Hoe de spanning staande golfverhouding te berekenen?

Voor een radio (zender of ontvanger) om stroom te leveren aan een antennemoet de impedantie van de radio- en transmissielijn goed zijn afgestemd op de antenna's impedantie. De parameter VSWR is een maat die numeriek beschrijft hoe goed de antenne qua impedantie is afgestemd op de radio- of transmissielijn waarmee deze is verbonden.

VSWR staat voor Voltage Standing Wave Ratio, en wordt ook wel Standing Wave Ratio (SWR) genoemd. VSWR is een functie van de reflectiecoëfficiënt, die het door de antenne weerkaatste vermogen beschrijft. Als de reflectiecoëfficiënt wordt gegeven door .

De reflectiecoëfficiënt wordt ook wel s11 of retourverlies genoemd. Zie de onderstaande vswr-tabel voor een numerieke afbeelding tussen gereflecteerd vermogen, s11 en VSWR. Als je geen ingewikkelde vergelijkingen wilt doorlopen om de relatie tussen VSWR, mismatch loss, s11 / gamma te begrijpen en je wilt een rekenmachine om het voor je te doen, bekijk dan onze VSWR-calculatorpagina en we zullen de VSWR-conversie doen voor u.

 

De VSWR is altijd een reëel en positief getal voor antennes. Hoe kleiner de VSWR is, hoe beter de antenne is afgestemd op de transmissielijn en hoe meer vermogen aan de antenne wordt geleverd. De minimale VSWR is 1.0. In dit geval wordt er geen stroom gereflecteerd door de antenne, wat ideaal is.

 

Vaak moeten antennes voldoen aan een bandbreedtevereiste die wordt gegeven in termen van VSWR. Een antenne zou bijvoorbeeld kunnen beweren te werken tussen 100-200 MHz met VSWR <3. Dit houdt in dat de VSWR minder dan 3.0 is over het opgegeven frequentiebereik. Deze VSWR-specificatie impliceert ook dat de reflectiecoëfficiënt kleiner is dan 0.5 (dwz reflectiecoëfficiënt <0.5) over het vermelde frequentiebereik.

Fysieke betekenis van VSWR

VSWR wordt bepaald op basis van de spanning gemeten langs een transmissielijn die naar een antenne leidt. VSWR is de verhouding van de piekamplitude van een staande golf tot de minimale amplitude van een staande golf, zoals te zien is in de volgende afbeelding:

In de industrie wordt VSWR soms uitgesproken als "viz-wer"

Wanneer een antenne niet is afgestemd op de ontvanger, wordt het vermogen gereflecteerd (zodat de reflectiecoëfficiënt, niet nul is). Dit veroorzaakt een "gereflecteerde spanningsgolf", die staande golven langs de transmissielijn creëert. Het resultaat zijn de pieken en dalen zoals te zien in figuur 1. Als de VSWR = 1.0, zou er geen gereflecteerd vermogen zijn en zou de spanning een constante grootte hebben langs de transmissielijn.

VSWR, Reflected Power en s11

Is een VSWR van 3 slecht? Hoe erg is een VSWR van 12? Nou, er zijn geen harde regels. In deze sectie zullen we proberen het VSWR-nummer in context te plaatsen. Hieronder ziet u een tabel met de relatie tussen VSWR, totaal gereflecteerd vermogen en (ook bekend als s11) en totaal gereflecteerd vermogen. Merk op dat het gereflecteerde vermogen gewoon de reflectiecoëfficiënt in het kwadraat is.

In de bovenstaande tabel heeft een VSWR van 4 36% van het vermogen geleverd door de ontvanger gereflecteerd door de antenne (64% van het vermogen wordt geleverd aan de antenne). Merk op dat een gereflecteerd vermogen van 0 dB aangeeft dat al het vermogen wordt gereflecteerd (100%), terwijl -10 dB aangeeft dat 10% van het vermogen wordt gereflecteerd. Als al het vermogen wordt weerspiegeld, zou de VSWR oneindig zijn.

 

Merk op dat VSWR een in hoge mate niet-lineaire functie is van de reflectiecoëfficiënt. Dat wil zeggen, er is heel weinig verschil in gereflecteerd vermogen wanneer de VSWR toeneemt van 9 naar 10; er is echter een verandering van 11% in gereflecteerd vermogen wanneer de VSWR verandert van 1 naar 2.

In het algemeen, als de VSWR lager is dan 2, wordt de antenneaanpassing als zeer goed beschouwd en zou er weinig worden gewonnen door impedantie-aanpassing. Naarmate de VSWR toeneemt, zijn er 2 belangrijke negatieven. De eerste is duidelijk: er wordt meer vermogen gereflecteerd door de antenne en dus niet uitgezonden. Er doet zich echter een ander probleem voor. Naarmate VSWR toeneemt, wordt er meer vermogen gereflecteerd naar de radio, die uitzendt. Grote hoeveelheden gereflecteerd vermogen kunnen de radio beschadigen. Bovendien hebben radio's moeite met het verzenden van de juiste informatiebits wanneer de antenne slecht is afgestemd (dit wordt numeriek gedefinieerd in termen van een andere metriek, EVM - Error Vector Magnitude).

VSWR-specificaties voor antennes

Vaak worden antennes in de industrie gescreend (pass / fail-criteria) op basis van VSWR-specificaties (VSWR-specificaties). Dit is een methode om de antennes passief te meten om snel te bepalen of ze goed zijn afgesteld. De antenne wordt gemeten met een netwerkanalysator en de VSWR als functie van frequentie wordt geregistreerd. Beschouw als voorbeeld deze situatie waarin de VSWR van 5 antennes wordt gemeten en uitgezet, samen met 4 lijnen die de VSWR-specificaties voor deze antenne vertegenwoordigen (in blauw):

De VSWR-specificaties in figuur 2 worden bepaald door:

 (1) VSWR <3.8 voor 825 MHz <f <910 MHz

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

 (3) VSWR> 3.0 bij f = 1.7 GHz, lineair gereduceerd tot VSWR> 2.0 bij f = 1.8 GHz

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

 

In figuur 2 zou de rode VSWR-curve-antenne niet voldoen aan de tweede specificatie, en de lichtblauwe VSWR-curve-antenne zou (marginaal) niet voldoen aan de vierde specificatie. Dit wordt geïllustreerd in figuur 3:

Het instellen van VSWR-specificaties is een ietwat lastige klus voor antenne-ingenieurs. Het idee is om de uitschieters te laten falen (ontstemde antennes of antennes met kapotte connectoren, enz.). Het is in de praktijk echter moeilijk om te bepalen wat de aanvaardbare variantie is, vooral in industrieën met een hoog volume waar een strakke specificatie duizenden goede antennes zou kunnen laten mislukken.

 

Merk op dat VSWR een maat is voor hoeveel vermogen wordt geleverd aan een antenne. Dit betekent niet dat de antenne al het ontvangen vermogen uitstraalt. Daarom meet VSWR het potentieel om uit te stralen. Een lage VSWR betekent dat de antenne goed op elkaar is afgestemd, maar betekent niet noodzakelijk dat het geleverde vermogen ook wordt uitgestraald. Een echovrije kamer of een andere uitgestraalde antennetest is vereist om het uitgestraalde vermogen te bepalen. VSWR alleen is niet voldoende om te bepalen of een antenne goed werkt.

 

VSWR kan ook worden gemeten op de Smith-kaart. VSWR is slechts een scalaire meting, terwijl de Smith-kaart zowel de omvang als de fase laat zien. Zie de Smith Chart-pagina voor meer details.

Kijk ook eens naar:

Wat is VSWR: Voltage Standing Wave Ratio

Wat is VSWR en retourverlies?

Hoe gebruik je een SWR Meter

Laat een bericht achter 

Message List