คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับ VSWR จาก FMUSER [อัปเดต 2022]

ในทฤษฎีเสาอากาศ VSWR ย่อมาจากอัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟ 

VSWR คือการวัดระดับคลื่นนิ่งบนสายป้อน หรือที่เรียกว่าอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) 

เรารู้ว่าคลื่นนิ่ง ซึ่งอธิบายอัตราส่วนคลื่นนิ่ง เป็นปัจจัยสำคัญที่วิศวกรควรพิจารณาเมื่อทำการวิจัยทางเทคนิค RF เกี่ยวกับเสาอากาศ

แม้ว่าคลื่นนิ่งและ VSWR จะมีความสำคัญมาก แต่บ่อยครั้งที่ทฤษฎีและการคำนวณ VSWR สามารถปกปิดมุมมองของสิ่งที่เกิดขึ้นจริงได้ โชคดีที่เป็นไปได้ที่จะได้รับมุมมองที่ดีในหัวข้อนี้ โดยไม่ต้องเจาะลึกลงไปในทฤษฎี VSWR มากเกินไป

แต่จริง ๆ แล้ว VSWR คืออะไรและการออกอากาศมีความหมายอย่างไร? บล็อกนี้เป็นคู่มือที่สมบูรณ์ที่สุดเกี่ยวกับ VSWR รวมถึงความหมาย วิธีการทำงาน และทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับ VSWR 

มาสำรวจกันต่อ!

ร่วมกันดูแล!

1. VSWR คืออะไร? ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับอัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟ

1) เกี่ยวกับ VSWR 

-VSWR นิยาม

VSWR คืออะไร? พูดง่ายๆ คือ VSWR ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนระหว่างคลื่นนิ่งแรงดันที่ส่งและสะท้อนกลับใน a ความถี่วิทยุ (RF) ระบบส่งกำลังไฟฟ้า 

-ตัวย่อของ VSWR

VSWR ย่อมาจาก อัตราส่วนแรงดันคลื่นนิ่ง it บางครั้งก็ออกเสียงว่า "viswar"

-วิธี VSWR ผลงาน

VSWR ถือเป็นการวัดประสิทธิภาพของการส่งพลังงาน RF จากแหล่งพลังงานและd แล้วก็ไป ผ่านสายส่งและในที่สุดก็ไป ในการโหลด

-VSWR ในการออกอากาศ

VSWR is ใช้เป็นตัววัดประสิทธิภาพสำหรับทุกสิ่งที่ลำเลียง RF รวมถึงสายส่ง สายไฟฟ้า และแม้แต่สัญญาณในอากาศ ตัวอย่างทั่วไปคือเครื่องขยายกำลังที่เชื่อมต่อกับเสาอากาศผ่านสายส่ง นั่นเป็นเหตุผลที่คุณอาจพิจารณา VSWR เป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดกับต่ำสุดในสายที่ไม่มีการสูญเสีย

2) อะไรคือหลัก Functions ของ VSWR?

VSWR ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น in เสาอากาศ, โทรคมนาคม, ไมโครเวฟ, ความถี่วิทยุ (RF) ฯลฯ 

นี่คือแอปพลิเคชันหลักบางส่วนพร้อมคำอธิบาย:

การใช้งาน VSWR	หน้าที่หลักของ VSWR
เสาอากาศส่งสัญญาณ	อัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้า (VSWR) เป็นตัวบ่งชี้จำนวนค่าที่ไม่ตรงกันระหว่างค่า anteNNA และสายป้อนที่เชื่อมต่อกับมัน สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) ช่วงของค่า VSWR คือตั้งแต่ 1 ถึง∞ ค่า VSWR ต่ำกว่า 2 ถือว่าเหมาะสำหรับการใช้งานเสาอากาศส่วนใหญ่ เสาอากาศสามารถอธิบายได้ว่ามี "การจับคู่ที่ดี" ดังนั้นเมื่อมีคนบอกว่าเสาอากาศจับคู่ได้ไม่ดีบ่อยครั้งก็หมายความว่าค่า VSWR เกิน 2 สำหรับความถี่ที่น่าสนใจ
การสื่อสารโทรคมนาคม	ในการสื่อสารโทรคมนาคมอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) คืออัตราส่วนของแอมพลิจูดของคลื่นนิ่งบางส่วนที่แอนติโนด (สูงสุด) ต่อแอมพลิจูดที่โหนดที่อยู่ติดกัน (ต่ำสุด) ในสายส่งไฟฟ้า
ไมโครเวฟ	การวัดประสิทธิภาพทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับสายส่งและวงจรไมโครเวฟคือ VSWR ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนและ กลับมาn การสูญเสีย, เช่นเดียวกับค่าสัมประสิทธิ์การส่งและการสูญเสียการแทรก สิ่งเหล่านี้อาจแสดงโดยใช้พารามิเตอร์การกระเจิง ซึ่งโดยทั่วไปจะอ้างถึงพารามิเตอร์ S
RF	อัตราส่วนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (VSWR) ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนระหว่างคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้าที่ส่งและสะท้อนในการส่งไฟฟ้าด้วยคลื่นความถี่วิทยุ (RF) SYSมี. เป็นการวัดว่าพลังงาน RF ถูกส่งจากแหล่งจ่ายไฟผ่านสายส่งและโหลดไปยังโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด

3) เรียนรู้วิธีแสดง VSWR จากช่างจิมมี่

นี่คือรายการความรู้เกี่ยวกับ RF แบบง่ายขั้นพื้นฐานที่จัดเตรียมโดยช่างเทคนิค RF ของเราจิมมี่ ไปกันเถอะรับมากขึ้น เกี่ยวกับ VSWR ผ่านสิ่งต่อไปนี้ เนื้อหา: 

- แสดง VSWR โดยใช้ Voltage

ตามคำจำกัดความ VSWR คืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (แอมพลิจูดสูงสุดของคลื่นนิ่ง) ต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำสุด (แอมพลิจูดต่ำสุดของคลื่นนิ่ง) ที่ใดก็ได้ระหว่างแหล่งกำเนิดและโหลด

VSWR = | V (สูงสุด) | / | V (นาที) |

V (สูงสุด) = แอมพลิจูดสูงสุดของคลื่นนิ่ง
V (นาที) = แอมพลิจูดขั้นต่ำของคลื่นนิ่ง

- แสดง VSWR โดยใช้อิมพีแดนซ์

ตามนิยาม VSWR คืออัตราส่วนของอิมพีแดนซ์ของโหลดและอิมพีแดนซ์ต้นทาง

VSWR = ZL / Zo

ZL = อิมพีแดนซ์ของโหลด
Zo = อิมพีแดนซ์ต้นทาง

VSWR มูลค่าในอุดมคติคืออะไร?
ค่าของ VSWR ในอุดมคติคือ 1: 1 หรือแสดงเป็น 1 ในไม่ช้าในกรณีนี้กำลังสะท้อนจากโหลดไปยังแหล่งที่มาเป็นศูนย์

- การแสดง VSWR โดยใช้การสะท้อนและพลังไปข้างหน้า

ตามนิยาม VSWR เท่ากับ

VSWR = 1 + √ (Pr / Pf) / 1 - √ (Pr / Pf)

ที่:

Pr = กำลังสะท้อน
Pf = กำลังส่งต่อ

3) เหตุใดฉันจึงควรดูแล VSWR ทำไมมันถึงสำคัญ?

คำจำกัดความของ VSWR เป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณและสูตร VSWR ทั้งหมด 

ในสายที่เชื่อมต่อกัน อิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันอาจทำให้เกิดการสะท้อน ซึ่งเป็นสิ่งที่ฟังดูเหมือน คลื่นสะท้อนกลับและไปในทิศทางที่ผิด 

เหตุผลหลัก: พลังงานทั้งหมดจะถูกสะท้อนออกมา (เช่น โดยการเปิดหรือไฟฟ้าลัดวงจร) ที่ส่วนท้ายของเส้น จากนั้นจะไม่มีพลังงานใดถูกดูดซับ ทำให้เกิด "คลื่นนิ่ง" ที่สมบูรณ์แบบบนเส้น 

ผลของคลื่นตรงข้ามคือคลื่นนิ่ง สิ่งนี้จะลดกำลังที่เสาอากาศได้รับและสามารถใช้เพื่อออกอากาศได้ มันสามารถเผาเครื่องส่งได้ 

ค่า VSWR แสดงกำลังที่สะท้อนจากโหลดไปยังแหล่งที่มา มักใช้เพื่ออธิบายปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปจากแหล่งกำเนิด (โดยปกติคือเครื่องขยายเสียงความถี่สูง) ผ่านสายส่ง (โดยปกติคือสายโคแอกเชียล) ไปยังโหลด (โดยปกติคือเสาอากาศ)

นี่เป็นสถานการณ์ที่เลวร้าย: เครื่องส่งสัญญาณของคุณไหม้เนื่องจากใช้พลังงานมากเกินไป

ที่จริงแล้ว เมื่อพลังงานที่ตั้งใจจะแผ่ออกมากลับเข้าสู่เครื่องส่งสัญญาณอย่างเต็มกำลัง มักจะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่นั่นเผาไหม้

มันยากที่จะเข้าใจ? นี่คือตัวอย่างที่อาจช่วยคุณได้:

คลื่นทะเลที่มุ่งสู่ฝั่งนำพลังงานไปสู่ชายหาด ถ้ามันวิ่งขึ้นไปบนหาดที่ลาดเอียงเบา ๆ พลังงานทั้งหมดจะถูกดูดซับและไม่มีคลื่นเดินทางกลับนอกชายฝั่ง 

หากแทนที่จะเป็นชายหาดที่ลาดเอียง มีแนวกั้นน้ำทะเล คลื่นที่เข้ามาจะถูกสะท้อนออกมาอย่างสมบูรณ์ เพื่อไม่ให้พลังงานถูกดูดกลืนเข้าไปในผนัง 

การรบกวนระหว่างคลื่นขาเข้าและขาออกในกรณีนี้ก่อให้เกิด "คลื่นนิ่ง" ที่ดูเหมือนว่ากำลังเคลื่อนที่อยู่ ยอดเขาอยู่ในตำแหน่งเชิงพื้นที่เดียวกันและขึ้นลง

ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นกับสายส่งวิทยุหรือเรดาร์ 

ในกรณีนี้ เราต้องการให้คลื่นบนเส้น (ทั้งแรงดันและกระแส) เดินทางทางเดียวและสะสมพลังงานไว้ในโหลดที่ต้องการ ซึ่งในกรณีนี้อาจเป็นเสาอากาศที่จะแผ่รังสี 

หากพลังงานทั้งหมดสะท้อนออกมา (ตัวอย่างเช่นโดยการเปิดหรือไฟฟ้าลัดวงจร) ที่ส่วนท้ายของเส้นแสดงว่าไม่มีใครถูกดูดซึมทำให้เกิด "คลื่นนิ่ง" ที่สมบูรณ์แบบบนเส้น 

ไม่ใช้วงจรเปิดหรือไฟฟ้าลัดวงจรทำให้เกิดคลื่นสะท้อนกลับ สิ่งที่ต้องทำก็คือความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ระหว่างเส้นกับโหลด 

หากคลื่นสะท้อนไม่แรงเท่าคลื่นไปข้างหน้า ก็จะสังเกตเห็นรูปแบบ "คลื่นนิ่ง" แต่ค่าว่างจะไม่ลึกหรือยอดสูงเท่ากับการสะท้อนที่สมบูรณ์แบบ (หรือไม่ตรงกันทั้งหมด)

2. SWR คืออะไร?

1) SWR คำนิยาม

ตามวิกิพีเดียอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) กำหนดเป็น:

'' การวัดการจับคู่อิมพีแดนซ์ของโหลดกับอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่งหรือท่อนำคลื่นในวิศวกรรมวิทยุและโทรคมนาคม ดังนั้น SWR คืออัตราส่วนระหว่างคลื่นที่ส่งและคลื่นสะท้อนหรืออัตราส่วนระหว่างแอมพลิจูดของคลื่นนิ่งที่ค่าสูงสุดกับแอมพลิจูดที่ค่าต่ำสุด SWR มักจะกำหนดเป็นอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าที่เรียกว่า VSWR "

SWR ที่สูงบ่งชี้ว่าประสิทธิภาพของสายส่งต่ำและพลังงานสะท้อนกลับ ซึ่งสามารถทำลายตัวส่งสัญญาณและลดประสิทธิภาพของตัวส่งสัญญาณ 

เนื่องจาก SWR โดยทั่วไปหมายถึงอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า จึงมักเรียกว่าอัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟ (VSWR)

2) VSWR มีผลต่อประสิทธิภาพของระบบเครื่องส่งอย่างไร? 

มีหลายวิธีที่ VSWR ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบส่งสัญญาณหรือระบบใด ๆ ที่อาจใช้ RF และอิมพีแดนซ์ที่ตรงกัน

แม้ว่าปกติแล้วจะใช้คำว่า VSWR ทั้งแรงดันและกระแสคลื่นนิ่งอาจทำให้เกิดปัญหาได้ ผลกระทบบางส่วนมีรายละเอียดด้านล่าง:

-เครื่องขยายสัญญาณกำลังส่งอาจเสียหายได้

ระดับแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่มองเห็นบนเครื่องป้อนอันเป็นผลมาจากคลื่นนิ่งสามารถทำให้ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณเสียหายได้ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มีความน่าเชื่อถือมากหากใช้งานภายในขีด จำกัด ที่กำหนด แต่คลื่นแรงดันและกระแสยืนบนอุปกรณ์ป้อนจ่ายอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงได้

-PA Protection ลดกำลังขับ

ในมุมมองของอันตรายที่แท้จริงของระดับ SWR สูงที่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อเพาเวอร์แอมป์เครื่องส่งสัญญาณจำนวนมากรวมวงจรป้องกันที่ลดเอาท์พุทจากเครื่องส่งสัญญาณเมื่อ SWR เพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าการจับคู่ที่ไม่ดีระหว่างเครื่องป้อนและเสาอากาศจะส่งผลให้มีค่า SWR สูงซึ่งทำให้การส่งออกลดลงและทำให้สูญเสียพลังงานในการส่งสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ

- ระดับแรงดันสูงและกระแสไฟสามารถสร้างความเสียหายให้กับ Feeder

เป็นไปได้ว่าแรงดันไฟฟ้าสูงและระดับปัจจุบันที่เกิดจากอัตราส่วนคลื่นสูงที่ยืนอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อตัวป้อน แม้ว่าในกรณีส่วนใหญ่ตัวป้อนจะทำงานได้ดีภายในขีด จำกัด และสามารถเพิ่มแรงดันและกระแสได้เป็นสองเท่า แต่อาจมีบางกรณีที่ความเสียหายอาจเกิดขึ้นได้ ค่าสูงสุดในปัจจุบันสามารถทำให้เกิดความร้อนในท้องถิ่นมากเกินไปซึ่งอาจบิดเบือนหรือละลายพลาสติกที่ใช้และแรงดันไฟฟ้าสูงเป็นที่ทราบกันว่าทำให้เกิดการระเบิดในบางสถานการณ์

- ความล่าช้าที่เกิดจากการสะท้อนอาจทำให้เกิดการบิดเบือน:   

เมื่อสัญญาณถูกสะท้อนด้วยความไม่ตรงกัน สัญญาณนั้นจะถูกสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิด และจากนั้นจะสามารถสะท้อนกลับไปยังเสาอากาศได้อีกครั้ง 

มีการหน่วงเวลาให้เท่ากับสองเท่าของเวลาในการส่งสัญญาณตามตัวป้อน 

หากมีการส่งข้อมูล อาจทำให้เกิดการรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ และในอีกตัวอย่างหนึ่งที่มีการส่งสัญญาณโทรทัศน์แบบอะนาล็อก จะมองเห็นภาพ "ผี"

ที่น่าสนใจคือการสูญเสียระดับสัญญาณที่เกิดจาก VSWR ที่ไม่ดีนั้นไม่ได้เกือบจะดีเท่าที่บางคนอาจคิด 

สัญญาณใดๆ ที่สะท้อนจากโหลด จะถูกสะท้อนกลับไปยังเครื่องส่ง และเมื่อการจับคู่ที่เครื่องส่งสามารถทำให้สัญญาณถูกสะท้อนกลับไปยังเสาอากาศได้อีกครั้ง ความสูญเสียที่เกิดขึ้นจะเป็นไปตามพื้นฐานของตัวป้อน 

ยังมีส่วนสำคัญอื่นๆ ที่ต้องวัดประสิทธิภาพของเสาอากาศ: ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน การสูญเสียที่ไม่ตรงกัน และการสูญเสียผลตอบแทน เป็นต้น VSWR ไม่ใช่ทฤษฎีเสาอากาศแบบ end-all-be-all แต่มีความสำคัญ

3) VSWR เทียบกับ SWR เทียบกับ PSWR เทียบกับ ISWR

ข้อตกลง VSWR และ SWR มักจะเห็นในวรรณกรรมเกี่ยวกับคลื่นนิ่งในระบบ RF และหลายคนถามถึงความแตกต่าง

-VSWR

อัตราส่วน VSWR หรือแรงดันคลื่นนิ่งใช้เฉพาะกับคลื่นแรงดันคงที่ที่ตั้งค่าบนตัวป้อนหรือสายส่ง 

เนื่องจากการตรวจจับคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้าทำได้ง่ายกว่า และในหลายกรณี แรงดันไฟฟ้ามีความสำคัญมากกว่าในแง่ของการแยกอุปกรณ์ มักใช้คำว่า VSWR โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ออกแบบ RF

-SWR

SWR ย่อมาจากอัตราส่วนคลื่นนิ่ง คุณสามารถเห็นมันเป็นนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของความไม่เท่ากันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (สนาม EM) บนสายส่งเช่นสายโคแอกเซียล 

โดยปกติ SWR ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าความถี่วิทยุสูงสุด (RF) ต่อแรงดัน RF ต่ำสุดตลอดแนว อัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) มีคุณสมบัติสามประการ:

SWR มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

● อธิบายแรงดันไฟฟ้าและคลื่นนิ่งปัจจุบันที่ปรากฏบนเส้น 

●มัน เป็นคำอธิบายทั่วไปสำหรับทั้งคลื่นนิ่งในปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้า 

●มัน มักใช้ร่วมกับมิเตอร์ที่ใช้ในการตรวจจับอัตราส่วนคลื่นนิ่ง 

ข้อสังเกต: ทั้งกระแสและแรงดันเพิ่มขึ้นและลดลงตามสัดส่วนที่เท่ากันสำหรับความไม่ตรงกันที่กำหนด

SWR ที่สูงบ่งบอกถึงประสิทธิภาพของสายส่งและพลังงานสะท้อนที่ไม่ดีซึ่งอาจทำให้เครื่องส่งสัญญาณเสียหายและประสิทธิภาพของเครื่องส่งลดลง เนื่องจาก SWR โดยทั่วไปหมายถึงอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าจึงมักเรียกว่าอัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้า (VSWR)

● PSWR (อัตราส่วนคลื่นกำลังนิ่ง):

คำว่าอัตราส่วนกำลังคลื่นนิ่งซึ่งมีให้เห็นในบางครั้งถูกกำหนดให้เป็นเพียงกำลังสองของ VSWR อย่างไรก็ตามนี่เป็นความเข้าใจผิดโดยสิ้นเชิงเนื่องจากกำลังไปข้างหน้าและสะท้อนกลับมีค่าคงที่ (สมมติว่าไม่มีการสูญเสียตัวป้อน) และกำลังไฟฟ้าไม่ขึ้นและลงในลักษณะเดียวกับรูปคลื่นยืนของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นผลรวมขององค์ประกอบทั้งไปข้างหน้าและสะท้อนกลับ

● ISWR (อัตราส่วนคลื่นนิ่งปัจจุบัน):

SWR ยังสามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของกระแส RF สูงสุดต่อกระแส RF ขั้นต่ำบนเส้น (อัตราส่วนคลื่นนิ่งปัจจุบันหรือ ISWR) สำหรับวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ ISWR จะเหมือนกับ VSWR

จากความเข้าใจของบางคนเกี่ยวกับ SWR และ VSWR ในรูปแบบพื้นฐานคือ 1: 1 ที่สมบูรณ์แบบ SWR หมายความว่าพลังทั้งหมดที่คุณวางบนสายจะถูกผลักออกจากเสาอากาศ หาก SWR ไม่ใช่ 1: 1 แสดงว่าคุณกำลังใช้พลังงานมากกว่าที่จำเป็นและพลังบางส่วนจะสะท้อนกลับลงมาที่สายไปยังเครื่องส่งของคุณจากนั้นทำให้เกิดการชนกันซึ่งจะทำให้สัญญาณของคุณไม่สะอาดเท่าที่ควรและ ชัดเจน.

VSWR และ SWR แตกต่างกันอย่างไร? SWR (อัตราส่วนคลื่นนิ่ง) เป็นแนวคิดเช่นอัตราส่วนคลื่นนิ่ง VSWR เป็นวิธีที่คุณทำการวัดโดยการวัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อกำหนด SWR คุณยังสามารถวัด SWR ได้โดยการวัดกระแสหรือแม้แต่กำลังไฟฟ้า (ISWR และ PSWR) แต่สำหรับเจตนาและวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่เมื่อมีคนพูดว่า SWR พวกเขาหมายถึง VSWR ในการสนทนาทั่วไปพวกเขาสามารถใช้แทนกันได้

ดูเหมือนคุณจะเข้าใจความคิดที่ว่ามันเกี่ยวข้องกับอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ส่งต่อไปยังเสาอากาศเทียบกับปริมาณที่สะท้อนกลับและ (ในกรณีส่วนใหญ่) กำลังจะถูกผลักออกไปที่เสาอากาศ อย่างไรก็ตามข้อความ "คุณใช้พลังงานมากกว่าที่จำเป็น" และ "จากนั้นทำให้เกิดการชนกันซึ่งจะทำให้สัญญาณของคุณไม่สะอาด" นั้นไม่ถูกต้อง

VSWR กับ Rleflected Power

ในกรณีของ SWR ที่สูงกว่าพลังงานบางส่วนหรือมากจะถูกสะท้อนกลับไปยังเครื่องส่งสัญญาณ ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับสัญญาณที่สะอาดและทุกสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการปกป้องเครื่องส่งสัญญาณของคุณไม่ให้ไฟไหม้และ SWR ไม่คำนึงถึงปริมาณพลังงานที่คุณสูบออก หมายความว่าที่ความถี่ระบบเสาอากาศไม่ได้มีประสิทธิภาพเท่าหม้อน้ำ แน่นอนว่าหากคุณกำลังพยายามส่งสัญญาณด้วยความถี่คุณต้องการให้เสาอากาศของคุณมี SWR ต่ำสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (โดยปกติแล้วสิ่งที่น้อยกว่า 2: 1 จะไม่เลวร้ายในย่านความถี่ต่ำและ 1.5: 1 นั้นดีที่ย่านความถี่ที่สูงกว่า) แต่เสาอากาศแบบหลายแบนด์จำนวนมากอาจอยู่ที่ 10: 1 ในบางแบนด์และคุณอาจพบว่าคุณสามารถใช้งานได้อย่างยอมรับได้

4) VSWR และประสิทธิภาพของระบบ
ในระบบอุดมคติพลังงาน 100% จะถูกส่งจากขั้นตอนกำลังไปยังโหลด สิ่งนี้ต้องการการจับคู่ที่แน่นอนระหว่างอิมพีแดนซ์ต้นทาง (อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่งและตัวเชื่อมต่อทั้งหมด) และอิมพีแดนซ์ของโหลด แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของสัญญาณจะเท่ากันตั้งแต่ต้นจนจบเนื่องจากมันผ่านไปโดยไม่มีสัญญาณรบกวน

VSWR เทียบกับ% สะท้อนแสง

ในระบบจริงอิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันทำให้พลังบางส่วนสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิด (เช่นเสียงสะท้อน) การสะท้อนเหล่านี้ทำให้เกิดการรบกวนที่สร้างสรรค์และทำลายล้างซึ่งนำไปสู่จุดสูงสุดและหุบเขาในแรงดันไฟฟ้าซึ่งแปรผันตามเวลาและระยะทางตามสายส่ง VSWR หาค่าความแปรปรวนของแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ดังนั้นคำจำกัดความที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ Voltage Standing Wave Ratio คืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำสุด ณ จุดใดก็ได้บนสายส่ง

สำหรับระบบในอุดมคติแรงดันไฟฟ้าจะไม่แตกต่างกัน ดังนั้น VSWR ของมันคือ 1.0 (หรือมากกว่านั้นมักจะแสดงเป็นอัตราส่วน 1: 1) เมื่อเกิดการสะท้อนแรงดันไฟฟ้าจะแปรผันและ VSWR สูงกว่าตัวอย่างเช่น 1.2 (หรือ 1.2: 1) VSWR ที่เพิ่มขึ้นมีความสัมพันธ์กับประสิทธิภาพของสายส่ง (และเครื่องส่งโดยรวม) ที่ลดลง

ประสิทธิภาพของสายส่งเพิ่มขึ้นโดย:
1. การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและตัวประกอบกำลัง
2. แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและตัวประกอบกำลังลดลง
3. ลดแรงดันไฟฟ้าและตัวประกอบกำลัง
4. ลดแรงดันไฟฟ้าและตัวประกอบกำลังที่เพิ่มขึ้น

มีสี่ปริมาณที่อธิบายถึงประสิทธิภาพของการถ่ายโอนพลังงานจากสายไปยังโหลดหรือเสาอากาศ: VSWR, ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน, การสูญเสียที่ไม่ตรงกันและการสูญเสียผลตอบแทน 

สำหรับตอนนี้เพื่อให้ได้ความรู้สึกถึงความหมายของพวกเขาเราจะแสดงภาพเหล่านี้ในรูปถัดไป สามเงื่อนไข: 

●เส้นที่เชื่อมต่อกับโหลดที่ตรงกัน
●เส้นที่เชื่อมต่อกับเสาอากาศโมโนโพลสั้น ๆ ที่ไม่ตรงกัน (อิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศคือ 20 - j80 โอห์มเทียบกับอิมพีแดนซ์ของสายส่ง 50 โอห์ม)
●สายเปิดอยู่ที่ส่วนท้ายที่ควรเชื่อมต่อเสาอากาศ

เส้นโค้งสีเขียว - คลื่นนิ่งบนสาย 50 โอห์มพร้อมโหลด 50 โอห์มที่ปลาย

ด้วยพารามิเตอร์และค่าตัวเลขดังนี้:

พารามิเตอร์	ค่าตัวเลข
โหลดความต้านทาน	โอห์ม 50
สัมประสิทธิ์การสะท้อนกลับ	0
VSWR	1
การสูญเสียที่ไม่ตรงกัน	0 เดซิเบล
การสูญเสียกลับ	- ∞ dB
หมายเหตุ: [นี่สมบูรณ์แบบ; ไม่มีคลื่นนิ่ง พลังงานทั้งหมดเข้าสู่เสาอากาศ / โหลด]

เส้นโค้งสีน้ำเงิน - คลื่นนิ่งบนสาย 50 โอห์มเป็นเสาอากาศโมโนโพลสั้น

ด้วยพารามิเตอร์และค่าตัวเลขดังนี้:

พารามิเตอร์	ค่าตัวเลข
โหลดความต้านทาน	20 - j80 โอห์ม
สัมประสิทธิ์การสะท้อนกลับ	0.3805 - j0.7080
ค่าสัมบูรณ์ของค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน	0.8038
VSWR	9.2
การสูญเสียที่ไม่ตรงกัน	- 4.5 เดซิเบล
การสูญเสียกลับ	-1.9 เดซิเบล
ข้อสังเกต: [นี่ไม่ดีเกินไป; กำลังไฟฟ้าเข้าสู่โหลดหรือเสาอากาศลดลง –4.5 dB จากที่มีการเดินทางลงเส้น]

เส้นโค้งสีแดง - คลื่นนิ่งในแนวเดียวกับวงจรเปิดที่ปลายด้านซ้าย (ขั้วเสาอากาศ)

ด้วยพารามิเตอร์และค่าตัวเลขดังนี้:

พารามิเตอร์	ค่าตัวเลข
โหลดความต้านทาน	∞
สัมประสิทธิ์การสะท้อนกลับ	1
VSWR	∞
การสูญเสียที่ไม่ตรงกัน	- 0 เดซิเบล
การสูญเสียกลับ	0 เดซิเบล
ข้อสังเกต: [นี่แย่มาก: ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานเลยปลายสาย]

▲กลับ▲

3. ตัวบ่งชี้พารามิเตอร์ที่สำคัญของ SWR

1) Trasmission Lines และ SWR

ตัวนำใด ๆ ที่มีกระแสไฟฟ้ากระแสสลับสามารถถือเป็นสายส่งได้เช่นยักษ์เหนือศีรษะที่กระจายพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับไปทั่วทั้งแนวนอน การรวมสายส่งรูปแบบต่างๆทั้งหมดจะอยู่นอกขอบเขตของบทความนี้อย่างมากดังนั้นเราจะ จำกัด การสนทนาให้มีความถี่ตั้งแต่ 1 MHz ถึง 1 GHz และสายทั่วไปสองประเภท ได้แก่ โคแอกเชียล (หรือ "coax") และตัวนำคู่ขนาน (aka, open-wire, window line, Ladder line หรือ twin-lead ที่เราเรียกกัน) ดังแสดงในรูปที่ 1

คำอธิบาย: สายโคแอกเซียล (A) ประกอบด้วยตัวนำกลางที่เป็นของแข็งหรือมีเกลียวล้อมรอบด้วยฉนวนพลาสติกหรืออิเล็กทริกอากาศและโล่ท่อที่เป็นลวดถักแบบแข็งหรือแบบทอ แจ็คเก็ตพลาสติกล้อมรอบโล่เพื่อป้องกันตัวนำ Twin-lead (B) ประกอบด้วยคู่ของสายทึบคู่ขนานหรือสายตีเกลียว สายไฟจะถูกยึดเข้าที่ด้วยพลาสติกขึ้นรูป (เส้นหน้าต่าง, ตะกั่วคู่) หรือด้วยฉนวนเซรามิกหรือพลาสติก (เส้นบันได)

กระแสไหลไปตามพื้นผิวของตัวนำ (ดูแถบด้านข้างที่“ Skin Effect”) ในทิศทางตรงกันข้าม น่าแปลกที่พลังงาน RF ที่ไหลตามสายไม่ได้ไหลไปในตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ มันเดินทางเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) ในช่องว่างระหว่างและรอบ ๆ ตัวนำ 

รูปที่ 1 ระบุตำแหน่งของฟิลด์ในทั้ง coax และ twin-lead สำหรับการเล้าโลมสนามจะถูกบรรจุไว้อย่างสมบูรณ์ภายในอิเล็กทริกระหว่างตัวนำกลางและโล่ สำหรับสายคู่แม้ว่าสนามจะแข็งแกร่งที่สุดรอบ ๆ และระหว่างตัวนำ แต่ไม่มีเกราะป้องกันโดยรอบสนามบางส่วนจะขยายออกไปในช่องว่างรอบ ๆ เส้น

นี่คือเหตุผลที่การเล้าโลมจึงเป็นที่นิยม - ไม่อนุญาตให้สัญญาณภายในโต้ตอบกับสัญญาณและตัวนำนอกสาย ในทางกลับกันตะกั่วคู่จะต้องถูกเก็บไว้ให้ดี (ความกว้างของเส้นเพียงไม่กี่เส้นก็เพียงพอแล้ว) จากเส้นป้อนอื่น ๆ และพื้นผิวโลหะทุกชนิด ทำไมต้องใช้คู่ - ตะกั่ว? โดยทั่วไปมีการสูญเสียต่ำกว่าการเล้าโลมดังนั้นจึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าเมื่อสัญญาณสูญเสียเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญ

บทแนะนำสายส่งสำหรับผู้เริ่มต้น (ที่มา: AT&T)

Skin Effect คืออะไร?

สูงกว่าประมาณ 1 kHz กระแสไฟฟ้ากระแสสลับจะไหลในชั้นที่บางมากขึ้นเรื่อย ๆ ตามพื้นผิวของตัวนำ นี้เป็น ผลกระทบทางผิวหนัง. เกิดขึ้นเนื่องจากกระแสวนภายในตัวนำสร้างสนามแม่เหล็กที่ดันกระแสไปที่ผิวด้านนอกของตัวนำ ที่ 1 MHz ในทองแดงกระแสส่วนใหญ่ถูก จำกัด ไว้ที่ด้านนอกของตัวนำ 0.1 มม. และ 1 GHz กระแสจะถูกบีบลงในชั้นที่หนาเพียงไม่กี่ µm

2) ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนและการส่งผ่าน

ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเป็นเศษส่วนของสัญญาณตกกระทบที่สะท้อนกลับมาจากความไม่ตรงกัน ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะแสดงเป็นρหรือΓ แต่สัญลักษณ์เหล่านี้อาจใช้แทน VSWR ได้ เกี่ยวข้องโดยตรงกับ VSWR โดย

 | Γ | = (VSWR - 1) / (VSWR + 1) (ก)

รูปนั่นคือเศษส่วนของสัญญาณที่สะท้อนกลับโดยอิมพีแดนซ์ของโหลดและบางครั้งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์

สำหรับการจับคู่ที่สมบูรณ์แบบไม่มีสัญญาณใด ๆ สะท้อนจากโหลด (กล่าวคือถูกดูดซับทั้งหมด) ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจึงเป็นศูนย์ 

สำหรับวงจรเปิดหรือลัดวงจรสัญญาณทั้งหมดจะสะท้อนกลับดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนในทั้งสองกรณีคือ 1 โปรดทราบว่าการสนทนานี้เกี่ยวข้องกับขนาดของค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเท่านั้น  

Γมีมุมเฟสที่เกี่ยวข้องเช่นกันซึ่งแยกความแตกต่างระหว่างไฟฟ้าลัดวงจรและวงจรเปิดรวมถึงสถานะทั้งหมดที่อยู่ระหว่าง 

ตัวอย่างเช่นการสะท้อนจากวงจรเปิดส่งผลให้มุมเฟส 0 องศาระหว่างเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นและคลื่นสะท้อนซึ่งหมายความว่าสัญญาณสะท้อนจะเพิ่มในเฟสด้วยสัญญาณขาเข้าที่ตำแหน่งวงจรเปิด กล่าวคือแอมพลิจูดของคลื่นนิ่งเป็นสองเท่าของคลื่นที่เข้ามา 

ในทางตรงกันข้ามการลัดวงจรส่งผลให้มุมเฟส 180 องศาระหว่างเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นและสัญญาณสะท้อนซึ่งหมายความว่าสัญญาณที่สะท้อนอยู่ตรงข้ามในเฟสกับสัญญาณขาเข้าดังนั้นแอมพลิจูดของพวกมันจึงลบออกทำให้เป็นศูนย์ สิ่งนี้สามารถเห็นได้ในรูปที่ 1a และ b

ในกรณีที่ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเป็นเศษส่วนของสัญญาณตกกระทบที่สะท้อนกลับมาจากความต้านทานที่ไม่ตรงกันในวงจรหรือสายส่งค่าสัมประสิทธิ์การส่งสัญญาณคือเศษส่วนของสัญญาณตกกระทบที่ปรากฏที่เอาต์พุต 

มันเป็นฟังก์ชันของสัญญาณที่สะท้อนให้เห็นเช่นเดียวกับการโต้ตอบภายในวงจร มีแอมพลิจูดและเฟสที่สอดคล้องกันเช่นกัน

3) การสูญเสียผลตอบแทนและการสูญเสียการแทรกคืออะไร?

การสูญเสียผลตอบแทนคืออัตราส่วนของระดับพลังงานของสัญญาณสะท้อนกับระดับพลังงานของสัญญาณอินพุตที่แสดงเป็นเดซิเบล (dB) กล่าวคือ

RL (เดซิเบล) = 10 log10 Pi / Pr (B)

รูปที่ 2. ส่งคืนการสูญเสียและการสูญเสียการแทรกในวงจรหรือสายส่งแบบไม่สูญเสีย

ในรูปที่ 2 สัญญาณ 0-dBm, Pi ถูกนำไปใช้กับสายส่ง กำลังสะท้อน Pr จะแสดงเป็น −10 dBm และการสูญเสียผลตอบแทนคือ 10 dB ค่าที่สูงกว่าการจับคู่ก็จะดีกว่านั่นคือสำหรับการจับคู่ที่สมบูรณ์แบบผลตอบแทนที่เสียไปตามหลักการแล้วคือ∞ แต่การสูญเสียผลตอบแทน 35 ถึง 45 dB มักจะถือว่าเป็นการจับคู่ที่ดี ในทำนองเดียวกันสำหรับวงจรเปิดหรือไฟฟ้าลัดวงจรกำลังตกกระทบจะสะท้อนกลับ การสูญเสียผลตอบแทนสำหรับกรณีเหล่านี้คือ 0 dB

การสูญเสียการแทรกคืออัตราส่วนของระดับพลังงานของสัญญาณที่ส่งต่อระดับพลังงานของสัญญาณอินพุตที่แสดงเป็นเดซิเบล (dB) กล่าวคือ

IL (เดซิเบล) = 10 log10 Pi / Pt (C)

Pi = Pt + Pr; Pt / Pi + Pr / Pi = 1                                                                            

อ้างถึงรูปที่ 2 Pr ของ -10 dBm หมายความว่า 10 เปอร์เซ็นต์ของกำลังตกกระทบจะสะท้อนออกมา หากวงจรหรือสายส่งไม่มีการสูญเสีย 90 เปอร์เซ็นต์ของกำลังตกกระทบจะถูกส่ง การสูญเสียการแทรกจึงอยู่ที่ประมาณ 0.5 dB ส่งผลให้กำลังส่ง -0.5 dBm หากมีการสูญเสียภายในการสูญเสียการแทรกจะมากกว่า

4) S-parameters คืออะไร?

รูป. การแสดงพารามิเตอร์ S ของวงจรไมโครเวฟสองพอร์ต

การใช้พารามิเตอร์ S ทำให้ประสิทธิภาพ RF ของวงจรสามารถจำแนกได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่จำเป็นต้องรู้องค์ประกอบภายใน เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้วงจรนี้มักเรียกกันว่า "กล่องดำ" ส่วนประกอบภายในสามารถใช้งานได้ (เช่นแอมพลิฟายเออร์) หรือพาสซีฟ ข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวคือพารามิเตอร์ S ถูกกำหนดสำหรับความถี่และเงื่อนไขทั้งหมด (เช่นอุณหภูมิอคติแอมพลิฟายเออร์) ที่สนใจและวงจรเป็นแบบเส้นตรง (กล่าวคือเอาต์พุตเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอินพุต) รูปที่ 3 เป็นการแสดงวงจรไมโครเวฟอย่างง่ายที่มีหนึ่งอินพุตและหนึ่งเอาต์พุต (เรียกว่าพอร์ต) แต่ละพอร์ตมีสัญญาณเหตุการณ์ (a) และสัญญาณสะท้อน (b) เมื่อทราบพารามิเตอร์ S (เช่น S11, S21, S12, S22) ของวงจรนี้เราสามารถกำหนดผลกระทบต่อระบบใด ๆ ที่ติดตั้งได้

พารามิเตอร์ S ถูกกำหนดโดยการวัดภายใต้สภาวะควบคุม การใช้อุปกรณ์ทดสอบพิเศษที่เรียกว่าเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายสัญญาณ (a1) จะถูกป้อนเข้าในพอร์ต 1 โดยพอร์ต 2 สิ้นสุดลงในระบบที่มีอิมพีแดนซ์ควบคุม (โดยทั่วไปคือ 50 โอห์ม) เครื่องวิเคราะห์จะวัดและบันทึก a1, b1 และ b2 ไปพร้อม ๆ กัน (a2 = 0) จากนั้นกระบวนการจะกลับด้านกล่าวคือด้วยสัญญาณ (a2) อินพุตไปยังพอร์ต 2 เครื่องวิเคราะห์จะวัด a2, b2 และ b1 (a1 = 0) ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดตัววิเคราะห์เครือข่ายจะวัดเฉพาะแอมพลิจูดของสัญญาณเหล่านี้ สิ่งนี้เรียกว่าตัววิเคราะห์เครือข่ายสเกลาร์และเพียงพอสำหรับการกำหนดปริมาณเช่น VSWR, RL และ IL อย่างไรก็ตามสำหรับการระบุลักษณะวงจรที่สมบูรณ์จำเป็นต้องมีเฟสเช่นกันและต้องใช้ตัววิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ พารามิเตอร์ S ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

S11 = b1 / a1; S21 = b2 / a1; S22 = b2 / a2; S12 = b1 / a2 (D)

S11 และ S22 เป็นค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของพอร์ตอินพุตและเอาต์พุตของวงจรตามลำดับ ในขณะที่ S21 และ S12 เป็นสัมประสิทธิ์การส่งผ่านไปข้างหน้าและถอยหลังของวงจร RL เกี่ยวข้องกับค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนโดยความสัมพันธ์

RLPort 1 (dB) = -20 log10 | S11 | และ RLPort 2 (dB) = -20 log10 | S22 | (จ)

IL เกี่ยวข้องกับค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านวงจรโดยความสัมพันธ์

IL จากพอร์ต 1 ถึงพอร์ต 2 (dB) = -20 log10 | S21 | และ IL จากพอร์ต 2 ถึงพอร์ต 1 (dB) = -20 log10 | S12 | (ฉ)

การแสดงนี้สามารถขยายไปยังวงจรไมโครเวฟที่มีจำนวนพอร์ตโดยพลการ จำนวนพารามิเตอร์ S เพิ่มขึ้นตามกำลังสองของจำนวนพอร์ตดังนั้นคณิตศาสตร์จึงมีส่วนเกี่ยวข้องมากขึ้น แต่สามารถจัดการได้โดยใช้พีชคณิตเมทริกซ์

5) Impedance-Matching คืออะไร?

อิมพีแดนซ์ถูกต่อต้านโดยพลังงานไฟฟ้าเมื่อมันเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิด  

การซิงโครไนซ์โหลดและอิมพีแดนซ์ต้นทางจะยกเลิกเอฟเฟกต์ที่นำไปสู่การถ่ายโอนพลังงานสูงสุด 

สิ่งนี้เรียกว่าทฤษฎีบทการถ่ายโอนกำลังสูงสุด: ทฤษฎีบทการถ่ายโอนกำลังสูงสุดมีความสำคัญอย่างยิ่งในชุดประกอบการส่งคลื่นความถี่วิทยุและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตั้งค่าเสาอากาศ RF

การจับคู่อิมพีแดนซ์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของการตั้งค่า RF ที่คุณต้องการย้ายแรงดันไฟฟ้าและพลังงานอย่างเหมาะสม ในการออกแบบ RF การจับคู่อิมพีแดนซ์ต้นทางและโหลดจะช่วยเพิ่มการส่งพลังงาน RF ให้สูงสุด เสาอากาศจะรับการถ่ายโอนพลังงานสูงสุดหรือเหมาะสมที่สุดโดยที่อิมพีแดนซ์จับคู่กับอิมพีแดนซ์เอาท์พุตของแหล่งส่ง

อิมพีแดนซ์ 50Ohm เป็นมาตรฐานสำหรับการออกแบบระบบ RF และส่วนประกอบส่วนใหญ่ สายโคแอกเซียลที่รองรับการเชื่อมต่อในแอพพลิเคชั่น RF ที่หลากหลายมีอิมพีแดนซ์ทั่วไปที่ 50 โอห์ม การวิจัย RF ที่ดำเนินการในช่วงทศวรรษที่ 1920 พบว่าความต้านทานที่เหมาะสมสำหรับการถ่ายโอนสัญญาณ RF จะอยู่ระหว่าง 30 ถึง 60 โอห์มขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและการถ่ายโอนพลังงาน การมีอิมพีแดนซ์ที่ค่อนข้างได้มาตรฐานช่วยให้สามารถจับคู่ระหว่างสายเคเบิลและส่วนประกอบต่างๆเช่นเสาอากาศ WiFi หรือบลูทู ธ ซีบีเอส และตัวลดทอนสัญญาณ เสาอากาศหลักหลายประเภทมีความต้านทาน 50 โอห์มรวมถึง ZigBee GSM GPS และ LoRa

ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน - ที่มา: Wikipedia

ความต้านทานที่ไม่ตรงกันจะนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าและการสะท้อนของกระแสและในการตั้งค่า RF หมายความว่ากำลังของสัญญาณจะสะท้อนกลับไปยังแหล่งที่มาซึ่งเป็นสัดส่วนตามระดับความไม่ตรงกัน สิ่งนี้สามารถระบุได้โดยใช้ Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ซึ่งเป็นการวัดประสิทธิภาพของการถ่ายโอนพลังงาน RF จากแหล่งกำเนิดไปยังโหลดเช่นเสาอากาศ

ความไม่ตรงกันระหว่างอิมพีแดนซ์ต้นทางและโหลดเช่นเสาอากาศ 75 โอห์มและสายโคแอ็กซ์ 50 โอห์มสามารถเอาชนะได้โดยใช้อุปกรณ์จับคู่อิมพีแดนซ์หลายชนิดเช่นตัวต้านทานแบบอนุกรมหม้อแปลงแผ่นจับคู่อิมพีแดนซ์ที่ติดตั้งบนพื้นผิวหรือตัวรับสัญญาณเสาอากาศ

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การจับคู่อิมพีแดนซ์เกี่ยวข้องกับการสร้างหรือเปลี่ยนแปลงวงจรหรือแอพพลิเคชั่นอิเล็กทรอนิกส์หรือส่วนประกอบที่ตั้งค่าเพื่อให้อิมพีแดนซ์ของโหลดไฟฟ้าตรงกับอิมพีแดนซ์ของกำลังหรือแหล่งขับ วงจรได้รับการออกแบบหรือเปลี่ยนเกียร์เพื่อให้อิมพีแดนซ์ปรากฏเหมือนกัน

เมื่อดูระบบที่มีสายส่งจำเป็นต้องเข้าใจแหล่งที่มาสายส่ง / ตัวป้อนและตัวโหลดทั้งหมดมีความต้านทานลักษณะ 50Ωเป็นมาตรฐานที่พบบ่อยมากสำหรับการใช้งาน RF แม้ว่าบางครั้งอาจมีอิมพีแดนซ์อื่น ๆ เกิดขึ้นในบางระบบ

เพื่อให้ได้รับการถ่ายโอนพลังงานสูงสุดจากแหล่งที่มาไปยังสายส่งหรือสายส่งไปยังโหลดไม่ว่าจะเป็นตัวต้านทานอินพุตไปยังระบบอื่นหรือเสาอากาศระดับอิมพีแดนซ์จะต้องตรงกัน

กล่าวอีกนัยหนึ่งสำหรับระบบ50Ωแหล่งที่มาหรือตัวกำเนิดสัญญาณต้องมีความต้านทานแหล่งที่มาของ50Ωสายส่งต้องเป็น50Ωและต้องโหลด

ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อไฟฟ้าถูกโอนเข้าสู่สายส่งหรืออุปกรณ์ป้อนและเคลื่อนที่ไปยังโหลด หากมีความไม่ตรงกันเช่นโหลดความต้านทานไม่ตรงกับสายส่งก็ไม่สามารถถ่ายโอนพลังงานทั้งหมดได้

เนื่องจากพลังงานไม่สามารถหายไปได้พลังที่ไม่ได้ถ่ายโอนลงในโหลดจะต้องไปที่ใดที่หนึ่งและส่งกลับไปตามสายส่งกลับไปยังแหล่งกำเนิด

เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้แรงดันและกระแสของคลื่นไปข้างหน้าและคลื่นสะท้อนในตัวป้อนจะเพิ่มหรือลบที่จุดต่าง ๆ ตามตัวป้อนตามเฟส ด้วยวิธีนี้คลื่นตั้งอยู่จะถูกจัดตั้งขึ้น

วิธีที่เกิดผลกระทบสามารถแสดงให้เห็นได้ด้วยความยาวของเชือก หากปลายด้านหนึ่งว่างซ้ายและอีกปลายหนึ่งขยับขึ้นลงการเคลื่อนไหวของคลื่นสามารถมองเห็นได้เพื่อเลื่อนลงไปตามเชือก อย่างไรก็ตามหากปลายด้านใดด้านหนึ่งได้รับการแก้ไขการเคลื่อนไหวของคลื่นนิ่งจะถูกตั้งค่าและสามารถเห็นการสั่นสะเทือนขั้นต่ำและสูงสุดได้

เมื่อความต้านทานโหลดต่ำกว่าแรงดันอิมพีแดนซ์ของตัวป้อนและขนาดกระแสไฟฟ้าจะถูกตั้งค่า ที่นี่กระแสรวมที่จุดโหลดสูงกว่าของเส้นที่จับคู่อย่างสมบูรณ์ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า

ค่าของกระแสและแรงดันตามตัวป้อนจะแตกต่างกันไปตามตัวป้อน สำหรับค่าที่สะท้อนพลังงานรูปคลื่นขนาดเล็กเกือบจะเป็นไซน์ แต่สำหรับค่าที่มากกว่านั้นมันจะกลายเป็นเหมือนคลื่นเต็มรูปแบบที่แก้ไขคลื่นไซน์ รูปคลื่นนี้ประกอบด้วยแรงดันและกระแสจากกำลังไปข้างหน้าบวกแรงดันและกระแสจากกำลังที่สะท้อน

ที่ระยะหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นจากการโหลดแรงดันไฟฟ้าที่รวมกันจะถึงค่าสูงสุดในขณะที่กระแสไฟฟ้าอยู่ในระดับต่ำสุด ที่ระยะครึ่งความยาวคลื่นจากโหลดแรงดันและกระแสจะเหมือนกับโหลด

สถานการณ์ที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อความต้านทานโหลดมากกว่าความต้านทานของตัวป้อน แต่เวลานี้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่โหลดสูงกว่าค่าของเส้นที่จับคู่อย่างสมบูรณ์ แรงดันไฟฟ้ามาถึงขั้นต่ำที่ระยะทางหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นจากโหลดและกระแสสูงสุดที่ อย่างไรก็ตามที่ระยะทางครึ่งคลื่นจากโหลดแรงดันและกระแสจะเหมือนกับโหลด

จากนั้นเมื่อมีวงจรเปิดวางไว้ที่ส่วนท้ายของบรรทัดรูปแบบคลื่นนิ่งสำหรับตัวป้อนจะคล้ายกับวงจรลัด แต่ด้วยแรงดันและรูปแบบกระแสกลับด้าน

▲กลับ▲

6) พลังงานสะท้อนแสงคืออะไร?
เมื่อคลื่นที่ส่งมากระทบขอบเขตเช่นระหว่างสายส่งและโหลดแบบไม่สูญเสีย (ดูรูปที่ 1 ด้านล่าง) พลังงานบางส่วนจะถูกส่งไปยังโหลดและบางส่วนจะสะท้อนออกมา ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนสัมพันธ์กับคลื่นที่เข้ามาและสะท้อนกลับเป็น:

Γ = V- / V + (สมการ 1)

โดยที่ V- คือคลื่นที่สะท้อนกลับและ V + เป็นคลื่นที่เข้ามา VSWR เกี่ยวข้องกับขนาดของสัมประสิทธิ์การสะท้อนแรงดันไฟฟ้า (reflection) โดย:

VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (สมการ 2)

VSWR สามารถวัดได้โดยตรงด้วยเครื่องวัด SWR เครื่องมือทดสอบ RF เช่นเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายแบบเวกเตอร์ (VNA) สามารถใช้วัดค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของอินพุตพอร์ต (S11) และพอร์ตเอาต์พุต (S22) S11 และ S22 เทียบเท่ากับΓที่พอร์ตอินพุตและเอาต์พุตตามลำดับ VNA ที่มีโหมดคณิตศาสตร์สามารถคำนวณและแสดงค่า VSWR ที่ได้โดยตรง

การสูญเสียย้อนกลับที่พอร์ตอินพุตและเอาต์พุตสามารถคำนวณได้จากสัมประสิทธิ์การสะท้อน, S11 หรือ S22 ดังนี้:

RLIN = 20log10 | S11 | เดซิเบล (สมการ 3)

RLOUT = 20log10 | S22 | เดซิเบล (Eq.4)

ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนถูกคำนวณจากความต้านทานลักษณะของสายส่งและความต้านทานโหลดดังนี้:

Γ = (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) (Eq.5)

โดยที่ ZL คืออิมพีแดนซ์ของโหลดและ ZO คืออิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่ง (รูปที่ 1)

VSWR ยังสามารถแสดงออกในรูปของ ZL และ ZO การแทนที่สมการ 5 เป็นสมการ 2 เราได้รับ:

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

สำหรับ ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO

ดังนั้น:

VSWR = (ZL + ZO + ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO - ZL + ZO) = ZL / ZO (ป.อ. 6)
สำหรับ ZL <ZO, | ZL - ZO | = ZO - ZL

ดังนั้น:

VSWR = (ZL + ZO + ZO - ZL) / (ZL ​​+ ZO - ZO + ZL) = ZO / ZL (ฎ. 7)

เราตั้งข้อสังเกตข้างต้นว่า VSWR เป็นข้อกำหนดที่กำหนดในรูปแบบอัตราส่วนเทียบกับ 1 เป็นตัวอย่าง 1.5: 1 มีสองกรณีพิเศษของ VSWR, ∞: 1 และ 1: 1 อัตราส่วนของอินฟินิตี้ต่อหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อโหลดเป็นวงจรเปิด อัตราส่วนของ 1: 1 เกิดขึ้นเมื่อโหลดสอดคล้องกับความต้านทานลักษณะสายส่ง

VSWR ถูกกำหนดจากคลื่นนิ่งที่เกิดขึ้นบนสายส่งเองโดย:

VSWR = | VMAX | / | VMIN | (ฎ. 8)

โดยที่ VMAX เป็นแอมพลิจูดสูงสุดและ VMIN เป็นแอมพลิจูดขั้นต่ำของคลื่นนิ่ง ด้วยคลื่นที่กำหนดสองคลื่นสูงสุดค่าสูงสุดนี้เกิดขึ้นจากสัญญาณรบกวนเชิงสร้างสรรค์ระหว่างคลื่นขาเข้าและคลื่นสะท้อน ดังนั้น:

VMAX = V + + V- (สมการ 9)

เพื่อการรบกวนที่สร้างสรรค์สูงสุด แอมพลิจูดต่ำสุดเกิดขึ้นพร้อมกับสัญญาณรบกวนแบบแยกโครงสร้างหรือ:

VMIN = V + - V- (สมการ 10)

การแทนสมการ 9 และ 10 ให้เป็นสมการ 8 ให้ผลตอบแทน


VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V -) / (V + - V-) (ฎ. 11)

แทนสมการ 1 ลงในสมการ 11 เราได้รับ:

VSWR = V + (1 + | Γ |) / (V + (1 - | Γ |) = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Eq. 12)

สมการ 12 คือสมการ 2 ที่ระบุไว้ในตอนต้นของบทความนี้

▲กลับ▲

4. VSWR Calculator: วิธีคำนวณ VSWR? 

อิมพีแดนซ์ไม่ตรงกันส่งผลให้เกิดคลื่นนิ่งตามสายส่ง และ SWR ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของแอมพลิจูดของคลื่นนิ่งบางส่วนที่แอนติโนด (สูงสุด) ต่อแอมพลิจูดที่โหนด (ต่ำสุด) ตามแนวเส้น

โดยทั่วไปอัตราส่วนที่ได้จะแสดงเป็นอัตราส่วนเช่น 2: 1, 5: 1 เป็นต้นการจับคู่ที่สมบูรณ์แบบคือ 1: 1 และการจับคู่ที่ไม่ตรงกันเช่นวงจรสั้นหรือเปิดคือ open: 1

ในทางปฏิบัติมีการสูญเสียในตัวป้อนหรือสายส่งใด ๆ ในการวัด VSWR จะตรวจพบกำลังเดินหน้าและถอยหลัง ณ จุดนั้นบนระบบและจะถูกแปลงเป็นตัวเลขสำหรับ VSWR 

ด้วยวิธีนี้ VSWR จะถูกวัดที่จุดใดจุดหนึ่งและไม่จำเป็นต้องกำหนดแรงดันไฟฟ้า maxima และ minima ตามความยาวของเส้น

ส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าของคลื่นนิ่งในสายส่งสม่ำเสมอประกอบด้วยคลื่นไปข้างหน้า (ที่มีแอมพลิจูด Vf) ซ้อนทับบนคลื่นสะท้อน (ที่มีแอมพลิจูด Vr) การสะท้อนกลับเกิดขึ้นเนื่องจากความไม่ต่อเนื่องเช่นความไม่สมบูรณ์ในสายส่งที่สม่ำเสมอหรือเมื่อสายส่งถูกยกเลิกด้วยอิมพีแดนซ์ลักษณะอื่น

หากคุณสนใจที่จะพิจารณาประสิทธิภาพของเสาอากาศควรวัด VSWR ที่ขั้วเสาอากาศด้วยตัวเองแทนที่จะเป็นที่เอาท์พุทของเครื่องส่งสัญญาณ เนื่องจากการสูญเสียโอห์มมิกในสายเคเบิลการส่งสัญญาณภาพลวงตาจะถูกสร้างขึ้นจากการมี VSWR ของเสาอากาศที่ดีกว่า แต่นั่นเป็นเพียงเพราะการสูญเสียเหล่านี้ทำให้ผลกระทบของการสะท้อนอย่างฉับพลันที่ขั้วเสาอากาศ

เนื่องจากโดยปกติเสาอากาศจะอยู่ห่างจากเครื่องส่งสัญญาณจึงต้องใช้สายป้อนเพื่อถ่ายโอนพลังงานระหว่างทั้งสอง หากสายป้อนไม่มีการสูญเสียและตรงกับทั้งอิมพีแดนซ์เอาท์พุตของเครื่องส่งและอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศพลังงานสูงสุดจะถูกส่งไปยังเสาอากาศ ในกรณีนี้ VSWR จะเป็น 1: 1 และแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะคงที่ตลอดความยาวทั้งหมดของสายป้อน

1) การคำนวณ VSWR

การสูญเสียผลตอบแทนเป็นหน่วยวัดในหน่วย dB ของอัตราส่วนของกำลังในคลื่นที่ตกกระทบกับคลื่นที่สะท้อนกลับและเรากำหนดให้มีค่าเป็นลบ

การสูญเสียกลับ = 10 log (Pr / Pi) = 20 log (Er / Ei)

ตัวอย่างเช่นหากโหลดมีการสูญเสียผลตอบแทน -10 dB พลังตกกระทบ 1/10 จะสะท้อนให้เห็น การสูญเสียผลตอบแทนที่สูงขึ้นพลังงานจะสูญเสียไป

สิ่งที่น่าสนใจมากคือการสูญเสียที่ไม่ตรงกัน นี่คือการวัดว่ากำลังส่งลดลงเนื่องจากการสะท้อนกลับมากเพียงใด ได้รับจากความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

การสูญเสียที่ไม่ตรงกัน = 10 บันทึก (1 -p2)

ตัวอย่างเช่นจากตาราง # 1 เสาอากาศที่มี VSWR เป็น 2: 1 จะมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน 0.333 การสูญเสียที่ไม่ตรงกันที่ -0.51 dB และการสูญเสียผลตอบแทน -9.54 dB (11% ของกำลังเครื่องส่งสัญญาณสะท้อนกลับ )

2) แผนภูมิการคำนวณ VSWR ฟรี

นี่คือแผนภูมิการคำนวณ VSWR อย่างง่าย 

จำไว้เสมอว่า VSWR ควรเป็นตัวเลขที่มากกว่า 1.0
VSWR	ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน (Γ)	สะท้อนแสง (%)	การสูญเสียแรงดันไฟฟ้า	กำลังสะท้อน (dB)	การสูญเสียกลับ	การสูญเสียที่ไม่ตรงกัน (dB)
1	0.00	0.00	0	- อินฟินิตี้	ความไม่มีที่สิ้นสุด	0.00
1.15	0.070	0.5	7.0	-23.13	23.13	0.021
1.25	0.111	1.2	11.1	-19.08	19.08	0.054
1.5	0.200	4.0	20.0	-13.98	13.98	0.177
1.75	0.273	7.4	273.	-11.73	11.29	0.336
1.9	0.310	9.6	31.6	-10.16	10.16	0.440
2.0	0.333	11.1	33.3	-9.54	9.540	0.512
2.5	0.429	18.4	42.9	-7.36	7.360	0.881
3.0	0.500	25.0	50.0	-6.02	6.021	1.249
3.5	0.555	30.9	55.5	-5.11	5.105	1.603
4.0	0.600	36.0	60.0	-4.44	4.437	1.938
4.5	0.636	40.5	63.6	-3.93	3.926	2.255
5.0	0.666	44.4	66.6	-3.52	3.522	2.553
10	0.818	66.9	81.8	-1.74	1.743	4.807
20	0.905	81.9	90.5	-0.87	0.8693	7.413
100	0.980	96.1	98.0	-0.17	0.1737	14.066
...	...	...	...	...	...	...
∞	∞	100	100	∞	∞	∞
การอ่านพิเศษ: VSWR ในเสาอากาศ อัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้า (VSWR) เป็นตัวบ่งชี้ปริมาณความไม่ตรงกันระหว่างเสาอากาศและสายป้อนที่เชื่อมต่อกับเสาอากาศ สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) ช่วงของค่า VSWR คือตั้งแต่ 1 ถึง∞  ค่า VSWR ต่ำกว่า 2 ถือว่าเหมาะสำหรับการใช้งานเสาอากาศส่วนใหญ่ เสาอากาศสามารถอธิบายได้ว่ามี "การจับคู่ที่ดี" ดังนั้นเมื่อมีคนบอกว่าเสาอากาศจับคู่ได้ไม่ดีบ่อยครั้งก็หมายความว่าค่า VSWR เกิน 2 สำหรับความถี่ที่น่าสนใจ  การสูญเสียผลตอบแทนเป็นข้อกำหนดอื่นที่น่าสนใจและครอบคลุมรายละเอียดเพิ่มเติมในส่วนทฤษฎีเสาอากาศ การแปลงที่จำเป็นโดยทั่วไปอยู่ระหว่างการสูญเสียผลตอบแทนและ VSWR และค่าบางค่าจะแสดงเป็นตารางในแผนภูมิพร้อมกับกราฟของค่าเหล่านี้เพื่อการอ้างอิงอย่างรวดเร็ว

การคำนวณเหล่านี้มาจากไหน? เริ่มต้นด้วยสูตรสำหรับ VSWR:

หากเราสลับสูตรนี้เราสามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนกลับ (หรือการสูญเสียผลตอบแทน s11) จาก VSWR:

ตอนนี้ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนนี้ถูกกำหนดในรูปของแรงดันไฟฟ้า เราอยากรู้จริงๆว่ากำลังสะท้อนพลังขนาดไหน นี่จะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้า (V ^ 2) ดังนั้นพลังสะท้อนเป็นเปอร์เซ็นต์จะเป็น:

เราสามารถแปลงพลังสะท้อนกลับเป็นเดซิเบลได้ง่ายๆ:

ในที่สุดพลังงานจะสะท้อนหรือส่งไปยังเสาอากาศ จำนวนเงินที่ส่งไปยังเสาอากาศเขียนว่า () และเป็นเพียง (1- ^ 2) สิ่งนี้เรียกว่าการสูญเสียที่ไม่ตรงกัน นี่คือจำนวนพลังงานที่สูญเสียไปเนื่องจากความต้านทานไม่ตรงกันและเราสามารถคำนวณได้ค่อนข้างง่าย:

และนั่นคือทั้งหมดที่เราต้องรู้เพื่อกลับไปกลับมาระหว่าง VSWR, s11 / การสูญเสียผลตอบแทนและการสูญเสียที่ไม่ตรงกัน ฉันหวังว่าคุณจะมีช่วงเวลาที่ดีมากที่สุดเท่าที่ฉันเคยมีมา

ตารางการแปลง - dBm เป็น dBW และ W (วัตต์)

ในตารางนี้เรานำเสนอว่าค่ากำลังไฟฟ้าในหน่วย dBm, dBW และ Watt (W) สอดคล้องกันอย่างไร

กำลัง (dBm)	กำลัง (dBW)	กำลังไฟฟ้า ((W) วัตต์)
100	70	10 MW
90	60	1 MW
80	50	100 กิโลวัตต์
70	40	10 กิโลวัตต์
60	30	1 กิโลวัตต์
50	20	W 100
40	10	W 10
30	0	W 1
20	-10	mW 100
10	-20	mW 10
0	-30	mW 1
-10	-40	100 ไมโครวัตต์
-20	-50	10 ไมโครวัตต์
-30	-60	1 ไมโครวัตต์
-40	-70	100 นิวตันวัตต์
-50	-80	10 นิวตันวัตต์
-60	-90	1 นิวตันวัตต์
-70	-100	100 พิวเตอร์
-80	-110	10 พิวเตอร์
-90	-120	1 พิวเตอร์
-100	-130	0.1 พิวเตอร์
-	-	W 0
ที่: dBm = เดซิเบล - มิลลิวัตต์ dBW = เดซิเบล - วัตต์ MW = เมกะวัตต์ KW = กิโลวัตต์ W = วัตต์ mW = มิลลิวัตต์ μW = ไมโครวัตต์ nW = นาโนวัตต์ pW = พิโควัตต์

▲กลับ▲

3) สูตร VSWR

โปรแกรมนี้เป็นแอพเพล็ตสำหรับคำนวณ Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

เมื่อตั้งค่าระบบเสาอากาศและเครื่องส่งสัญญาณเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องหลีกเลี่ยงความต้านทานที่ไม่ตรงกับที่ใดก็ได้ในระบบ ความไม่ตรงกันใด ๆ หมายถึงสัดส่วนของคลื่นเอาท์พุทที่สะท้อนกลับไปยังตัวส่งสัญญาณและระบบจะไม่มีประสิทธิภาพ ความไม่ตรงกันสามารถเกิดขึ้นได้ที่การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่นเครื่องส่งสัญญาณเคเบิลและเสาอากาศ เสาอากาศมีอิมพีแดนซ์ซึ่งโดยทั่วไปคือ 50 โอห์ม (เมื่อเสาอากาศมีขนาดที่ถูกต้อง) เมื่อมีการสะท้อนเกิดขึ้นจะเกิดคลื่นยืนในสายเคเบิล

สูตร VSWR และค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน:

สมการที่ 1	ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนΓถูกกำหนดเป็น	สมการที่ 2	VSWR หรืออัตราส่วนคลื่นยืนของแรงดันไฟฟ้า
สูตร		สูตร
พิสัย	ZL = ค่าเป็นโอห์มของการโหลด (โดยทั่วไปคือเสาอากาศ) Zo = ความต้านทานลักษณะของสายส่งเป็นโอห์ม	ซิกม่า	ระบุว่าρจะแตกต่างกันตั้งแต่ 0 ถึง 1 ค่าที่คำนวณได้สำหรับ VSWR จะอยู่ระหว่าง 1 ถึงไม่ จำกัด
ค่าที่คำนวณ	ระหว่าง -1 ≦Γ≦ 1.	ค่าที่คำนวณ	อัตราส่วน 1 หรือ 1: 1
เมื่อค่าเป็น“ -1”	หมายถึงการสะท้อน 100% เกิดขึ้นและไม่มีการถ่ายโอนพลังงานไปยังโหลด คลื่นสะท้อนกลับอยู่ที่ 180 องศานอกเฟส (กลับด้าน) กับคลื่นตกกระทบ	ด้วยวงจรเปิด	นี่คือสภาพวงจรเปิดที่ไม่มีเสาอากาศเชื่อมต่อ หมายความว่า ZL ไม่มีที่สิ้นสุดและเงื่อนไข Zo จะหายไปใน Eq.1 โดยให้Γ = 1 (การสะท้อน 100%) และρ = 1 ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานและ VSWR จะไม่มีที่สิ้นสุด
เมื่อค่าเป็น“ 1”	หมายถึงการสะท้อน 100% เกิดขึ้นและไม่มีการถ่ายโอนพลังงานไปยังโหลด คลื่นสะท้อนนั้นอยู่ในเฟสเดียวกับคลื่นตกกระทบ	ด้วยไฟฟ้าลัดวงจร	ลองนึกภาพปลายสายมีไฟฟ้าลัดวงจร หมายความว่า ZL คือ 0 และ Eq.1 จะคำนวณΓ = -1 และρ = 1 ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานและ VSWR ไม่มีที่สิ้นสุด
เมื่อค่าเป็น“ 0”	หมายถึงไม่มีการสะท้อนเกิดขึ้นและพลังงานทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยังโหลด (ในอุดมคติ)	ด้วยเสาอากาศที่จับคู่อย่างถูกต้อง	เมื่อเชื่อมต่อเสาอากาศที่ตรงกันอย่างถูกต้องพลังงานทั้งหมดจะถูกถ่ายโอนไปยังเสาอากาศและจะถูกแปลงเป็นรังสี ZL คือ 50 โอห์มและ Eq.1 จะคำนวณΓให้เป็นศูนย์ VSWR จึงจะเท่ากับ 1
N / A	N / A	ด้วยเสาอากาศที่จับคู่ไม่ถูกต้อง	เมื่อเชื่อมต่อเสาอากาศที่จับคู่ไม่ถูกต้องความต้านทานจะไม่เป็น 50 โอห์มอีกต่อไปและเกิดความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์และส่วนหนึ่งของพลังงานจะสะท้อนกลับมา ปริมาณพลังงานที่สะท้อนขึ้นอยู่กับระดับของความไม่ตรงกันดังนั้น VSWR จะเป็นค่าที่สูงกว่า 1
เมื่อใช้สายเคเบิลที่มีความต้านทานลักษณะไม่ถูกต้อง สายเคเบิล / สายส่งที่ใช้ในการเชื่อมต่อเสาอากาศเข้ากับเครื่องส่งจะต้องเป็นความต้านทานลักษณะที่ถูกต้อง Zo  โดยปกติแล้วสายโคแอกเซียลคือ 50 โอห์ม (75 โอห์มสำหรับโทรทัศน์และดาวเทียม) และค่าของสายจะถูกพิมพ์ลงบนสายเคเบิลเอง  ปริมาณพลังงานที่สะท้อนขึ้นอยู่กับระดับของความไม่ตรงกันดังนั้น VSWR จะมีค่าสูงกว่า 1

รีวิว:

คลื่นนิ่งคืออะไร? โหลดเชื่อมต่อกับจุดสิ้นสุดของสายส่งและสัญญาณจะไหลไปตามนั้นและเข้าสู่โหลด หากอิมพีแดนซ์ของโหลดไม่ตรงกับอิมพีแดนซ์ของสายส่งส่วนหนึ่งของคลื่นเดินทางจะสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิด

เมื่อการสะท้อนเกิดขึ้นพวกมันจะเคลื่อนที่กลับลงมาตามสายส่งและรวมเข้ากับคลื่นตกกระทบเพื่อสร้างคลื่นนิ่ง มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าคลื่นผลลัพธ์ปรากฏนิ่งเหมือนและไม่แพร่กระจายเหมือนคลื่นปกติและไม่ถ่ายโอนพลังงานไปยังโหลด คลื่นมีพื้นที่ของแอมพลิจูดสูงสุดและต่ำสุดที่เรียกว่าแอนตีโหนดและโหนดตามลำดับ

เมื่อทำการเชื่อมต่อเสาอากาศหากผลิต VSWR ที่ 1.5 จะทำให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานอยู่ที่ 96% เมื่อ VSWR 3.0 ถูกผลิตขึ้นประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะอยู่ที่ 75% ในการใช้งานจริงไม่แนะนำให้เกิน VSWR ที่ 3

▲กลับ▲

5. วิธีการวัดอัตราส่วนคลื่นนิ่ง - คำอธิบาย Wikipedia
สามารถใช้วิธีการต่างๆมากมายในการวัดอัตราส่วนคลื่นนิ่ง วิธีการที่ใช้งานง่ายที่สุดคือการใช้ slotted line ซึ่งเป็นส่วนของสายส่งที่มีช่องเปิดซึ่งทำให้หัววัดตรวจจับแรงดันไฟฟ้าจริงตามจุดต่างๆตามแนวเส้น 

ดังนั้นจึงสามารถเปรียบเทียบค่าสูงสุดและต่ำสุดได้โดยตรง วิธีนี้ใช้ที่ VHF และความถี่ที่สูงขึ้น ที่ความถี่ต่ำเส้นดังกล่าวจะยาวไม่สามารถใช้งานได้จริง สามารถใช้ตัวเชื่อมต่อแบบกำหนดทิศทางที่ HF ผ่านความถี่ไมโครเวฟ 

คลื่นบางส่วนเป็นคลื่นหนึ่งในสี่หรือยาวกว่าซึ่ง จำกัด การใช้งานไว้ที่ความถี่ที่สูงขึ้น ตัวเชื่อมต่อทิศทางประเภทอื่น ๆ จะสุ่มตัวอย่างกระแสและแรงดันที่จุดเดียวในเส้นทางการส่งผ่านและรวมเข้าด้วยกันทางคณิตศาสตร์ในลักษณะที่แสดงถึงกำลังที่ไหลไปในทิศทางเดียว

SWR / พาวเวอร์มิเตอร์ทั่วไปที่ใช้ในการใช้งานมือสมัครเล่นอาจมีตัวเชื่อมแบบสองทิศทาง ประเภทอื่น ๆ ใช้ตัวต่อเดี่ยวซึ่งสามารถหมุนได้ 180 องศาเพื่อสุ่มตัวอย่างกำลังที่ไหลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ตัวเชื่อมต่อแบบทิศทางเดียวประเภทนี้มีให้เลือกหลายช่วงความถี่และระดับพลังงานและมีค่าการมีเพศสัมพันธ์ที่เหมาะสมสำหรับมิเตอร์อนาล็อกที่ใช้

วัตต์มิเตอร์แบบกำหนดทิศทางโดยใช้องค์ประกอบตัวเชื่อมต่อแบบหมุนได้

กำลังไปข้างหน้าและสะท้อนที่วัดโดยตัวเชื่อมต่อทิศทางสามารถใช้ในการคำนวณ SWR ได้ การคำนวณสามารถทำได้ทางคณิตศาสตร์ในรูปแบบอะนาล็อกหรือดิจิทัลหรือโดยใช้วิธีการแบบกราฟิกที่ติดตั้งไว้ในมิเตอร์เป็นมาตราส่วนเพิ่มเติมหรืออ่านจากจุดตัดระหว่างเข็มสองเข็มในมิเตอร์เดียวกัน

เครื่องมือวัดข้างต้นสามารถใช้ "ในสาย" นั่นคือกำลังเต็มของเครื่องส่งสามารถส่งผ่านอุปกรณ์วัดเพื่อให้สามารถตรวจสอบ SWR ได้อย่างต่อเนื่อง เครื่องมืออื่น ๆ เช่นเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายตัวเชื่อมต่อทิศทางพลังงานต่ำและสะพานเสาอากาศใช้พลังงานต่ำในการวัดและต้องเชื่อมต่อแทนเครื่องส่งสัญญาณ วงจรบริดจ์สามารถใช้เพื่อวัดส่วนจริงและส่วนจินตภาพของอิมพีแดนซ์โหลดโดยตรงและใช้ค่าเหล่านั้นเพื่อรับ SWR วิธีการเหล่านี้สามารถให้ข้อมูลได้มากกว่าแค่ SWR หรือกำลังส่งต่อและสะท้อนกลับ [11] เครื่องวิเคราะห์เสาอากาศแบบสแตนด์อะโลนใช้วิธีการวัดที่หลากหลายและสามารถแสดง SWR และพารามิเตอร์อื่น ๆ ที่พล็อตกับความถี่ได้ ด้วยการใช้ตัวเชื่อมต่อแบบกำหนดทิศทางและบริดจ์ร่วมกันจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องมือในสายที่อ่านโดยตรงในอิมพีแดนซ์เชิงซ้อนหรือใน SWR [12] นอกจากนี้ยังมีเครื่องวิเคราะห์เสาอากาศแบบสแตนด์อโลนที่วัดพารามิเตอร์หลายตัว

▲กลับ▲

6. คำถามที่ถามบ่อย

1) อะไรทำให้ VSWR สูง?

หาก VSWR สูงเกินไปอาจมีพลังงานมากเกินไปสะท้อนกลับไปยังเพาเวอร์แอมป์ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายต่อวงจรภายใน ในระบบอุดมคติจะมี VSWR เท่ากับ 1: 1 สาเหตุของการจัดอันดับ VSWR ที่สูงอาจเกิดจากการใช้โหลดที่ไม่เหมาะสมหรือสิ่งที่ไม่ทราบสาเหตุเช่นสายส่งที่เสียหาย

2) คุณจะลด VSWR ได้อย่างไร?

เทคนิคหนึ่งในการลดสัญญาณสะท้อนจากอินพุตหรือเอาต์พุตของอุปกรณ์ใด ๆ คือการวางตัวลดทอนก่อนหรือหลังอุปกรณ์ ตัวลดทอนช่วยลดสัญญาณสะท้อนสองเท่าของค่าการลดทอนในขณะที่สัญญาณที่ส่งได้รับค่าการลดทอนเล็กน้อย (เคล็ดลับ: หากต้องการเน้นว่า VSWR และ RL มีความสำคัญต่อเครือข่ายของคุณอย่างไรให้พิจารณาการลดประสิทธิภาพจาก VSWR จาก 1.3: 1 เป็น 1.5: 1 ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงการสูญเสียผลตอบแทน 16 dB เป็น 13 dB)

3) S11 Return Loss หรือไม่?

ในทางปฏิบัติพารามิเตอร์ที่ยกมาโดยทั่วไปเกี่ยวกับเสาอากาศคือ S11 S11 หมายถึงพลังงานที่สะท้อนจากเสาอากาศดังนั้นจึงเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน (บางครั้งเขียนว่าแกมมา: หรือการสูญเสียย้อนกลับ ... พลังงานที่ยอมรับนี้อาจแผ่ออกหรือดูดซับเป็นการสูญเสียภายในเสาอากาศ

4) เหตุใดจึงวัด VSWR

VSWR (อัตราส่วนคลื่นความถี่ของแรงดันไฟฟ้า) คือการวัดว่าพลังงานความถี่วิทยุถูกส่งจากแหล่งพลังงานผ่านสายส่งไปยังโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด (ตัวอย่างเช่นจากเครื่องขยายเสียงผ่านสายส่งไปยังเสาอากาศ) . ในระบบอุดมคติพลังงานจะถูกส่งไป 100%

5) ฉันจะแก้ไข VSWR สูงได้อย่างไร

หากเสาอากาศของคุณติดตั้งอยู่ต่ำบนรถเช่นบนกันชนหรือหลังแค็บของรถกระบะสัญญาณอาจย้อนกลับไปที่เสาอากาศทำให้ SWR สูง เพื่อบรรเทาปัญหานี้ให้วางเสาอากาศด้านบนอย่างน้อย 12 นิ้วเหนือแนวหลังคาและวางเสาอากาศให้สูงที่สุดเท่าที่จะทำได้บนรถ

6) การอ่าน VSWR ที่ดีคืออะไร?
การอ่านค่าที่ดีที่สุดคือ 1.01: 1 (การสูญเสียผลตอบแทน 46dB) แต่โดยปกติแล้วการอ่านที่ต่ำกว่า 1.5: 1 จะยอมรับได้ นอกโลกที่สมบูรณ์แบบ 1.2: 1 (การสูญเสียผลตอบแทน 20.8dB) ในกรณีส่วนใหญ่ เพื่อให้แน่ใจว่าการอ่านค่าถูกต้องควรเชื่อมต่อมิเตอร์ที่ฐานของเสาอากาศ

7) 1.5 SWR ดีหรือไม่?
ใช่แล้ว! ช่วงที่เหมาะคือ SWR 1.0-1.5 มีช่องว่างสำหรับการปรับปรุงเมื่อช่วงคือ SWR 1.5 - 1.9 แต่ SWR ในช่วงนี้ควรให้ประสิทธิภาพที่เพียงพอ ในบางครั้งเนื่องจากการติดตั้งหรือตัวแปรของยานพาหนะจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้ SWR ต่ำกว่านี้

8) ฉันจะตรวจสอบ SWR ของฉันโดยไม่ใช้มิเตอร์ได้อย่างไร?
นี่คือขั้นตอนในการปรับแต่งวิทยุ CB โดยไม่ใช้เครื่องวัด SWR:
1) ค้นหาพื้นที่ที่มีสัญญาณรบกวน จำกัด
2) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีวิทยุเพิ่มเติม
3) ปรับวิทยุทั้งสองช่องให้เป็นช่องเดียวกัน
4) พูดในวิทยุเครื่องหนึ่งและฟังอีกเครื่องหนึ่ง
5) ย้ายวิทยุออกไปหนึ่งเครื่องและจดบันทึกเมื่อเสียงชัดเจน
6) ปรับเสาอากาศของคุณตามต้องการ

9) ต้องจูนเสาอากาศ CB ทั้งหมดหรือไม่?
แม้ว่าการปรับเสาอากาศจะไม่จำเป็นต้องใช้งานระบบ CB ของคุณ แต่ก็มีเหตุผลสำคัญหลายประการที่คุณควรปรับแต่งเสาอากาศอยู่เสมอ: ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น - เสาอากาศที่ได้รับการปรับแต่งอย่างเหมาะสมจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเสาอากาศที่ไม่ได้ปรับแต่งเสมอ

10) ทำไม SWR ของฉันถึงขึ้นเมื่อฉันพูด?

สาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดของการอ่านค่า SWR สูงคือการเชื่อมต่อเครื่องวัด SWR กับวิทยุและเสาอากาศไม่ถูกต้อง เมื่อแนบไม่ถูกต้องการอ่านจะถูกรายงานว่าสูงมากแม้ว่าทุกอย่างจะได้รับการติดตั้งอย่างสมบูรณ์แบบก็ตาม โปรดดูบทความนี้เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องวัด SWR ของคุณได้รับการติดตั้งอย่างถูกต้อง

7. ออนไลน์ฟรีที่ดีที่สุด VSWR Calculator ในปี 2021

https://www.microwaves101.com/calculators/872-vswr-calculator
http://rfcalculator.mobi/vswr-forward-reverse-power.html
https://www.everythingrf.com/rf-calculators/vswr-calculator
https://www.pasternack.com/t-calculator-vswr.aspx
https://www.antenna-theory.com/definitions/vswr-calculator.php
http://www.flexautomotive.net/flexcalc/VSWR2/VSWR.aspx
https://www.allaboutcircuits.com/tools/vswr-return-loss-calculator/
http://www.csgnetwork.com/vswrlosscalc.html
https://www.ahsystems.com/EMC-formulas-equations/VSWR.php
http://cgi.www.telestrian.co.uk/cgi-bin/www.telestrian.co.uk/vswr.pl
https://www.changpuak.ch/electronics/calc_14.php
https://chemandy.com/calculators/return-loss-and-mismatch-calculator.htm
https://www.atmmicrowave.com/calculator/vswr-calculator/
http://www.emtalk.com/vswr.php

▲กลับ▲

ร่วมกันดูแล!

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ