"VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), הוא מדד לאופן יעילות העברה של תדרי רדיו ממקור חשמל, דרך קו העברה, לעומס (למשל, ממגבר כוח דרך קו העברה, לאנטנה ). " זה הרעיון של VSWR. מידע נוסף על VSWR, כגון גורמי ההשפעה של VSWR, ההשפעה על מערכת ההולכה, ההבדל עם SWR וכו '. מאמר זה יכול לתת לך הסבר מפורט.
"מדד להתאמת עכבה של עומסים לעכבה האופיינית לקו תמסורת או מוליך גל. אי התאמות עכבה גורמות לגלים עומדים לאורך קו ההולכה, ו- SWR מוגדר כיחס של משרעת הגל העומד החלקי באנטינודה (מקסימום) ל המשרעת בצומת (מינימום) לאורך הקו. "
SWR נמדד בדרך כלל באמצעות מכשיר ייעודי הנקרא מד SWR. מכיוון ש- SWR הוא מדד של עכבת העומס ביחס לעכבה האופיינית של קו ההולכה בשימוש (שקובעים יחד את מקדם ההשתקפות כמתואר להלן), מד SWR נתון יכול לפרש את העכבה שהוא רואה במונחים של SWR רק אם יש לו תוכננו לאותה עכבה אופיינית מסוימת. בפועל מרבית קווי ההולכה המשמשים ביישומים אלה הם כבלים קואקסיאליים עם עכבה של 50 או 75 אוהם, כך שרוב מדי ה- SWR תואמים לאחד כזה.
בדיקת ה- SWR היא הליך סטנדרטי בתחנת רדיו. למרות שניתן היה להשיג את אותו מידע על ידי מדידת עכבת העומס באמצעות מנתח עכבה (או "גשר עכבה"), מד ה- SWR פשוט וחזק יותר למטרה זו. על ידי מדידת גודל חוסר ההתאמה של העכבה בפלט המשדר היא מגלה בעיות עקב האנטנה או קו השידור.
אגב, אם אתה חושב שמעולם לא חווית גל עומד באופן אישי, זה מאוד לא סביר. גלים עומדים בתנור מיקרוגל הם הסיבה שהאוכל מבושל בצורה לא אחידה (הפטיפון הוא פיתרון חלקי לבעיה זו). אורך הגל של האות 2.45 ג'יגה הרץ הוא כ 12 ס"מ, או כחמישה ס"מ. אפסים בקרינה (והחימום) יופרדו במרחק דומה לאורכי הגל.
מקדם ההשתקפות הוא a פרמטר המתאר כמה מגל אלקטרומגנטי משתקף על ידי אי רציפות עכבה במדיום ההולכה, השווה ליחס בין משרעת הגל המשתקף לגל האירוע. מקדם ההשתקפות הוא איכות שימושית מאוד בעת קביעת VSWR או חקירת ההתאמה בין למשל מזין לעומס. האות היוונית Γ משמשת בדרך כלל למקדם השתקפות, אם כי לעתים קרובות נראה σ.
מקדם השתקפות
באמצעות ההגדרה הבסיסית של מקדם ההשתקפות, ניתן לחשב אותו מתוך ידיעה על האירוע והמתחים המשתקפים.
איפה:
Γ = מקדם השתקפות
Vref = מתח מוחזר
Vfwd = מתח קדימה
2) הפסד החזר והפסד
תשואת הפסד הוא אובדן כוח האות עקב השתקפות האות או חזרה על ידי אי רציפות בקישור סיב אופטי או בקו העברה, ויחידת הביטוי שלו היא גם בדציבלים (dB). אי התאמה עכבה זו יכולה להיות עם מכשיר מוכנס בשורה או עם עומס הסיום. יתר על כן, הפסד החזר הוא הקשר בין מקדם ההשתקפות (Γ) לבין יחס הגל העומד (SWR), והוא תמיד מספר חיובי, ואובדן החזר גבוה הוא פרמטר מדידה חיובי, והוא בדרך כלל מתואם להכנסה נמוכה. הֶפסֵד. אגב, אם תגדיל את הפסד ההחזר, הוא יתאים ל- SWR נמוך יותר.
אובדן האות, אשר מתרחשת לאורך קישור סיב אופטי, נקרא אובדן הכנסה. עם זאת, אובדן הכנסה הוא תופעה טבעית המתרחשת עם כל סוגי השידורים, בין אם מדובר בנתונים ובין אם חשמליים. יתר על כן, כפי שקורה בעצם עם כל קווי ההעברה הפיזיים או הנתיבים המוליכים, ככל שהדרך ארוכה יותר, כך ההפסד גבוה יותר. יתר על כן, הפסדים אלה מתרחשים גם בכל נקודת חיבור לאורך הקו, כולל חיבורים ומחברים. פרמטר מדידה מסוים זה מתבטא בדציבלים ועליו להיות תמיד מספר חיובי. עם זאת, צריך, לא אומר תמיד, ואם במקרה, זה שלילי, זה לא פרמטר מדידה חיובי. במקרים מסוימים, אובדן הכנסה עשוי להופיע כמדידת פרמטר שלילי.
הפסד החזר ואובדן הכנסה
אז עכשיו, בואו נבחן את התרשים שלמעלה בפירוט כדי שנבין טוב יותר כיצד אובדן הכנסה ואובדן החזר מתקשרים. כפי שאתה יכול לראות, כוח האירוע עובר לאורך קו העברה משמאל עד שהוא מגיע לרכיב. ברגע שהוא מגיע לרכיב, חלק מהאות משתקף בחזרה לאורך קו השידור לכיוון המקור ממנו הגיע. כמו כן, זכור כי חלק זה של האות אינו נכנס לרכיב.
שאר האות אכן נכנס לרכיב. שם חלק ממנו נספג, והשאר עובר דרך הרכיב לקו ההולכה בצד השני. הכוח שיוצא מהרכיב נקרא הכוח המועברוזה פחות מכוח האירוע משתי סיבות:
① חלק מהאות משתקף.
הרכיב סופג חלק מהאות.
לכן, לסיכום, אנו מבטאים אובדן הכנסה בדציבלים, וזה היחס בין כוח האירוע לכוח המועבר. יתר על כן, אנו יכולים לסכם כי הפסד תשואה, אותו אנו מבטאים גם בדציבלים הוא היחס בין כוח האירוע לכוח המשתקף. לכן אנו יכולים לראות כיצד שני סוגי הפרמטרים למדידת אובדן עוזרים לאמוד במדויק את היעילות הכוללת של אות ורכיב מדידים בתוך מערכת או בנתיב דרך.
בשיטות האלקטרוניקה של ימינו, מבחינת השימוש, אובדן החזר עדיף על פני SWR מכיוון שהוא מעניק רזולוציה טובה יותר לערכים קטנים יותר של גלים מוחזרים.
3) מהי התאמת עכבה
התאמת עכבה היא עיצוב מקור ו עכבות עומס כדי למזער את השתקפות האות או למקסם את העברת הכוח. במעגלי DC, המקור והעומס צריכים להיות שווים. במעגלי זרם חילופין, המקור צריך להיות שווה לעומס או לצמידה המורכבת של העומס, תלוי במטרה. עכבה (Z) היא מדד להתנגדות לזרימה חשמלית, שהוא ערך מורכב כאשר החלק האמיתי מוגדר כהתנגדות (R), והחלק הדמיוני נקרא תגובתיות (X). משוואת העכבה היא אז בהגדרה Z = R + jX, כאשר j היא היחידה הדמיונית. במערכות DC התגובה היא אפס, ולכן העכבה זהה להתנגדות.
יחס גל עומד המתח (VSWR) הוא אינדיקציה לכמות אי ההתאמה בין אנטנה לקו ההזנה שמתחבר אליה. (נְקִישָׁה כאן לבחור את מוצרי האנטנה שלנו) זה מכונה גם יחס הגל העומד (SWR). טווח הערכים עבור VSWR הוא בין 1 ל- ∞. ערך VSWR מתחת ל -2 נחשב מַתְאִים עבור רוב יישומי האנטנה. ניתן לתאר את האנטנה כבעלת התאמה טובה. לכן כשמישהו אומר שהאנטנה תואמת בצורה גרועה, לעתים קרובות זה אומר שערך ה- VSWR עולה על 2 בתדירות של עניין. הפסד תשואה הוא מפרט נוסף של ריבית והוא מכוסה בפירוט רב יותר בסעיף תיאוריית האנטנות. המרה שנדרשת בדרך כלל היא בין הפסד החזר ל- VSWR, וחלק מהערכים מתוארים בתרשים, יחד עם גרף של ערכים אלה לצורך התייחסות מהירה.
בואו ניקח סרטון צפייה מהיר על VSWR!
2) גורמים משפיע על VSWR
· תדר
· קרקע אנטנה
· חפצי מתכת סמוכים
· סוג של בניית אנטנות
· טֶמפֶּרָטוּרָה
3) SWR לעומת VSWR לעומת ISWR לעומת PSWR
SWR הוא מושג, כלומר יחס הגל העומד. VSWR הוא למעשה אופן ביצוע המדידה על ידי מדידת המתחים לקביעת ה- SWR. ניתן גם למדוד את ה- SWR על ידי מדידת הזרמים או אפילו את הכוח (ISWR ו- PSWR). אבל לרוב הדברים, כשמישהו אומר SWR הם מתכוונים ל- VSWR, בשיחה משותפת הם ניתנים להחלפה.
· SWR: SWR מייצג יחס גל עומד. הוא מתאר את המתח והגלים העומדים בזרם המופיעים על הקו. זהו תיאור כללי עבור גלים עומדים זרם ומתח. זה משמש לעתים קרובות בשיתוף עם מטרים המשמשים לזיהוי יחס הגל העומד. גם הזרם וגם המתח עולים ויורדים באותו הפרופורציה לחוסר התאמה נתון. · VSWR: יחס ה- VSWR או מתח העמידה במתח חל במיוחד על גלי עומד המתח המוצבים על גבי מזין או קו העברה. מכיוון שקל יותר לזהות את הגלים העומדים על המתח, ובמקרים רבים המתחים חשובים יותר מבחינת התמוטטות ההתקנים, לעתים קרובות משתמשים במונח VSWR, במיוחד בתחומי עיצוב RF.
למטרות מעשיות ביותר, ISWR זהה ל- VSWR. בתנאים אידיאליים, מתח ה- RF בקו העברת האות זהה בכל הנקודות בקו, תוך הזנחת הפסדי הספק הנגרמים כתוצאה מהתנגדות חשמלית בחוטי הקו ופגמים בחומר הדיאלקטרי המפריד בין מוליכי הקו. לכן ה- VSWR האידיאלי הוא 1: 1. (לעתים קרובות ערך SWR נכתב פשוט במונחים של המספר הראשון, או המונה, של היחס מכיוון שהמספר השני, או המכנה, הוא תמיד 1.) כאשר ה- VSWR הוא 1, ה- ISWR הוא גם 1. מצב אופטימלי זה יכול קיים רק כאשר לעומס (כגון אנטנה או מקלט אלחוטי), אליו מועבר הספק RF, יש עכבה זהה לעכבה של קו ההולכה. משמעות הדבר היא כי עמידות העומס חייבת להיות זהה לעכבה האופיינית של קו ההולכה, והעומס חייב להכיל שום תגובתיות (כלומר, העומס חייב להיות ללא אינדוקציה או קיבול). בכל מצב אחר, המתח והזרם משתנים בנקודות שונות לאורך הקו, ו- SWR אינו 1.
ישנן דרכים רבות בהן VSWR משפיע על הביצועים של מערכת שידור או כל מערכת שעשויה להשתמש בתדרי רדיו ובעכבות זהות. למרות שנעשה שימוש רגיל ב- VSWR, גם מתח מתח וגם זרם עלול לגרום לבעיות.
· מגברי כוח משדר עלולים להיפגע: רמות המתח והזרם המוגברות הנראות על המזין כתוצאה מהגלים העומדים, עלולות לפגוע בטרנזיסטורי הפלט של המשדר. התקני מוליכים למחצה הם אמינים מאוד אם הם מופעלים בגבולותיהם המוגדרים, אך גלי המתח והזרם העומד על המזין עלולים לגרום נזק קטסטרופלי אם הם גורמים לתכנון לפעול מחוץ לגבולותיהם.
· הגנת הרשות מפחיתה את הספק היציאה: לאור הסכנה האמיתית מאוד של רמות SWR גבוהות הגורמות נזק למגבר הכוח, משדרים רבים משלבים מעגלי הגנה המפחיתים את תפוקת המשדר עם עליית ה- SWR. המשמעות היא שהתאמה לקויה בין המזין לאנטנה תביא ל- SWR גבוה שגורם להפחתת הפלט ומכאן לאובדן משמעותי בהספק המועבר.
· מתח גבוה וזרם יכול לפגוע במזין: יתכן שרמת המתח והזרם הגבוהים הנגרמים על ידי יחס הגל העומד גבוה עלולים לגרום נזק למזין. למרות שברוב המקרים מזינים יופעלו היטב בגבולותיהם ויש להכיל את הכפלת המתח והזרם, ישנן נסיבות שבהן הנזק יכול להיגרם. המקסימום הנוכחי עלול לגרום לחימום מקומי מוגזם שעלול לעוות או להמיס את הפלסטיק שבשימוש, והמתחים הגבוהים ידועים כגורמים לקשתות בנסיבות מסוימות.
· עיכובים הנגרמים על ידי השתקפויות עלולים לגרום לעיוות: כאשר אות מוחזר על ידי חוסר התאמה, הוא מוחזר חזרה לכיוון המקור, ואז יכול להיות מוחזר חזרה לעבר האנטנה. נקבע עיכוב השווה לזמן כפול משדר השידור של האות לאורך המזין. אם מועברים נתונים זה יכול לגרום להפרעות בין-סמליות, ובדוגמה אחרת שבה הועברה טלוויזיה אנלוגית, נראתה תמונה של "רוח רפאים".
· הפחתת אות בהשוואה למערכת בהתאמה מושלמת: מעניין שהאובדן ברמת האות שנגרם על ידי VSWR ירוד אינו גדול כמעט כמו שחלקם יכולים לדמיין. כל אות המשתקף על ידי העומס, מוחזר חזרה אל המשדר וכפי שהתאמה אל המשדר יכולה לאפשר להחזרת האות חזרה לאנטנה, ההפסדים שנגרמו הם ביסודם אלה שהציג המזין. כמדריך אורך של 30 מטר משדל RG213 עם אובדן של סביב 1.5 dB ב 30 מגהרץ פירושו שאנטנה הפועלת עם VSWR תיתן הפסד של קצת יותר מ -1 dB בתדר זה בהשוואה לאנטנה בהתאמה מושלמת.
ניתן להשתמש בשיטות רבות ושונות למדידת יחס הגל העומד. השיטה הכי אינטואיטיבית משתמש בקו מחורץ שהוא קטע של קו ההולכה עם חריץ פתוח המאפשר לבדיקה לזהות את המתח בפועל בנקודות שונות לאורך הקו. כך ניתן להשוות ישירות בין הערכים המקסימליים והמינימליים. בשיטה זו משתמשים בתדרים VHF ובתדרים גבוהים יותר. בתדרים נמוכים יותר, קווים כאלה ארוכים באופן לא מעשי. ניתן להשתמש במצמדים כיוונים ב- HF באמצעות תדרים במיקרוגל. חלקם באורך של רבע גל ומעלה, מה שמגביל את השימוש בהם בתדרים הגבוהים יותר. סוגים אחרים של מצמדי כיוון מדגמים את הזרם והמתח בנקודה אחת בנתיב ההולכה ומשלבים אותם באופן מתמטי באופן שייצג את הכוח שזורם לכיוון אחד. הסוג הנפוץ של מד SWR / כוח המשמש בתפעול חובבני עשוי להכיל מצמד כיוון כפול. סוגים אחרים משתמשים במצמד יחיד שניתן לסובב 180 מעלות כדי לדגום את הכוח שזורם לשני הכיוונים. מצמדים חד כיווניים מסוג זה זמינים לטווחי תדרים ורמות הספק רבים ועם ערכי צימוד מתאימים למונה האנלוגי בו משתמשים.
קו מחורץ
ניתן להשתמש בכוח קדימה ומשתקף הנמדד על ידי מצמדי כיוון לחישוב SWR. ניתן לבצע את החישובים בצורה מתמטית בצורה אנלוגית או דיגיטלית או באמצעות שיטות גרפיות המובנות במד כסקאלה נוספת או על ידי קריאה מנקודת המעבר בין שתי מחטים באותו מטר.
ניתן להשתמש במכשירי המדידה הנ"ל "בשורה", כלומר, העוצמה המלאה של המשדר יכולה לעבור דרך מכשיר המדידה כדי לאפשר ניטור רציף של SWR. מכשירים אחרים, כגון מנתחי רשת, מצמדי כיוון נמוכים בהספק וגשרים של אנטנות משתמשים בהספק נמוך למדידה ויש לחבר אותם במקום המשדר. ניתן להשתמש במעגלי גשר למדידה ישירה של החלקים האמיתיים והדמיוניים של עכבת העומס ושימוש בערכים אלה להפקת SWR. שיטות אלה יכולות לספק מידע רב יותר מאשר SWR או כוח קדימה ומשתקף. מנתחי אנטנות עצמאיים משתמשים בשיטות מדידה שונות ויכולים להציג SWR ופרמטרים אחרים שתוכננו כנגד תדר. באמצעות מצמדי כיוון וגשר בשילוב, ניתן ליצור מכשיר בשורה הקורא ישירות בעכבה מורכבת או ב- SWR. יש גם מנתחי אנטנות עצמאיים המודדים פרמטרים מרובים.
מד כוח
הערה: אם קריאת ה- SWR שלך נמוכה מ -1, יש לך בעיה. יכול להיות שיש לך מד SWR רע, משהו לא בסדר בחיבור האנטנה או האנטנה שלך, או שיש לך רדיו פגום או פגום.
כאשר גל משודר פוגע בגבול כמו זה שבין קו ההעברה ללא עומס (איור 1), אנרגיה מסוימת תועבר לעומס וחלקם ישתקף. מקדם ההשתקפות מתייחס בין הגלים הנכנסים והמשתקפים כ:
Γ = V.-/V+ (משוואה 1)
כאשר V- הוא הגל המשתקף ו- V + הוא הגל הנכנס. VSWR קשור לגודל מקדם השתקפות המתח (Γ) על ידי:
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (שווה 2)
איור 1. מעגל קווי העברה הממחיש את גבול אי התאמת העכבה בין קו ההולכה לעומס. השתקפויות מתרחשות בגבול שנקבע על ידי Γ. גל האירוע הוא V + והגל המשקף הוא V-.
ניתן למדוד VSWR ישירות באמצעות מד SWR. ניתן להשתמש בכלי לבדיקת RF כמו מנתח רשת וקטורי (VNA) למדידת מקדמי ההשתקפות של יציאת הקלט (S11) ויציאת הפלט (S22). S11 ו- S22 שווים ל- Γ ביציאת הקלט והיציאה בהתאמה. VNAs עם מצבי מתמטיקה יכולים גם לחשב ולהציג ישירות את ערך VSWR שהתקבל.
ניתן לחשב את אובדן ההחזר ביציאות הקלט והפלט מתוך מקדם ההשתקפות, S11 או S22, כדלקמן:
RLIN = 20log10 | S11 | dB (שווה 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (שווה 4)
מקדם ההשתקפות מחושב מהה עכבה האופיינית של קו ההולכה ומעכבת העומס באופן הבא:
Γ = (ZL - ZO) / (ZL + ZO) (שווה 5)
כאשר ZL הוא עכבת העומס ו- ZO הוא העכבה האופיינית של קו ההולכה (איור 1).
ניתן לבטא VSWR גם במונחים של ZL ו- ZO. החלפת משוואה 5 למשוואה 2, אנו משיגים:
VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)
עבור ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO
לָכֵן:
VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL + ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (שווה 7)
ציינו לעיל כי VSWR הוא מפרט שניתן בצורה יחסית יחסית ל- 1, כדוגמה 1.5: 1. ישנם שני מקרים מיוחדים של VSWR, ∞: 1 ו- 1: 1. יחס של אינסוף לאחד מתרחש כאשר העומס הוא מעגל פתוח. יחס של 1: 1 מתרחש כאשר העומס מתאים באופן מושלם ל עכבה האופיינית של קו ההולכה.
VSWR מוגדר מגל העמידה המתעורר על קו ההולכה עצמו על ידי:
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (שווה 8)
כאשר VMAX הוא המשרעת המרבית ו- VMIN הוא המשרעת המינימלית של הגל העומד. עם שני גלים סופר-מוטלים, המקסימום מתרחש בהפרעה קונסטרוקטיבית בין הגלים הנכנסים והמשתקפים. כך:
VMAX = V + + V- (שווה 9)
להפרעות קונסטרוקטיביות מרביות. המשרעת המינימלית מתרחשת עם הפרעות דקונסטרוקטיביות, או:
VMIN = V + - V- (שווה 10)
החלפת המשוואות 9 ו- 10 לתשואות המשוואה 8
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (שווה 11)
כאשר הגל החשמלי עובר בחלקים השונים של מערכת האנטנות (מקלט, קו הזנה, אנטנה, מקום פנוי) הוא עלול להיתקל בהבדלים בעכבות. בכל ממשק חלק כלשהו מאנרגיית הגל ישקף חזרה למקור ויוצר גל עומד בקו ההזנה. ניתן למדוד את היחס בין הספק מרבי לספק מינימלי בגל והוא נקרא יחס גל עומד מתח (VSWR). VSWR של פחות מ -1.5: 1 הוא אידיאלי, VSWR של 2: 1 נחשב למקובל בשוליים ביישומי הספק נמוך כאשר אובדן הספק הוא קריטי יותר, אם כי VSWR גבוה ככל 6: 1 עדיין עשוי להיות שמיש עם הזכות. צִיוּד. רק למקרה שלא אכפת לך ממשוואות מתמטיות, הנה טבלת "גיליון רמאות" קטנה שתסייע בהבנת המתאם של VSWR לאחוז הכוח המוחזר שיחזור.
VSWR
כוח שהוחזר
(לְהִתְקַרֵב)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. מה גורם ל- VSWR גבוה?
אם ה- VSWR גבוה מדי, עלולה להיות יותר מדי אנרגיה המוחזרת למגבר הספק, ולגרום נזק למעגלים הפנימיים. במערכת אידיאלית, יהיה VSWR של 1: 1. סיבות לדירוג VSWR גבוה יכולות להיות שימוש בעומס לא תקין או במשהו לא ידוע כמו למשל קו העברה פגום.
