Állóhullám-arány

Az állóhullám-arány (SWR, az angol állóhullám-arány , SWR) az állóhullám elektromos vagy mágneses térerőssége amplitúdójának legnagyobb értékének az átviteli vonal antinódusainál és a csomópontokban lévő amplitúdó aránya . 2] .

Az SWR annak mértéke, hogy egy terhelés (például egy antenna ) hogyan illeszkedik az átviteli vonalhoz ( adagolóhoz ). Az SWR a távvezetékben nem függ az elektromágneses hullámforrás (generátor) belső ellenállásától és (lineáris terhelés esetén) a generátor teljesítményétől. Az SWR értéke egy homogén veszteségmentes távvezetékben állandó a távvezeték teljes hosszában, és nem függ annak hosszától. Az SWR a következőket érinti:

a "távvezeték - terhelés" rendszer hatékonysága ;
a vonalon átvitt teljesítmény maximális értéke;
generátor üzemmód.

Kapcsolat a tükrözési együtthatóval

Az SWR a távvezeték adott szakaszán a reflexiós együttható modulusához kapcsolódik, ez a két mennyiség ugyanazt az információt hordozza. Mivel a hullám amplitúdójának egyenetlen eloszlása a vonal mentén a beeső és visszavert hullámok interferenciájának ("összeadásnak és kivonásnak") a következménye, a hullám amplitúdójának legnagyobb értéke a vonal mentén (azaz az amplitúdó értéke az antinódus ) az $|\gamma |$ $A$

A_{\text{inc}}+A_{\text{ref}},

és a legkisebb amplitúdóérték (vagyis a csomóponti amplitúdóérték) az

A_{\text{inc}}-A_{\text{ref}},

ahol a beeső hullám amplitúdója (például feszültséghullámok, akkor vagy áramhullámok, akkor ); a visszavert hullám amplitúdója. $A_{\text{inc))$ $A=U,$ $A=I$ $A_{\text{ref}}$

Következésképpen

{\text{KCB}}={\frac {A_{\text{inc}}+A_{\text{ref}}}{A_{\text{inc}}-A_{\text{ref} }}}.

Ebből következik az SWR kapcsolata a feszültség ( ) vagy áram ( , ) reflexiós együtthatójának modulusával : $|\gamma |$ $|\Gamma _{U}|=U_{\text{ref}}/U_{\text{inc}}$ $|\Gamma _{I}|=I_{\text{ref}}/I_{\text{inc}}$ $|\Gamma _{U}|=|\Gamma _{I}|)$

{\text{KCB}}={\frac {1+|\Gamma |}{1-|\Gamma |}}.

Mozgó hullám üzemmódban (ebben az üzemmódban az átviteli vezeték a terheléshez van igazítva ) nincs visszavert hullám (azaz ), és SWR = 1. $A_{\text{ref}}=0$ $|\Gamma _{U}|=0$
Vegyes hullám üzemmódban ( ), SWR > 1. $A_{\text{ref}}\neq 0$
Állóhullám módban amikor (azaz a visszavert és beeső hullámok amplitúdója egyenlő), és az SWR a végtelenbe hajlik. $A_{\text{ref}}=A_{\text{inc}}$ $|\Gamma _{U}|=1$

Hullámimpedanciájú veszteségmentes átviteli vezetékben, amely tisztán rezisztív terhelésre van terhelve ellenállással $W,$ $R:$

SWR -nél = $R>W$ $R/W;$
SWR -nél = $R<W$ $W/R.$

Például, ha egy 50 ohmos hullámimpedanciájú átviteli vezetéket 100 ohmos vagy 25 ohmos tisztán aktív ellenállásra terhelünk , akkor a vezeték SWR értéke 2,0 lesz, míg a hullám amplitúdója az ellencsomóponton meghaladja a a hullám amplitúdója a csomópontban kétszer. A Volpert-Smith kördiagramon az állandó SWR vonalai koncentrikus körök, amelyek közepe egybeesik a diagram középpontjával (a diagram közepe megfelel az SWR értéknek \u003d 1 ).

A gyakorlatban az SWR-t széles körben használják az illesztés minőségének jellemzőjeként, valamint az összevont paraméterű áramkörökben, amelyekben nincsenek kifejezetten hosszú vonalak . Ebben az esetben az SWR érték kijelzése megegyezik az érték kijelzésével, például az „az erősítő bemenetén lévő SWR érték 2,0” kifejezés azt jelenti, hogy a feszültségreflexiós együttható modul értéke a bemenetről Az erősítő egy tisztán aktív névleges belső ellenállású generátorhoz csatlakoztatva : Vagy: az „antenna SWR értéke 2,0” kifejezés azt jelenti, hogy a reflexiós együttható modulusának értéke az antenna bemenetéről antenna, ha az antenna névleges ellenállásával megegyező belső ellenállású generátor gerjeszti Ez azt is jelenti, hogy amikor az antennát a névleges ellenállású antennával megegyező hullámimpedanciájú átviteli vezetéken keresztül gerjesztik, az átvitelben az SWR Az antenna közelében lévő vonal 2.0 lesz. $|\gamma |.$ $|\gamma |$ $|\Gamma |\kb 0{,}33.$ $|\gamma |$ $|\Gamma |\kb 0{,}33.$

KBV, VSWR és egyéb együtthatók

Az SWR érték a haladó hullámarány (TWR) reciproka, amelyet korábban az SWR-rel együtt széles körben használtak a gyakorlatban.

T-hullámú távvezetékben (például koaxiális típusú vezetékben) az SWR feszültséggel határozható meg (mint a vonal mentén lévő feszültségamplitúdó legnagyobb értékének és a legkisebb értéknek az aránya, a gyakorlatban a feszültség kifejezés SWR (VSWR) használatos). Hasonlóképpen egy T-hullámú vonalban az áramból (az áramok amplitúdóinak arányából) meghatározható az SWR . Az így meghatározott VSWR és VSWR áramértékek megegyeznek a VSWR-rel. Más típusú hullámokat használó átviteli vezetékeknél, például dielektromos vagy fém hullámvezetőknél, a VSWR és a VSWR áramot nehéz vagy lehetetlen bevinni és használni.

Az SWR méréséhez szükséges térerősség vagy feszültség amplitúdójának mérésekor diódákkal ellátott detektorrészeket használnak , amelyek gyenge jel módban a négyzeteshez közeli áram-feszültség karakterisztikával rendelkeznek . A detektálás eredménye hozzávetőlegesen arányos a mért térerősség vagy feszültségamplitúdó négyzetével, azaz arányos az átviteli vezetékből a detektorszakaszba leágazó teljesítménnyel. Korábban a mérési eredmények feldolgozásának egyszerűsítése érdekében (hogy ne vegyük ki a négyzetgyököt) az SWR helyett az így kapott becslések amplitúdónégyzeteinek aránya (térerősség a vonalban, feszültség vonalvezetőket), amely megközelítőleg megegyezik az SWR négyzetével. Ezt az arányt nem egészen helyesen "SWR by power" -nak nevezték . A „helyes” SWR (térerősség-amplitúdó arány) és az ilyen „KSVR” elválasztása érdekében a VSWR by voltage (VSWR) kifejezést és a Kst U jelölést még mindig széles körben használják az SWR helyett .

A külföldi szakirodalomban a következő rövidítéseket használják:

az SWR rövidítés az SWR rövidítésnek felel meg (az angol s tanding w ave r atio szóból ) ;
VSWR és Kst U - VSWR (az angol voltage SWR szóból );
SWR for current - ISWR ( francia i ntensité de courant - áramerősség és angol SWR szóból );
SWR teljesítményben - PSWR (az angol power SWR szóból ).

A KBV, VSWR, VSWR áramellátáshoz, VSWR tápellátáshoz való használatát a GOST nem biztosítja [2] .

Elfogadható SWR

Kívánatos, hogy az SWR értéke a távvezetékben az egységhez közel legyen, míg a "távvezeték - terhelés" rendszer maximális hatásfoka egyenlő [3] a terhelésben felszabaduló teljesítmény és a terhelésben felszabaduló teljesítmény arányával. a generátor által a távvezetéknek adott beeső hullám. A különböző eszközök működési frekvenciáján vagy működési frekvenciasávjában megengedett SWR értékeket a műszaki előírások és a GOST szabályozzák. Az általánosan elfogadható SWR értékek 1,1 és 2,0 között vannak. A hullámvezető úton az elérhető és gyakorlatilag elérhető SWR értékek lényegesen alacsonyabbak (jobbak), mint a koaxiális úton, és jobban megjósolhatók.

Az SWR értéke számos tényezőtől függ, különösen:

a távvezeték hullámimpedanciája és a terhelési ellenállás arányából;
a távvezeték inhomogenitásai, például csatlakozások, sérülések, kis sugarú hajlítások;
az átviteli vezeték nagyfrekvenciás csatlakozójában (csatlakozójában) a kábelvégződés minőségéről a terhelési oldalon.

Az SWR növekedése (vagyis romlása) a rendszer hatékonyságának romlásához vezet a következő fő okok miatt:

magában a távvezetékben a hőveszteségek nőnek az SWR = 1 esethez képest (ez a veszteség további növekedése minél erősebb, minél nagyobb a fajlagos csillapítás a távvezetékben);
a terhelés és a távvezeték közötti eltérés miatt (az SWR növekedésének oka) a generátor terhelés általi teljesítményfelvétele csökken (gyakran helytelen a teljesítmény terhelésről való visszaverődéséről és annak átviteléről beszélni. hullám, majd abszorpció a generátorban );

A nemlineáris üzemmódban (különösen áramlezárással) működő aktív eszköz kimeneti áramkörének egyenértékű áramköre azonban nem "egy ideális J áramforrás és egy állandó komplex vezetőképesség G kapcsolata, amellyel ez szükséges. hogy megfeleljen a terhelésnek", mivel a J , G és a rezgési teljesítmény értékei komplex módon változnak a terhelési ellenállás változásával. Ezért, ha egy „hangolt” (azaz maximális teljesítményt adó) generátorhoz csatlakoztatott távvezetékben az SWR megváltozik (romlik, sőt javul), akkor a generátor kevesebb energiát ad a távvezetéknek. Ezzel kapcsolatban van egy további tényező:

az elektromágneses hullámforrás aktív eszközének működési módja megváltozik, ami negatív tényező, amely tovább csökkenti a terhelésben felszabaduló teljesítményt. Ez a tényező részben kiküszöbölhető, ha a generátor és az átviteli vonal közé egy illesztő eszközt („antenna tuner”) helyezünk el; azonban ebben az esetben egy új veszteségforrás jelenik meg - maga az illesztőeszköz, amelynek hatékonysága az SWR növekedésével csökken.

Egyéb következmények is lehetségesek:

az átviteli vezeték meghibásodása vagy megolvadása a feszültség vagy áram antinódusaiban;
egy nagy teljesítményű erősítő (tranzisztor) meghibásodása a megengedett határokon túlmutató működési mód miatt: a kimeneti elektróda áramának vagy feszültségének növekedése meghibásodáshoz, a disszipált teljesítmény növekedése túlmelegedéshez vezethet; az UHF és a mikrohullámú tartományban nem kölcsönös eszközöket használnak az aktív eszközök - szelepek és keringtetők - védelmére , amelyek nem adják át a terhelésről visszavert hullámot a generátornak, azonban a nem megfelelő terhelésen történő hosszan tartó működés esetén ezek is meghibásodhatnak;
az út frekvenciaválaszának egyenetlenségének növekedése , amely különösen a továbbított rövid impulzusok alakjának torzulásában nyilvánulhat meg (amelyek időtartama összemérhető a jelátviteli idővel az átviteli vonalban), és a rövid impulzusok többszöri visszaverődésének megnyilvánulása (amelynek időtartama sokkal rövidebb, mint a jel terjedési ideje az átviteli vezetékben, hasonlóan az akusztikai effektreverberációhoz) ;
egymáshoz kapcsolódó kaszkádok öngerjesztése .

Az SWR csökkentése és a hatásfok növelése érdekében a terhelést a lehető legnagyobb mértékben a távvezetékhez kell illeszteni (ebben az esetben az illesztési feltétel azt jelenti, hogy a terhelési ellenállás tisztán aktív és egyenlő a távvezeték jellemző impedanciájával). Ha az illesztési minőség nem kielégítő, akkor illesztőberendezéseket alkalmaznak, amelyek a távvezeték és a terhelés közé vagy a távvezetékbe a terheléshez lehető legközelebb vannak csatlakoztatva. Ha a hatékonyság nem meghatározó tényező, akkor illeszkedő csillapítók használhatók .

Az SWR mérése

SWR mérőeszköz - SWR mérő.

Az SWR mérésének közvetlen módszere egy mérővonal használatán alapul , amely méri a térerősség amplitúdóit az antinóduson és a csomóponton. Ez a módszer történelmileg a legkorábbi.

Az SWR-t gyakrabban közvetetten, reflektométerrel mérik, majd ezt követően SWR-vé alakítják. A komplexebb (többfunkciós, általában automata) reflektométer alapú mérőműszerekben az SWR mérése az egyik funkció (az impedancia, komplex reflexiós együttható, S-paraméterek , teljesítmény mérése mellett). Az SWR mérésére tervezett reflektométer skálája SWR egységekben előre kalibrálható. Az SWR mérésére használt reflektométerek kialakítása változatos. Az áteresztő SWR mérők (érzékelők) az átviteli vezetékbe vannak beépítve, vagy a rádióadó kimenetére helyezve, leegyszerűsített formában a rádióadó védelmi áramkörének részeként használhatók a terhelési eltérések ellen. $|\gamma |$

Az SWR mérésekor vegye figyelembe a következőket.

Az SWR állandósult állapotban akkor kerül meghatározásra, amikor a távvezetékben a generátor bekapcsolásakor fellépő tranziens folyamat leáll (a hullám a generátortól a terhelés felé hosszú vonal mentén terjed, részben visszaverődik róla, továbbterjed a generátorral ellentétes irányba, részben visszaverődik róla, és így tovább). Ezt a körülményt figyelembe kell venni az időtartományban működő reflektométerrel végzett SWR mérések tervezésekor.
Egy potenciálisan nemlineáris terhelés illesztési minőségének mérésekor figyelembe kell venni, hogy az eredmény függhet a mérőjel teljesítményétől. Például, amikor az SWR-t egy erősítő bemenetén mérjük, egy aktív eszköz bemeneti impedanciája függhet működési módjától és különösen a mérőjel teljesítményétől. Ilyen esetekben a mérést jól meghatározott (névleges) teljesítményű mérőjel segítségével kell elvégezni.
Veszteséges távvezetékben a reflexiós együttható modulusa a terheléstől távolodva és a generátorhoz közeledve folyamatosan csökken. Ennek az az oka, hogy mind a beeső, mind a visszavert hullámok csillapítást tapasztalnak. Ezért veszteséges távvezetékben az SWR-nek konvencionális jelentése van [3] . Egy ilyen vezetékben az üzemmód két SWR értékkel jellemezhető: a terhelés közelében és a generátor közelében. Az SWR generátoroldali mérése a távvezeték egységnyi hosszonkénti csillapításának figyelembevétele nélkül téves következtetéshez vezethet az átviteli vezetékhez való terhelés jó minőségéről, valamint az "átviteli vezeték" hatékonyságának túlbecsléséhez. - load" rendszer.

Például PK50-7-15 kábel használatakor a fajlagos csillapítás CB frekvenciákon (körülbelül 27 MHz ) 0,04 dB /m , 40 m kábelhossz esetén pedig a visszavert jel 3,2 dB -lel gyengül . Ez 2,00-as SWR-értéket eredményez az antenna közelében, az SWR-mérő 1,38-as értéket fog mutatni, az antenna SWR-értéke pedig 3,00-at, a mérő körülbelül 1,63-at és így tovább.

Ha egy antenna SWR-jét rádiófrekvenciás visszhangmentes kamra nélkül mérik, a mérési eredmény hibás lehet, ha az antenna olyan közeli erős forrásokból rádiójeleket vesz, amelyek amplitúdója a mérő bemenetén összemérhető a mérőeszközről visszaverődő mérőjel amplitúdójával. az antennát. Ez a probléma nem ritka a dekaméteres és a hosszabb hullámhosszúságú sávokban, ahol a teljes méretű antennák effektív magassága magas. Ennek a hatásnak a mérséklésére növelik a mérőjel-generátor teljesítményét, frekvenciaszűrőket vonnak be az útvonalba, és egyéb áramköri megoldásokat alkalmaznak. Ez azonban nem szünteti meg a visszhangmentes kamra szükségességét, így az antenna nem adja vissza saját, a környező tárgyakról visszaverődő jelét a mérőhöz.

Például a háztartási panoráma VSWR-ben és csillapításmérőkben, mint például az X1-43, a tesztjel amplitúdómodulációját alkalmazták 100 kHz -es frekvencián (kapcsolható), és az érzékelők feszültségét egy keskeny sávú sávszűrőn vezették át ( kikapcsolt), ami szelektívvé tette a vevőáramköröket. Ennek a módszernek a hátránya a mérő frekvenciafelbontásának csökkenése, ami abból adódik, hogy minden egyes sweep ponton nem spektrálisan tiszta harmonikus jelet adnak át (a vizsgálandó készüléknek), hanem több száz kilohertzes spektrumot. széles.

A rádióadó kimenetén lévő SWR érzékelő hibás leolvasást adhat, ha a jel nem kellően elnyomott vivőharmonikusokat tartalmaz (például a rádióadó kimeneti oszcillációs áramkörének hibás hangolása miatt), vagy más téves rezgéseket.
Az SWR mérőt meghatározott értékű hullámimpedanciájú úton történő használatra tervezték. Ha az SWR-t más impedanciaértékű úton próbálják megmérni, az hibás eredményt ad.

Például az SWR mérése 75 Ω -os úton SWR-mérővel 50 Ω -os úton hibás eredményt ad.

Jegyzetek

↑ I. Sliusar, V. Slyusar, S. Voloshko, A. Zinchenko, Y. Utkin . Kétszalagos tervezés szélessávú gyűrűs antennájának szintézise archiválva 2020. október 22-én a Wayback Machine -nél // 12. Nemzetközi Antennaelméleti és Technikai Konferencia ( ICATT -2020)], 2020. június 22–27., Kharkiv, Ukrajna.
↑ 1 2 GOST 18238-72. „Ultramagas frekvenciájú átviteli vonalak. Kifejezések és meghatározások".
↑ 1 2 Sazonov D. M. Antennák és mikrohullámú készülékek. Proc. egyetemek rádiótechnikai szakterületeire. - M . : Feljebb. iskola, 1988. - 432 p.

Linkek

SWR, reflexiós együttható, fordított csillapítás és visszatérési veszteség konverziós táblázat

Szótárak és enciklopédiák	Nagy norvég
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4502840-0