkan. Pekali pantulan mencerminkan gelombang yang masuk dan tercermin sebagai:
Γ = V-/V+ (Persamaan 1)
Di mana V adalah gelombang yang terfikir dan V + ialah gelombang masuk. VSWR adalah berkaitan dengan magnitud koefisien pantulan voltan (Γ) dengan:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Persamaan 2)
Rajah 1. Litar talian penghantaran yang menggambarkan sempadan ketidakcocokan impedans antara saluran penghantaran dan beban. Pantulan berlaku di sempadan yang ditentukan oleh Γ. Gelombang kejadian adalah V + dan gelombang pantulan adalah V-.
VSWR boleh diukur terus dengan meter SWR. Instrumen ujian RF seperti penganalisis rangkaian vektor (VNA) boleh digunakan untuk mengukur pekali pantulan port input (S11) dan port output (S22). S11 dan S22 bersamaan dengan Γ pada pelabuhan input dan output, masing-masing. VNA dengan mod matematik juga boleh mengira secara langsung dan memaparkan nilai VSWR yang terhasil.
Kerugian pulangan di pelabuhan input dan output boleh dikira dari pekali pantulan, S11 atau S22, seperti berikut:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (Pers. 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (Pers. 4)
Pekali pantulan dikira dari impedans ciri garis penghantaran dan galangan beban seperti berikut:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (Persamaan 5)
Di mana ZL adalah impedans beban dan ZO adalah ciri impedans saluran penghantaran (Rajah 1).
VSWR juga boleh dinyatakan dalam bentuk ZL dan ZO. Penggantian Persamaan 5 ke dalam Persamaan 2, kami memperoleh:
(ZL + ZO) / (ZL + ZO)] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
Untuk ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
Oleh itu:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Persamaan 7)
Kami menyatakan di atas bahawa VSWR adalah spesifikasi yang diberikan dalam bentuk nisbah berbanding 1, sebagai contoh 1.5: 1. Terdapat dua kes khas VSWR, ∞: 1 dan 1: 1. Nisbah tak terhingga kepada satu terjadi apabila beban adalah litar terbuka. Nisbah 1: 1 berlaku apabila beban dipadankan dengan sempurna ke impedans ciri garis penghantaran.
VSWR ditakrifkan dari gelombang berdiri yang timbul pada saluran penghantaran itu sendiri dengan:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Persamaan 8)
Di mana VMAX adalah amplitud maksimum dan VMIN adalah amplitud minima gelombang berdiri. Dengan dua gelombang super dikenakan, maksimum berlaku dengan gangguan yang membina antara gelombang masuk dan tercermin. Oleh itu:
VMAX = V + + V- (Persamaan 9)
untuk gangguan konstruktif maksimum. Amplitud minimum berlaku dengan gangguan dekonstruktif, atau:
VMIN = V + - V- (Persamaan 10)
Penggantian Persamaan 9 dan 10 ke dalam persamaan 8 hasil
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (Persamaan 11)
Penggantian Persamaan 1 ke dalam Persamaan 11, kami memperoleh:
Semasa gelombang elektrik bergerak melalui bahagian yang berlainan dari sistem antena (penerima, saluran umpan, antena, ruang bebas) ia mungkin menghadapi perbezaan dalam impedansi. Pada setiap antara muka, sebilangan kecil tenaga gelombang akan memantulkan kembali ke sumbernya, membentuk gelombang tegak di garis umpan. Nisbah daya maksimum ke daya minimum dalam gelombang dapat diukur dan disebut nisbah gelombang tegak tegangan (VSWR). VSWR kurang dari 1.5: 1 sangat ideal, VSWR 2: 1 dianggap boleh diterima sedikit dalam aplikasi daya rendah di mana kehilangan kuasa lebih kritikal, walaupun VSWR setinggi 6: 1 masih boleh digunakan dengan sebelah kanan peralatan. Sekiranya anda tidak menjaga persamaan matematik, berikut adalah sedikit "cheat sheet" untuk membantu memahami korelasi VSWR dengan peratusan daya pantulan yang akan kembali.
VSWR
Kuasa Dikembalikan
(anggaran)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. Apa yang menyebabkan VSWR tinggi?
Sekiranya VSWR terlalu tinggi, tenaga berpotensi terlalu banyak dipantulkan kembali ke penguat daya, menyebabkan kerosakan pada litar dalaman. Dalam sistem yang ideal, akan ada VSWR 1: 1. Penyebab penilaian VSWR yang tinggi boleh menjadi penggunaan beban yang tidak betul atau sesuatu yang tidak diketahui seperti saluran penghantaran yang rosak.
