Định nghĩa của tỷ lệ sóng điện áp đứng là gì?

Định nghĩa và nền tảngTrong hệ thống truyền tải điện tần số vô tuyến (RF), tỷ số sóng đứng (SWR) là thước đo mức độ hiệu quả của năng lượng RF được truyền từ nguồn điện, qua đường truyền và vào tải. Một ví dụ phổ biến là bộ khuếch đại công suất được kết nối qua đường truyền đến ăng ten.
SWR, do đó, tỷ lệ giữa sóng truyền và sóng phản xạ. SWR cao cho thấy hiệu suất đường truyền và năng lượng phản xạ kém, có thể làm hỏng máy phát và giảm hiệu suất máy phát. Do SWR thường đề cập đến tỷ lệ điện áp, nên nó thường được gọi là tỷ lệ sóng điện áp đứng (VSWR).


VSWR và hiệu quả hệ thống

Trong một hệ thống lý tưởng, 100% năng lượng được truyền từ các giai đoạn năng lượng đến tải. Điều này đòi hỏi phải có sự trùng khớp chính xác giữa trở kháng nguồn, nghĩa là trở kháng đặc tính của đường truyền và tất cả các đầu nối của nó và trở kháng của tải. Điện áp xoay chiều của tín hiệu sẽ giống nhau từ đầu đến cuối vì nó đi qua mà không bị nhiễu.

Tuy nhiên, trong các hệ thống thực, trở kháng không khớp làm cho một phần năng lượng bị phản xạ trở lại nguồn (giống như tiếng vang). Sự phản xạ gây ra sự giao thoa mang tính xây dựng và phá hoại, dẫn đến các đỉnh và thung lũng trong điện áp ở nhiều thời điểm và khoảng cách dọc theo đường dây. VSWR đo các phương sai điện áp này. Đó là tỷ lệ của điện áp cao nhất ở bất cứ đâu dọc theo đường truyền với điện áp thấp nhất.

Do điện áp không thay đổi trong một hệ thống lý tưởng, VSWR của nó là 1.0 hoặc, thường được biểu thị theo tỷ lệ 1: 1. Khi xảy ra phản xạ, điện áp thay đổi và VSWR cao hơn, ví dụ 1.2 hoặc 1.2: 1.


Năng lượng phản xạ

Khi sóng truyền đến một ranh giới như đường giữa đường truyền và tải không tổn hao (Hình 1), một phần năng lượng sẽ được truyền tới tải và một phần sẽ được phản xạ. Hệ số phản xạ liên quan đến sóng tới và sóng phản xạ như:

Γ = V- / V + (Eq1.)

Trong đó V- là sóng phản xạ và V + là sóng tới. VSWR liên quan đến độ lớn của hệ số phản xạ điện áp (Γ) bởi:

VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Eq2.)

VSWR có thể được đo trực tiếp bằng máy đo SWR. Có thể sử dụng công cụ kiểm tra RF như máy phân tích mạng vector (VNA) để đo hệ số phản xạ của cổng đầu vào (S11) và cổng đầu ra (S22). S11 và S22 tương ứng với Γ tại cổng đầu vào và đầu ra. Các VNA với các chế độ toán học cũng có thể trực tiếp tính toán và hiển thị giá trị VSWR kết quả.

Mất mát trở lại tại các cổng đầu vào và đầu ra có thể được tính từ hệ số phản xạ, S11 hoặc S22, như sau:

RLINE = 20log10 | S11 | dB (Eq3.)

RLOUT = 20log10 | S22 | dB (Eq4.)

Hệ số phản xạ được tính từ trở kháng đặc tính của đường truyền và trở kháng tải như sau:

= (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) (Eq5.)

Trong đó ZL là trở kháng tải và ZO là trở kháng đặc trưng của đường truyền.

VSWR cũng có thể được thể hiện dưới dạng ZL và ZO. Thay thế phương trình 5 thành phương trình 2, chúng ta có được:

VSWR = [1 + | (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) |] / [1 - | (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL - ZO |) / (ZL + ZO - | ZL - ZO |)

Dành cho ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO

Vì thế:

VSWR = (ZL + ZO + ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO - ZL + ZO) = ZL / ZO. (Eq6.)

Đối với ZL <ZO, | ZL - ZO | = ZO - ZL

Vì thế:

VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL ​​+ ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL. (Eq7.)

Chúng tôi đã lưu ý ở trên rằng VSWR là một đặc tả được đưa ra ở dạng tỷ lệ so với 1, như một ví dụ 1.5: 1. Có hai trường hợp đặc biệt của VSWR,: 1 và 1: 1. Một tỷ lệ vô cực với một xảy ra khi tải là một mạch mở. Tỷ lệ 1: 1 xảy ra khi tải hoàn toàn khớp với trở kháng đặc tính đường truyền.

VSWR được xác định từ sóng đứng phát sinh trên chính đường truyền bằng cách:

VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Eq8.)

Trong đó VMAX là biên độ cực đại và VMIN là biên độ tối thiểu của sóng đứng. Với hai sóng siêu áp, cực đại xảy ra với giao thoa tăng cường giữa sóng tới và sóng phản xạ. Như vậy:

VMAX = V + + V- (Eq9.)

Để can thiệp xây dựng tối đa. Biên độ tối thiểu xảy ra với nhiễu giao thoa, hoặc:

VMIN = V + - V- (Eq10.)

Thay thế các phương trình 9 và 10 thành phương trình 8 mang lại

VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V -) (Eq11.)

Thay thế phương trình 1 thành phương trình 11, chúng ta có được:

VSWR = V + (1 + | |) / (V + (1 - | |) = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Eq12.)

Hệ thống giám sát VSWR

MAX2016 là một bộ phát hiện / bộ điều khiển logarit kép được sử dụng để theo dõi VSWR / mất tín hiệu trở lại của ăng ten, khi nó được ghép nối với một bộ tuần hoàn và bộ suy hao. MAX2016 tạo ra sự khác biệt giữa hai bộ phát hiện công suất.

MAX2016 kết hợp với chiết áp kỹ thuật số MAX5402 và MAX1116 / MAX1117 ADC tạo thành một hệ thống giám sát VSWR hoàn chỉnh. Chiết áp kỹ thuật số hoạt động như một bộ chia điện áp bằng cách sử dụng đầu ra điện áp tham chiếu của MAX2016. Điện áp tham chiếu bên trong thường có thể nguồn 2mA của dòng điện. Điện áp này đặt điện áp ngưỡng cho bộ so sánh bên trong (pin CSETL). Một cảnh báo có thể được tạo ra khi điện áp đầu ra vượt qua ngưỡng (pin COUTL). ADC MAX1116 yêu cầu cung cấp 2.7V sang 3.6V, trong khi ADC MAX1117 yêu cầu 4.5V thành 5.5V. ADC cũng có thể sử dụng điện áp tham chiếu ngoài, được cung cấp bởi MAX2016. ADC được ghép nối với vi điều khiển cho phép theo dõi liên tục VSWR của ăng ten.

Tổng kết
Trong bài đánh giá, hướng dẫn này mô tả SWR hoặc VSWR như một cách để đo lường sự không hoàn hảo và hiệu quả của đường truyền. VSWR liên quan đến hệ số phản xạ. Tỷ lệ cao hơn mô tả sự không phù hợp lớn hơn, trong khi tỷ lệ 1: 1 hoàn toàn phù hợp. Trận đấu hoặc sự không phù hợp này phát sinh từ biên độ tối đa và tối thiểu của sóng đứng. SWR liên quan đến tỷ lệ giữa năng lượng truyền và năng lượng phản xạ. MAX2016 được hiển thị như một ví dụ về cách tạo một hệ thống để giám sát ăng ten VSWR.

Bạn cũng có thể:

Cách tính VSWR

VSWR là gì: Tỷ số sóng điện áp đứng

VSWR và Return Loss là gì?

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn