Hvordan beregne spenningens stående bølgeforhold?

For at en radio (sender eller mottaker) skal levere strøm til en antenne, må impedansen til radioen og overføringslinjen være godt tilpasset antennas impedans. Parameteren VSWR er et mål som numerisk beskriver hvor godt antennen er impedans tilpasset radioen eller overføringslinjen den er koblet til.

VSWR står for Spenningsfast bølgeforhold, og blir også referert til som Standing Wave Ratio (SWR). VSWR er en funksjon av refleksjonskoeffisienten, som beskriver kraften som reflekteres fra antennen. Hvis refleksjonskoeffisienten er gitt av .

Refleksjonskoeffisienten er også kjent som s11 eller retur tap. Se vswr-tabellen nedenfor for å se en numerisk kartlegging mellom reflektert effekt, s11 og VSWR. Hvis du ikke vil gå gjennom kompliserte ligninger for å forstå forholdet mellom VSWR, misforholdstap, s11 / gamma og ønsker at en kalkulator skal gjøre det for deg, sjekk ut VSWR-kalkulator-siden, så gjør vi VSWR-konverteringen for du.

 

VSWR er alltid et reelt og positivt tall for antenner. Jo mindre VSWR er, desto bedre blir antennen tilpasset overføringslinjen, og jo mer strøm leveres til antennen. Minimum VSWR er 1.0. I dette tilfellet reflekteres ingen strøm fra antennen, noe som er ideelt.

 

Ofte må antenner tilfredsstille et båndbreddekrav som er gitt i form av VSWR. For eksempel kan en antenne hevde å operere fra 100-200 MHz med VSWR <3. Dette innebærer at VSWR er mindre enn 3.0 over det angitte frekvensområdet. Denne VSWR-spesifikasjonen innebærer også at refleksjonskoeffisienten er mindre enn 0.5 (dvs. refleksjonskoeffisient <0.5) over det siterte frekvensområdet.

Fysisk betydning av VSWR

VSWR bestemmes ut fra spenningen målt langs en overføringsledning som fører til en antenne. VSWR er forholdet mellom toppamplituden til en stående bølge og den minste amplituden til en stående bølge, som vist i følgende figur:

I industrien blir VSWR noen ganger uttalt "viz-wer"

Når en antenne ikke er tilpasset mottakeren, reflekteres kraften (slik at refleksjonskoeffisienten ikke er null). Dette forårsaker en "reflektert spenningsbølge", som skaper stående bølger langs overføringslinjen. Resultatet er toppene og dalene som vist i figur 1. Hvis VSWR = 1.0, ville det ikke være noen reflektert kraft og spenningen ville ha en konstant størrelse langs overføringslinjen.

VSWR, Reflected Power og s11

Er en VSWR på 3 dårlig? Hvor dårlig er en VSWR på 12? Det er ingen harde regler. I denne delen vil vi prøve å sette VSWR-nummeret i sammenheng. Nedenfor er en tabell som viser forholdet mellom VSWR, total reflektert effekt og (også kjent som s11) og total reflektert effekt. Merk at den reflekterte kraften ganske enkelt er refleksjonskoeffisienten i kvadrat.

I tabellen ovenfor har en VSWR på 4 36% strøm levert av mottakeren reflektert fra antennen (64% av strømmen leveres til antennen). Merk at en reflektert effekt på 0 dB indikerer at all kraften reflekteres (100%), mens -10 dB indikerer at 10% av effekten reflekteres. Hvis all kraften reflekteres, vil VSWR være uendelig.

 

Merk at VSWR er en svært ikke-lineær funksjon av refleksjonskoeffisienten. Det vil si at det er veldig liten forskjell i reflektert kraft når VSWR øker fra 9 til 10; det er imidlertid en 11% endring i reflektert effekt når VSWR endres fra 1 til 2.

Generelt, hvis VSWR er under 2, blir antennekampen ansett som veldig god, og lite ville oppnås ved impedansmatching. Når VSWR øker, er det to hovednegativer. Den første er åpenbar: mer kraft reflekteres fra antennen og overføres derfor ikke. Imidlertid oppstår et annet problem. Når VSWR øker, reflekteres mer kraft til radioen som overføres. Store mengder reflektert kraft kan skade radioen. I tillegg har radioer problemer med å overføre de riktige informasjonsbitene når antennen samsvarer dårlig (dette er numerisk definert i form av en annen beregning, EVM - Error Vector Magnitude).

VSWR spesifikasjoner for antenner

Ofte i industrien blir antenner screenet (pass / fail-kriterier) basert på VSWR-spesifikasjoner (VSWR-spesifikasjoner). Dette er en metode for å måle antennene passivt for å avgjøre om de er riktig innstilt på en rask måte. Antennen måles med en nettverksanalysator, og VSWR som en funksjon av frekvens blir registrert. Som et eksempel kan du vurdere denne situasjonen der VSWR på 5 antenner måles og tegnes sammen med 4 linjer som representerer VSWR-spesifikasjonene for denne antennen (i blått):

VSWR-spesifikasjonene i figur 2 er definert av:

 (1) VSWR <3.8 for 825MHz <f <910 MHz

 (2) VSWR> 4.0 for 1200MHz <f <1400 MHz

 (3) VSWR> 3.0 ved f = 1.7 GHz, redusert lineært til VSWR> 2.0 ved f = 1.8 GHz

 (4) VSWR <3.0 for 1860MHz <f <2000 MHz

 

I figur 2 vil den røde VSWR-kurveantenne mislykkes med den andre spesifikasjonen, og den lyseblå VSWR-kurveantenne vil (marginalt) feile den fjerde spesifikasjonen. Dette er illustrert i figur 3:

Å sette VSWR-spesifikasjoner er en litt vanskelig jobb for antenneingeniører. Tanken er å mislykkes avvikerne (avskårne antenner eller antenner med ødelagte kontakter osv.). Imidlertid er det vanskelig i praksis å fastslå hva den akseptable variansen er, spesielt i industrier med høyt volum hvor en stram spesifikasjon kan svikte tusenvis av gode antenner.

 

Merk at VSWR er et mål på hvor mye strøm som leveres til en antenne. Dette betyr ikke at antennen utstråler all kraft den mottar. Derfor måler VSWR potensialet for stråling. En lav VSWR betyr at antennen er godt matchet, men betyr ikke nødvendigvis at den leverte kraften også blir utstrålt. Et anekoisk kammer eller annen utstrålt antennetest er nødvendig for å bestemme den utstrålte effekten. VSWR alene er ikke tilstrekkelig for å fastslå at en antenne fungerer som den skal.

 

VSWR kan også måles på Smith-diagrammet. VSWR er bare en skalar måling, mens Smith-diagrammet viser både størrelse og fase. Se Smith Chart-siden for mer informasjon.

Du kan også gjerne:

Hva er VSWR: Volting Standing Wave Ratio

Hva er VSWR og returtap?

Hvordan bruke en VSWR Meter

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste