Ein vollständiger Leitfaden für VSWR von FMUSER [Aktualisiert 2022]

In der Antennentheorie wird VSWR mit Stehwellenverhältnis abgekürzt. 

VSWR ist ein Maß für den Stehwellenpegel auf einer Speiseleitung, es wird auch als Stehwellenverhältnis (SWR) bezeichnet. 

Wir wissen, dass die stehende Welle, die das Stehwellenverhältnis erklärt, ein so wichtiger Faktor ist, den Ingenieure bei der HF-technischen Forschung an Antennen berücksichtigen müssen.

Obwohl stehende Wellen und VSWR sehr wichtig sind, können die VSWR-Theorie und -Berechnungen oft den Blick auf das, was tatsächlich passiert, verdecken. Glücklicherweise ist es möglich, sich einen guten Überblick über das Thema zu verschaffen, ohne sich zu tief in die VSWR-Theorie zu vertiefen.

Aber was ist eigentlich VSWR und was bedeutet es für den Rundfunk? Dieser Blog ist der umfassendste Leitfaden zu VSWR, einschließlich dessen, was es ist, wie es funktioniert, und alles, was Sie über VSWR wissen müssen. 

Lass uns weiter forschen!

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1. Was ist VSWR? Grundlagen des Spannungs-Stehwellenverhältnisses

1) Über VSWR 

-VSWR-Definition

Was ist VSWR? Einfach ausgedrückt ist das VSWR definiert als das Verhältnis zwischen übertragenen und reflektierten stehenden Spannungswellen in a Hochfrequenz (RF) elektrisches Übertragungssystem. 

-Abkürzung für VSWR

VSWR wird abgekürzt von Spannung Stehwellenverhältnis, es wird manchmal als "viswar" ausgesprochen.

-Wie VSWR - so funktioniert es:

VSWR wird als Maß dafür betrachtet, wie effizient HF-Leistung übertragen wird – von der Stromquelle and geht dann durch eine Übertragungsleitung und schließlich geht in die Ladung.

-VSWR im Rundfunk

VSWR is Wird als Effizienzmaß für alles verwendet, was HF überträgt, darunter Übertragungsleitungen, elektrische Kabel und sogar das Signal in der Luft. Ein gängiges Beispiel ist ein Leistungsverstärker, der über eine Übertragungsleitung mit einer Antenne verbunden ist. Aus diesem Grund kann man das VSWR auch als das Verhältnis der maximalen zur minimalen Spannung auf einer verlustfreien Leitung betrachten.

2) Was sind die wichtigsten FFunktionen des VSWR?

VSWR sind in einer Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet, wie z Antenne, Telekom, Mikrowelle, Hochfrequenz (RF), Etc. 

Hier sind einige der wichtigsten Anwendungen mit Erklärung:

Anwendungen von VSWR	Hauptfunktionen von VSWR
Sendeantenne	Das Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ist ein Hinweis auf das Ausmaß der Nichtübereinstimmung zwischen einem antenna und die daran angeschlossene Zuleitung. Dies wird auch als Standing Wave Ratio (SWR) bezeichnet. Der Wertebereich für VSWR reicht von 1 bis ∞. Ein VSWR-Wert unter 2 wird für die meisten Antennenanwendungen als geeignet angesehen. Die Antenne kann als „gut übereinstimmend“ bezeichnet werden. Wenn also jemand sagt, dass die Antenne schlecht übereinstimmt, bedeutet dies sehr oft, dass der VSWR-Wert für eine interessierende Frequenz 2 überschreitet.
Telekommunikation	In der Telekommunikation ist das Stehwellenverhältnis (SWR) das Verhältnis der Amplitude einer partiellen Stehwelle an einem Gegenknoten (Maximum) zur Amplitude an einem benachbarten Knoten (Minimum) in einer elektrischen Übertragungsleitung.
Mikrowellengeschirr	Übliche Leistungsmessungen für Mikrowellenübertragungsleitungen und -schaltungen sind VSWR, Reflexionskoeffizient und zurückkehrenn Verlust, sowie Übertragungskoeffizient und Einfügungsdämpfung. Diese können alle unter Verwendung von Streuparametern ausgedrückt werden, die häufiger als S-Parameter bezeichnet werden.
RF	Das Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR) ist definiert als das Verhältnis zwischen gesendeten und reflektierten Spannungs-Stehwellen in einer elektrischen Hochfrequenzübertragung (RF) syshat. Es ist ein Maß dafür, wie effizient HF-Leistung von der Stromquelle über eine Übertragungsleitung in die Last übertragen wird

3) Erfahren Sie von Techniker Jimmy, wie man VSWR ausdrückt

Hier ist eine grundlegende vereinfachte HF-Wissensliste, die von unserem HF-Techniker Jimmy bereitgestellt wird. Lassen Sie uns lverdiene mehr About VSWR durch die folgenden Inhalt: 

- VSWR mit Spannung ausdrücken

Nach der Definition ist VSWR das Verhältnis der höchsten Spannung (der maximalen Amplitude der stehenden Welle) zur niedrigsten Spannung (der minimalen Amplitude der stehenden Welle) irgendwo zwischen Quelle und Last.

VSWR = | V (max) | / | V (min) |

V (max) = die maximale Amplitude der stehenden Welle
V (min) = die minimale Amplitude der stehenden Welle

- VSWR mit einer Impedanz ausdrücken

VSWR ist per Definition das Verhältnis von Lastimpedanz und Quellenimpedanz.

VSWR = ZL / Zo

ZL = die Lastimpedanz
Zo = die Quellenimpedanz

Was ist der ideale Wert eines VSWR?
Der Wert eines idealen VSWR ist 1: 1 oder kurz ausgedrückt als 1. In diesem Fall ist die reflektierte Leistung von der Last zur Quelle Null.

- Ausdruck des VSWR unter Verwendung von Reflexion und Vorwärtsleistung

Nach der Definition ist VSWR gleich

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

wo:

Pr = reflektierte Leistung
Pf = Vorwärtsleistung

3) Warum sollte ich mich um VSWR kümmern? Warum es wichtig ist?

Die Definition des VSWR bildet die Grundlage für alle VSWR-Berechnungen und -Formeln. 

In einer angeschlossenen Leitung kann eine Impedanzfehlanpassung zu Reflexionen führen, und genau so klingt es – eine Welle, die zurückprallt und in die falsche Richtung geht. 

Hauptgrund: Die gesamte Energie wird am Ende der Leitung reflektiert (z. B. durch einen offenen oder Kurzschluss), dann wird keine absorbiert, wodurch eine perfekte "stehende Welle" auf der Leitung entsteht. 

Das Ergebnis der gegenläufigen Wellen ist eine stehende Welle. Dies verringert die Leistung, die die Antenne empfängt und zum Senden verwenden kann. Es kann sogar einen Sender durchbrennen. 

Der Wert von VSWR gibt die von der Last an die Quelle reflektierte Leistung an. Es wird häufig verwendet, um zu beschreiben, wie viel Strom von der Quelle (normalerweise ein Hochfrequenzverstärker) über eine Übertragungsleitung (normalerweise ein Koaxialkabel) zur Last (normalerweise eine Antenne) verloren geht.

Dies ist eine schlechte Situation: Ihr Sender brennt aufgrund von zu hoher Energie ab.

In der Tat, wenn die abgestrahlte Leistung mit voller Stärke in den Sender zurückkehrt, wird die Elektronik dort normalerweise durchbrennen.

Es ist schwer zu verstehen? Hier ist ein Beispiel, das Ihnen helfen könnte:

Ein Meereswellenzug, der zum Ufer fährt, trägt Energie zum Strand. Wenn es auf einen flach abfallenden Strand aufläuft, wird die gesamte Energie absorbiert, und es gibt keine Wellen, die vor der Küste zurücklaufen. 

Wenn anstelle eines abfallenden Strandes eine vertikale Ufermauer vorhanden ist, wird der einfallende Wellenzug vollständig reflektiert, sodass keine Energie in der Mauer absorbiert wird. 

Die Interferenz zwischen den ankommenden und ausgehenden Wellen erzeugt in diesem Fall eine "stehende Welle", die nicht so aussieht, als würde sie sich überhaupt fortbewegen. Die Spitzen bleiben in den gleichen räumlichen Positionen und gehen einfach auf und ab.

Das gleiche Phänomen tritt bei einer Funk- oder Radarübertragungsleitung auf. 

In diesem Fall möchten wir, dass sich die Wellen auf der Leitung (sowohl Spannung als auch Strom) in eine Richtung bewegen und ihre Energie in die gewünschte Last abgeben, die in diesem Fall eine Antenne sein kann, wo sie abgestrahlt werden soll. 

Wenn die gesamte Energie am Ende der Leitung reflektiert wird (z. B. durch einen offenen oder einen Kurzschluss), wird keine absorbiert, wodurch eine perfekte "stehende Welle" auf der Leitung erzeugt wird. 

Es braucht keine Unterbrechung oder einen Kurzschluss, um eine reflektierte Welle zu verursachen. Alles, was es braucht, ist eine Impedanzabweichung zwischen der Leitung und der Last. 

Wenn die reflektierte Welle nicht so stark ist wie die Vorwärtswelle, dann wird ein gewisses "stehendes Wellenmuster" beobachtet, aber die Nullstellen sind nicht so tief und die Spitzen nicht so hoch wie bei einer perfekten Reflexion (oder einer vollständigen Fehlanpassung).

2. Was ist SWR?

1) SWR Definition

Laut Wikipedia ist das Stehwellenverhältnis (SWR) definiert als:

'' Ein Maß für die Impedanzanpassung von Lasten an die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung oder eines Wellenleiters in der Funktechnik und Telekommunikation. SWR ist somit das Verhältnis zwischen gesendeten und reflektierten Wellen oder das Verhältnis zwischen der Amplitude einer stehenden Welle bei ihrem Maximum und der Amplitude bei dem Minimum. SWR wird normalerweise als Spannungsverhältnis definiert, das als VSWR bezeichnet wird. “

Ein hohes SWR weist auf eine schlechte Übertragungsleitungseffizienz und reflektierte Energie hin, die den Sender beschädigen und die Sendereffizienz verringern können. 

Da sich das SWR üblicherweise auf das Spannungsverhältnis bezieht, wird es normalerweise als Stehwellenverhältnis der Spannung (VSWR) bezeichnet.

2) Wie wirkt sich VSWR auf die Leistung eines Sendersystems aus? 

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie sich VSWR auf die Leistung eines Sendersystems oder eines Systems auswirkt, das HF und angepasste Impedanzen verwendet.

Obwohl der Begriff VSWR normalerweise verwendet wird, können sowohl die stehenden Spannungs- als auch die aktuellen Wellen Probleme verursachen. Einige der Auswirkungen sind nachstehend aufgeführt:

-Senderleistungsverstärker können beschädigt werden

Die erhöhten Spannungs- und Strompegel, die aufgrund der stehenden Wellen am Abzweig auftreten, können die Ausgangstransistoren des Senders beschädigen. Halbleiterbauelemente sind sehr zuverlässig, wenn sie innerhalb der angegebenen Grenzen betrieben werden. Die auf dem Abzweig stehenden Spannungs- und Stromwellen können jedoch katastrophale Schäden verursachen, wenn das Gerät außerhalb seiner Grenzen betrieben wird.

-PA-Schutz reduziert die Ausgangsleistung

Angesichts der sehr realen Gefahr, dass hohe SWR-Werte den Leistungsverstärker beschädigen, enthalten viele Sender eine Schutzschaltung, die die Leistung des Senders bei steigendem SWR verringert. Dies bedeutet, dass eine schlechte Übereinstimmung zwischen der Einspeisung und der Antenne zu einem hohen SWR führt, was zu einer Verringerung der Leistung und damit zu einem erheblichen Verlust an Sendeleistung führt.

- Hohe Spannungs- und Stromstärken können den Feeder beschädigen

Es ist möglich, dass die hohen Spannungs- und Strompegel, die durch das hohe Stehwellenverhältnis verursacht werden, eine Einspeisung beschädigen können. Obwohl in den meisten Fällen Abzweige innerhalb ihrer Grenzen gut betrieben werden und die Verdoppelung von Spannung und Strom berücksichtigt werden sollte, kann es unter bestimmten Umständen zu Schäden kommen. Die Strommaxima können eine übermäßige lokale Erwärmung verursachen, die die verwendeten Kunststoffe verzerren oder schmelzen kann, und es ist bekannt, dass die hohen Spannungen unter bestimmten Umständen Lichtbögen verursachen.

-Verzögerungen durch Reflexionen können zu Verzerrungen führen:   

Wenn ein Signal durch Fehlanpassung reflektiert wird, wird es zur Quelle zurückreflektiert und kann dann erneut zur Antenne zurückreflektiert werden. 

Es wird eine Verzögerung eingefügt, die der doppelten Übertragungszeit des Signals entlang der Zuleitung entspricht. 

Wenn Daten übertragen werden, kann dies zu Intersymbol-Interferenzen führen, und in einem anderen Beispiel, bei dem analoges Fernsehen übertragen wurde, wurde ein „Geisterbild“ gesehen.

Interessanterweise ist der Verlust des Signalpegels, der durch ein schlechtes VSWR verursacht wird, nicht annähernd so groß, wie manche vielleicht annehmen. 

Jedes Signal, das von der Last reflektiert wird, wird zum Sender zurückreflektiert, und da die Anpassung am Sender ermöglichen kann, dass das Signal wieder zurück zur Antenne reflektiert wird, sind die auftretenden Verluste im Wesentlichen diejenigen, die von der Speiseleitung eingeführt werden. 

Es gibt noch andere wichtige Punkte, die bei der Antenneneffizienz gemessen werden müssen: der Reflexionskoeffizient, die Fehlanpassungsdämpfung und die Rückflussdämpfung, um nur einige zu nennen. VSWR ist nicht das A und O der Antennentheorie, aber es ist wichtig.

3) VSWR gegen SWR gegen PSWR gegen ISWR

Die Begriffe VSWR und SWR werden häufig in der Literatur zu stehenden Wellen in HF-Systemen verwendet, und viele fragen nach dem Unterschied.

-VSWR

Das VSWR oder Spannungsstehwellenverhältnis gilt speziell für die Spannungsstehwellen, die auf einer Speise- oder Übertragungsleitung aufgebaut werden. 

Da es einfacher ist, stehende Wellen der Spannung zu erkennen, und in vielen Fällen Spannungen in Bezug auf Geräteausfälle wichtiger sind, wird häufig der Begriff VSWR verwendet, insbesondere in Bereichen des HF-Designs.

-SWR

SWR steht für Stehwellenverhältnis. Sie können es als mathematischen Ausdruck der Ungleichmäßigkeit eines elektromagnetischen Felds (EM-Feld) auf einer Übertragungsleitung wie einem Koaxialkabel sehen. 

Normalerweise wird das SWR als das Verhältnis der maximalen Hochfrequenzspannung (HF) zur minimalen HF-Spannung entlang der Leitung definiert. Das Stehwellenverhältnis (SWR) hat drei Merkmale:

SWR hat folgende Eigenschaften:

● Es beschreibt die stehenden Spannungs- und Stromwellen, die auf der Leitung auftreten. 

● Es ist eine allgemeine Beschreibung für stehende Wellen mit Strom und Spannung. 

● Es wird häufig in Verbindung mit Messgeräten verwendet, mit denen das Stehwellenverhältnis erfasst wird. 

HINWEIS: Sowohl Strom als auch Spannung steigen und fallen für eine gegebene Nichtübereinstimmung um den gleichen Anteil.

Ein hohes SWR zeigt einen schlechten Wirkungsgrad der Übertragungsleitung und reflektierte Energie an, was den Sender beschädigen und den Wirkungsgrad des Senders verringern kann. Da sich SWR üblicherweise auf das Spannungsverhältnis bezieht, wird es üblicherweise als Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR) bezeichnet.

● PSWR (Power Standing Wave Ratio):

Der Begriff Power Standing Wave Ratio, der auch manchmal vorkommt, wird nur als Quadrat des VSWR definiert. Dies ist jedoch ein völliger Irrtum, da die Vorwärts- und die reflektierte Leistung konstant sind (unter der Annahme, dass keine Einspeisungsverluste auftreten) und die Leistung nicht auf die gleiche Weise ansteigt und abfällt wie die stehenden Wellenformen für Spannung und Strom, die die Summe sowohl der vorwärts gerichteten als auch der reflektierten Elemente darstellen.

● ISWR (Current Standing Wave Ratio):

Das SWR kann auch als das Verhältnis des maximalen HF-Stroms zum minimalen HF-Strom auf der Leitung definiert werden (aktuelles Stehwellenverhältnis oder ISWR). Für die meisten praktischen Zwecke ist ISWR dasselbe wie VSWR.

Nach dem Verständnis einiger Leute von SWR und VSWR in ihrer Grundform ist dies ein perfektes 1: 1. SWR bedeutet, dass die gesamte Leistung, die Sie an die Leitung anschließen, aus der Antenne gedrückt wird. Wenn das SWR nicht 1: 1 ist, geben Sie mehr Leistung ab als erforderlich, und ein Teil dieser Leistung wird dann in Richtung Ihres Senders zurück reflektiert und verursacht dann eine Kollision, die dazu führen würde, dass Ihr Signal nicht so sauber und sauber ist klar.

Aber was ist der Unterschied zwischen VSWR und SWR? SWR (Standing Wave Ratio) ist ein Konzept, dh das Standing Wave Ratio. VSWR ist eigentlich die Art und Weise, wie Sie die Messung durchführen, indem Sie die Spannungen messen, um das SWR zu bestimmen. Sie können das SWR auch messen, indem Sie die Ströme oder sogar die Leistung (ISWR und PSWR) messen. Aber für die meisten Absichten und Zwecke, wenn jemand SWR sagt, meint er VSWR, sind sie im allgemeinen Gespräch austauschbar.

Sie scheinen die Idee zu begreifen, dass dies mit dem Verhältnis zwischen der Vorwärtsleistung der Antenne und der Rückreflexion der Antenne und der (in den meisten Fällen) Abgabe der Leistung an die Antenne zusammenhängt. Die Aussagen "Sie verbrauchen mehr Strom als benötigt" und "Verursacht dann eine Kollision, die dazu führen würde, dass Ihr Signal nicht so sauber ist" sind jedoch falsch

VSWR vs. reflektierte Leistung

Bei höherem SWR wird ein Teil oder ein Großteil der Leistung einfach zum Sender zurückreflektiert. Es hat nichts mit einem sauberen Signal zu tun und alles, was mit dem Schutz Ihres Senders vor Durchbrennen und SWR zu tun hat, ist unabhängig von der Menge an Leistung, die Sie abpumpen. Es bedeutet einfach, dass das Antennensystem bei der Frequenz nicht so effizient ist wie ein Strahler. Wenn Sie versuchen, mit einer Frequenz zu senden, möchten Sie natürlich, dass Ihre Antenne das niedrigstmögliche SWR aufweist (normalerweise ist weniger als 2: 1 in den unteren Bändern nicht so schlecht und 1.5: 1 in den höheren Bändern gut). Viele Multiband-Antennen können jedoch auf einigen Bändern 10: 1 sein, und Sie können feststellen, dass Sie in der Lage sind, akzeptabel zu arbeiten.

4) VSWR und Systemeffizienz
In einem idealen System werden 100% der Energie von den Leistungsstufen auf die Last übertragen. Dies erfordert eine genaue Übereinstimmung zwischen der Quellenimpedanz (der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung und aller ihrer Anschlüsse) und der Lastimpedanz. Die Wechselspannung des Signals ist von Ende zu Ende gleich, da sie störungsfrei durchläuft.

VSWR vs.% reflektierte Leistung

In einem realen System führen nicht übereinstimmende Impedanzen dazu, dass ein Teil der Leistung zur Quelle zurückreflektiert wird (wie ein Echo). Diese Reflexionen verursachen konstruktive und destruktive Interferenzen, die zu Spannungsspitzen und -tälern führen, die sich mit der Zeit und der Entfernung entlang der Übertragungsleitung ändern. VSWR quantifiziert diese Spannungsabweichungen, daher ist eine andere häufig verwendete Definition für das Spannungs-Stehwellenverhältnis das Verhältnis der höchsten Spannung zur niedrigsten Spannung an jedem Punkt der Übertragungsleitung.

Für ein ideales System variiert die Spannung nicht. Daher beträgt sein VSWR 1.0 (oder üblicherweise ausgedrückt als Verhältnis von 1: 1). Wenn Reflexionen auftreten, variieren die Spannungen und das VSWR ist höher, beispielsweise 1.2 (oder 1.2: 1). Ein erhöhtes VSWR korreliert mit einer verringerten Effizienz der Übertragungsleitung (und damit des gesamten Senders).

Die Effizienz von Übertragungsleitungen erhöht sich um:
1. Erhöhung der Spannung und des Leistungsfaktors
2. Erhöhen der Spannung und Verringern des Leistungsfaktors
3. Verringern der Spannung und des Leistungsfaktors
4. Verringern der Spannung und Erhöhen des Leistungsfaktors

Es gibt vier Größen, die die Wirksamkeit der Leistungsübertragung von einer Leitung zu einer Last oder Antenne beschreiben: das VSWR, den Reflexionskoeffizienten, den Fehlanpassungsverlust und den Rückflussverlust. 

Um ein Gefühl für ihre Bedeutung zu bekommen, zeigen wir sie zunächst grafisch in der nächsten Abbildung. Drei Bedingungen: 

● Die an eine angepasste Last angeschlossenen Leitungen;
● Die an eine kurze Monopolantenne angeschlossenen Leitungen, die nicht angepasst sind (die Antenneneingangsimpedanz beträgt 20 - j80 Ohm, verglichen mit der Übertragungsleitungsimpedanz von 50 Ohm).
● Die Leitung ist an dem Ende offen, an dem die Antenne hätte angeschlossen werden sollen.

Grüne Kurve - Stehende Welle auf einer 50-Ohm-Leitung mit angepasster 50-Ohm-Last am Ende

Mit seinen Parametern und seinem numerischen Wert wie folgt:

Parameter	Numerischer Wert
Lastimpedanz	50 Ohm
Reflexionsfaktor	0
VSWR	1
Mismatch-Verlust	0 dB
Rückflussdämpfung	- ∞ dB
Hinweis: [Dies ist perfekt; keine stehende Welle; Alle Energie geht in Antenne / Last]

Blaue Kurve - Stehende Welle auf 50-Ohm-Leitung in kurze Monopolantenne

Mit seinen Parametern und seinem numerischen Wert wie folgt:

Parameter	Numerischer Wert
Lastimpedanz	20 - j80 Ohm
Reflexionsfaktor	0.3805 - j0.7080
Absolutwert des Reflexionskoeffizienten	0.8038
VSWR	9.2
Mismatch-Verlust	- 4.5 dB
Rückflussdämpfung	-1.9 DB
Hinweis: [Das ist nicht zu gut; Die Stromzufuhr zur Last oder Antenne ist um –4.5 dB niedriger als die verfügbare Downline-Leistung.]

Rote Kurve - Stehende Welle online mit offenem Stromkreis am linken Ende (Antennenanschlüsse)

Mit seinen Parametern und seinem numerischen Wert wie folgt:

Parameter	Numerischer Wert
Lastimpedanz	∞
Reflexionsfaktor	1
VSWR	∞
Mismatch-Verlust	- 0 dB
Rückflussdämpfung	0 dB
Hinweis: [Dies ist sehr schlecht: Es wird keine Leistung über das Zeilenende übertragen.]

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3. Wichtige Parameterindikatoren des SWR

1) Übertragungsleitungen und SWR

Jeder Leiter, der Wechselstrom führt, kann als Übertragungsleitung behandelt werden, z. B. die Freileitungsriesen, die den Wechselstrom über die Landschaft verteilen. Das Einbeziehen aller verschiedenen Formen von Übertragungsleitungen würde den Rahmen dieses Artikels erheblich sprengen. Daher beschränken wir die Diskussion auf Frequenzen von etwa 1 MHz bis 1 GHz und auf zwei gängige Leitungstypen: Koaxial (oder „Koax“). und Parallelleiter (auch bekannt als Open-Wire, Fensterleitung, Leiterleitung oder Doppelleitung, wie wir es nennen werden), wie in Abbildung 1 gezeigt.

Erklärung: Das Koaxialkabel (A) besteht aus einem festen oder verseilten Mittelleiter, der von einem isolierenden Kunststoff- oder Luftdielektrikum umgeben ist, und einer rohrförmigen Abschirmung, die entweder aus massivem oder gewebtem Drahtgeflecht besteht. Ein Kunststoffmantel umgibt die Abschirmung, um die Leiter zu schützen. Die Doppelleitung (B) besteht aus einem Paar paralleler fester oder verseilter Drähte. Die Drähte werden entweder durch geformten Kunststoff (Fensterleitung, Doppelleitung) oder durch Keramik- oder Kunststoffisolatoren (Leiterleitung) an Ort und Stelle gehalten.

Strom fließt entlang der Oberfläche der Leiter (siehe Seitenleiste unter „Hauteffekt“) in entgegengesetzte Richtungen. Überraschenderweise fließt die entlang der Leitung fließende HF-Energie nicht wirklich in den Leitern, in denen der Strom fließt. Es bewegt sich als elektromagnetische (EM) Welle im Raum zwischen und um die Leiter. 

Abbildung 1 zeigt, wo sich das Feld sowohl im Koax- als auch im Doppelkabel befindet. Für Koax ist das Feld vollständig im Dielektrikum zwischen dem Mittelleiter und der Abschirmung enthalten. Bei Doppelleitungen ist das Feld um und zwischen den Leitern am stärksten, aber ohne eine umgebende Abschirmung erstreckt sich ein Teil des Feldes in den Raum um die Leitung.

Aus diesem Grund ist Koax so beliebt - es erlaubt nicht, dass die Signale im Inneren mit Signalen und Leitern außerhalb der Leitung interagieren. Twin-Lead hingegen muss von anderen Zuleitungen und jeder Art von Metalloberfläche ferngehalten werden (einige Leitungsbreiten sind ausreichend). Warum Doppelkabel verwenden? Es hat im Allgemeinen geringere Verluste als Koaxialkabel und ist daher eine bessere Wahl, wenn der Signalverlust eine wichtige Rolle spielt.

Übertragungsleitungs-Tutorial für Anfänger (Quelle: AT & T)

Was ist Hauteffekt?

Oberhalb von etwa 1 kHz fließen Wechselströme in einer zunehmend dünneren Schicht entlang der Leiteroberfläche. Dies ist das Hauteffekt. Dies tritt auf, weil Wirbelströme im Inneren des Leiters Magnetfelder erzeugen, die Strom zur Außenfläche des Leiters drücken. Bei 1 MHz in Kupfer ist der größte Teil des Stroms auf die äußeren 0.1 mm des Leiters beschränkt, und bei 1 GHz wird der Strom in eine nur wenige um dicke Schicht gepresst.

2) Reflexions- und Transmissionskoeffizienten

Der Reflexionskoeffizient ist der Bruchteil eines einfallenden Signals, das von einer Nichtübereinstimmung reflektiert wird. Der Reflexionskoeffizient wird entweder als ρ oder Γ ausgedrückt, aber diese Symbole können auch zur Darstellung von VSWR verwendet werden. Es steht in direktem Zusammenhang mit dem VSWR von

 | Γ | = (VSWR - 1) / (VSWR + 1) (A)

Dies ist der Bruchteil eines Signals, der von der Lastimpedanz reflektiert wird und manchmal als Prozentsatz ausgedrückt wird.

Für eine perfekte Übereinstimmung wird kein Signal von der Last reflektiert (dh es wird vollständig absorbiert), sodass der Reflexionskoeffizient Null ist. 

Bei einer Unterbrechung oder einem Kurzschluss wird das gesamte Signal zurückreflektiert, sodass der Reflexionskoeffizient in beiden Fällen 1 beträgt. Beachten Sie, dass sich diese Diskussion nur mit der Größe des Reflexionskoeffizienten befasst.  

Γ ist auch ein Phasenwinkel zugeordnet, der zwischen einem Kurzschluss und einem offenen Stromkreis sowie allen dazwischen liegenden Zuständen unterscheidet. 

Beispielsweise führt die Reflexion von einem offenen Stromkreis zu einem Phasenwinkel von 0 Grad zwischen der einfallenden und der reflektierten Welle, was bedeutet, dass sich das reflektierte Signal in Phase mit dem eingehenden Signal am Ort des offenen Stromkreises addiert; dh die Amplitude der stehenden Welle ist doppelt so groß wie die der ankommenden Welle. 

Im Gegensatz dazu führt ein Kurzschluss zu einem Phasenwinkel von 180 Grad zwischen dem einfallenden und dem reflektierten Signal, was bedeutet, dass das reflektierte Signal in der Phase dem eingehenden Signal entgegengesetzt ist, so dass ihre Amplituden subtrahieren, was zu Null führt. Dies ist in den 1a und b zu sehen.

Wenn der Reflexionskoeffizient der Bruchteil eines einfallenden Signals ist, der von einer Impedanzfehlanpassung in einer Schaltung oder Übertragungsleitung zurückreflektiert wird, ist der Übertragungskoeffizient der Bruchteil des einfallenden Signals, der am Ausgang erscheint. 

Es ist eine Funktion des reflektierten Signals sowie der Wechselwirkungen zwischen internen Schaltkreisen. Es hat auch eine entsprechende Amplitude und Phase.

3) Was ist Return Loss und Insertion Loss?

Die Rückflussdämpfung ist das Verhältnis des Leistungspegels des reflektierten Signals zum Leistungspegel des Eingangssignals, ausgedrückt in Dezibel (dB), d. H.

RL (dB) = 10 log10 Pi / Pr (B)

Abbildung 2. Rückflussdämpfung und Einfügungsdämpfung in einer verlustfreien Schaltung oder Übertragungsleitung.

In Fig. 2 wird ein 0-dBm-Signal Pi an die Übertragungsleitung angelegt. Die reflektierte Leistung Pr wird als –10 dBm angezeigt und die Rückflussdämpfung beträgt 10 dB. Je höher der Wert, desto besser die Übereinstimmung, dh für eine perfekte Übereinstimmung beträgt der Rückflussverlust im Idealfall ∞, aber ein Rückflussverlust von 35 bis 45 dB wird normalerweise als gute Übereinstimmung angesehen. In ähnlicher Weise wird für einen offenen Stromkreis oder einen Kurzschluss die einfallende Leistung zurückreflektiert. Die Rückflussdämpfung für diese Fälle beträgt 0 dB.

Der Einfügungsverlust ist das Verhältnis des Leistungspegels des übertragenen Signals zum Leistungspegel des Eingangssignals, ausgedrückt in Dezibel (dB), dh

IL (dB) = 10 log10 Pi / Pt (C)

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

In Abbildung 2 bedeutet Pr von -10 dBm, dass 10 Prozent der einfallenden Leistung reflektiert werden. Wenn die Schaltung oder Übertragungsleitung verlustfrei ist, werden 90 Prozent der einfallenden Leistung übertragen. Die Einfügungsdämpfung beträgt daher ungefähr 0.5 dB, was zu einer Sendeleistung von -0.5 dBm führt. Wenn es interne Verluste gäbe, wäre der Einfügungsverlust größer.

4) Was sind S-Parameter?

Zahl. S-Parameter-Darstellung einer Zwei-Port-Mikrowellenschaltung.

Mithilfe von S-Parametern kann die HF-Leistung einer Schaltung vollständig charakterisiert werden, ohne dass ihre interne Zusammensetzung bekannt sein muss. Für diese Zwecke wird die Schaltung üblicherweise als "Black Box" bezeichnet. Interne Komponenten können aktiv (dh Verstärker) oder passiv sein. Die einzigen Bedingungen sind, dass die S-Parameter für alle interessierenden Frequenzen und Bedingungen (z. B. Temperatur, Verstärkervorspannung) bestimmt werden und dass die Schaltung linear ist (dh ihr Ausgang ist direkt proportional zu ihrem Eingang). Fig. 3 ist eine Darstellung einer einfachen Mikrowellenschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang (als Ports bezeichnet). Jeder Port hat ein einfallendes Signal (a) und ein reflektiertes Signal (b). Wenn man die S-Parameter (dh S11, S21, S12, S22) dieser Schaltung kennt, kann man ihre Auswirkung auf jedes System bestimmen, in dem sie installiert ist.

S-Parameter werden durch Messung unter kontrollierten Bedingungen bestimmt. Unter Verwendung eines speziellen Testgeräts, das als Netzwerkanalysator bezeichnet wird, wird ein Signal (a1) in Port 1 eingegeben, wobei Port 2 in einem System mit einer gesteuerten Impedanz (typischerweise 50 Ohm) abgeschlossen wird. Der Analysator misst und zeichnet gleichzeitig a1, b1 und b2 auf (a2 = 0). Der Prozess wird dann umgekehrt, dh mit einem an Port 2 eingegebenen Signal (a2) misst der Analysator a2, b2 und b1 (a1 = 0). In seiner einfachsten Form misst der Netzwerkanalysator nur die Amplituden dieser Signale. Dies wird als skalarer Netzwerkanalysator bezeichnet und reicht zur Bestimmung von Größen wie VSWR, RL und IL aus. Für eine vollständige Schaltungscharakterisierung wird jedoch auch eine Phase benötigt, die die Verwendung eines Vektornetzwerkanalysators erfordert. Die S-Parameter werden durch folgende Beziehungen bestimmt:

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

S11 und S22 sind die Reflexionskoeffizienten des Eingangs- und Ausgangsports der Schaltung; während S21 und S12 die Vorwärts- und Rückwärtsübertragungskoeffizienten der Schaltung sind. RL wird durch die Beziehungen mit den Reflexionskoeffizienten in Beziehung gesetzt

RLPort 1 (dB) = -20 log10 | S11 | und RLPort 2 (dB) = -20 log10 | S22 | (E)

IL hängt durch die Beziehungen mit den Übertragungskoeffizienten der Schaltkreise zusammen

ILvon Port 1 bis Port 2 (dB) = -20 log10 | S21 | und IL von Port 2 zu Port 1 (dB) = -20 log10 | S12 | (F)

Diese Darstellung kann auf Mikrowellenschaltungen mit einer beliebigen Anzahl von Anschlüssen erweitert werden. Die Anzahl der S-Parameter steigt um das Quadrat der Anzahl der Ports, sodass die Mathematik komplexer wird, aber mit der Matrixalgebra verwaltet werden kann.

5) Was ist Impedanzanpassung?

Die Impedanz ist ein Widerstand, dem elektrische Energie ausgesetzt ist, wenn sie sich von ihrer Quelle entfernt.  

Durch die Synchronisierung von Last und Quellenimpedanz wird der Effekt aufgehoben, der zu einer maximalen Leistungsübertragung führt. 

Dies ist als Theorem der maximalen Leistungsübertragung bekannt: Das Theorem der maximalen Leistungsübertragung ist bei Hochfrequenzübertragungsanordnungen und insbesondere beim Aufbau von HF-Antennen von entscheidender Bedeutung.

Die Impedanzanpassung ist entscheidend für das effiziente Funktionieren von HF-Konfigurationen, bei denen Sie Spannung und Leistung optimal bewegen möchten. Beim HF-Design maximiert die Anpassung der Quellen- und Lastimpedanzen die Übertragung der HF-Leistung. Antennen erhalten eine maximale oder optimale Leistungsübertragung, wenn ihre Impedanz an die Ausgangsimpedanz der Übertragungsquelle angepasst ist.

Eine Impedanz von 50 Ohm ist der Standard für den Entwurf der meisten HF-Systeme und -Komponenten. Das Koaxialkabel, das die Konnektivität in einer Reihe von HF-Anwendungen untermauert, hat eine typische Impedanz von 50 Ohm. In den 1920er Jahren durchgeführte HF-Untersuchungen ergaben, dass die optimale Impedanz für die Übertragung von HF-Signalen je nach Spannungs- und Leistungsübertragung zwischen 30 und 60 Ohm liegt. Eine relativ standardisierte Impedanz ermöglicht die Anpassung zwischen Kabeln und Komponenten wie WLAN- oder Bluetooth-Antennen. Leiterplatten und Dämpfungsglieder. Einige wichtige Antennentypen haben eine Impedanz von 50 Ohm, einschließlich ZigBee GSM GPS und LoRa

Reflexionskoeffizient - Quelle: Wikipedia

Eine Fehlanpassung der Impedanz führt zu Spannungs- und Stromreflexionen. In HF-Konfigurationen bedeutet dies, dass die Signalleistung zurück zu ihrer Quelle reflektiert wird, wobei der Anteil dem Grad der Nichtübereinstimmung entspricht. Dies kann unter Verwendung des Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) charakterisiert werden, das ein Maß für die Effizienz der Übertragung von HF-Leistung von seiner Quelle in eine Last wie eine Antenne ist.

Eine Nichtübereinstimmung zwischen Quellen- und Lastimpedanzen, beispielsweise einer 75-Ohm-Antenne und einer 50-Ohm-Koaxialverkabelung, kann mithilfe einer Reihe von Impedanzanpassungsvorrichtungen wie in Reihe geschalteten Widerständen, Transformatoren, oberflächenmontierten Impedanzanpassungspads oder Antennentunern überwunden werden.

In der Elektronik umfasst die Impedanzanpassung das Erstellen oder Ändern einer Schaltung oder einer elektronischen Anwendung oder Komponente, die so eingerichtet ist, dass die Impedanz der elektrischen Last mit der Impedanz der Strom- oder Ansteuerquelle übereinstimmt. Die Schaltung ist so konstruiert oder getrieben, dass die Impedanzen gleich erscheinen.

Bei der Betrachtung von Systemen mit Übertragungsleitungen ist zu beachten, dass alle Quellen, Übertragungsleitungen / Abzweige und Lasten eine charakteristische Impedanz haben. 50Ω ist ein sehr verbreiteter Standard für HF-Anwendungen, obwohl in einigen Systemen gelegentlich andere Impedanzen auftreten können.

Um die maximale Leistungsübertragung von der Quelle zur Übertragungsleitung oder von der Übertragungsleitung zur Last zu erhalten, sei es ein Widerstand, ein Eingang zu einem anderen System oder eine Antenne, müssen die Impedanzpegel übereinstimmen.

Mit anderen Worten, für ein 50Ω-System muss die Quelle oder der Signalgenerator eine Quellenimpedanz von 50Ω haben, die Übertragungsleitung muss 50Ω sein und die Last muss es auch sein.

Probleme treten auf, wenn Strom in die Übertragungsleitung oder den Abzweig übertragen wird und in Richtung der Last fließt. Liegt eine Fehlanpassung vor, dh die Lastimpedanz stimmt nicht mit der der Übertragungsleitung überein, kann nicht die gesamte Leistung übertragen werden.

Da die Energie nicht verschwinden kann, muss die Energie, die nicht in die Last übertragen wird, irgendwohin und dorthin zurückfließen, und zwar entlang der Übertragungsleitung zurück zur Quelle.

In diesem Fall addieren oder subtrahieren sich die Spannungen und Ströme der vorwärts gerichteten und der reflektierten Welle in der Speiseleitung an verschiedenen Punkten entlang der Speiseleitung entsprechend den Phasen. Auf diese Weise werden stehende Wellen aufgebaut.

Die Art und Weise, in der der Effekt auftritt, kann mit einem Stück Seil demonstriert werden. Wenn ein Ende frei bleibt und das andere nach oben und unten bewegt wird, kann man sehen, dass sich die Wellenbewegung entlang des Seils nach unten bewegt. Wenn jedoch ein Ende fixiert ist, entsteht eine stehende Wellenbewegung, und es sind Punkte minimaler und maximaler Vibration zu sehen.

Wenn der Lastwiderstand niedriger ist als die Impedanz der Einspeisung, werden Spannungs- und Stromstärken eingestellt. Hier ist der Gesamtstrom am Lastpunkt höher als der der perfekt angepassten Leitung, während die Spannung geringer ist.

Die Werte für Strom und Spannung entlang des Abzweigs variieren entlang des Abzweigs. Bei kleinen Werten der reflektierten Leistung ist die Wellenform fast sinusförmig, bei größeren Werten ähnelt sie eher einer gleichgerichteten Vollwellen-Sinuswelle. Diese Wellenform besteht aus Spannung und Strom aus der Durchlassleistung plus Spannung und Strom aus der reflektierten Leistung.

In einem Abstand von einem Viertel einer Wellenlänge von der Last erreichen die kombinierten Spannungen einen Maximalwert, während der Strom minimal ist. In einem Abstand von einer halben Wellenlänge von der Last sind Spannung und Strom dieselben wie an der Last.

Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn der Lastwiderstand größer als die Einspeisungsimpedanz ist, jedoch ist diesmal die Gesamtspannung an der Last höher als der Wert der perfekt angepassten Leitung. Die Spannung erreicht ein Minimum in einem Abstand von einer Viertelwellenlänge von der Last und der Strom ist maximal. In einem Abstand von einer halben Wellenlänge von der Last sind Spannung und Strom jedoch gleich wie an der Last.

Wenn dann ein offener Stromkreis am Ende der Leitung liegt, ist das Stehwellenmuster für die Einspeisung ähnlich dem des Kurzschlusses, wobei jedoch die Spannungs- und Strommuster umgekehrt sind.

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6) Was ist reflektierte Energie?
Wenn eine übertragene Welle eine Grenze wie die zwischen der verlustfreien Übertragungsleitung und der Last trifft (siehe Abbildung 1 unten), wird ein Teil der Energie an die Last übertragen und ein Teil reflektiert. Der Reflexionskoeffizient bezieht die ankommenden und reflektierten Wellen wie folgt auf:

Γ = V- / V + (Gleichung 1)

Wobei V- die reflektierte Welle und V + die ankommende Welle ist. VSWR hängt mit der Größe des Spannungsreflexionskoeffizienten (Γ) zusammen durch:

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

Das VSWR kann direkt mit einem SWR-Messgerät gemessen werden. Ein HF-Testinstrument wie ein Vektornetzwerkanalysator (VNA) kann verwendet werden, um die Reflexionskoeffizienten des Eingangsports (S11) und des Ausgangsports (S22) zu messen. S11 und S22 entsprechen Γ am Eingangs- bzw. Ausgangsport. Die VNAs mit mathematischen Modi können den resultierenden VSWR-Wert auch direkt berechnen und anzeigen.

Die Rückflussdämpfung an den Eingangs- und Ausgangsports kann aus dem Reflexionskoeffizienten S11 oder S22 wie folgt berechnet werden:

RLIN = 20log10 | S11 | dB (Gleichung 3)

VKE = 20log10 | S22 | dB (Gleichung 4)

Der Reflexionskoeffizient berechnet sich aus der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung und der Lastimpedanz wie folgt:

Γ = (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) (Gleichung 5)

Dabei ist ZL die Lastimpedanz und ZO die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung (Abbildung 1).

VSWR kann auch in ZL und ZO ausgedrückt werden. Durch Einsetzen der Gleichung 5 in die Gleichung 2 erhalten wir:

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

Für ZL> ZO gilt | ZL - ZO | = ZL - ZO

Deshalb:

VSWR = (ZL + ZO + ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO - ZL + ZO) = ZL / ZO. (Gleichung 6)
Für ZL <ZO gilt | ZL - ZO | = ZO - ZL

Deshalb:

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

Wir haben oben festgestellt, dass VSWR eine Spezifikation ist, die in Verhältnisform relativ zu 1 angegeben ist, als Beispiel 1.5: 1. Es gibt zwei Sonderfälle für VSWR: 1 und 1: 1. Ein Verhältnis von unendlich zu eins tritt auf, wenn die Last ein offener Stromkreis ist. Ein Verhältnis von 1: 1 tritt auf, wenn die Last perfekt an die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung angepasst ist.

VSWR wird aus der stehenden Welle definiert, die auf der Übertragungsleitung selbst entsteht durch:

VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Gleichung 8)

Wobei VMAX die maximale Amplitude und VMIN die minimale Amplitude der stehenden Welle ist. Bei zwei überlagerten Wellen tritt das Maximum bei konstruktiver Interferenz zwischen der ankommenden und der reflektierten Welle auf. Somit:

VMAX = V + + V- (Gleichung 9)

für maximale konstruktive Interferenz. Die minimale Amplitude tritt bei dekonstruktiven Interferenzen auf oder:

VMIN = V + - V- (Gleichung 10)

Das Einsetzen der Gleichungen 9 und 10 in die Gleichung 8 ergibt


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

Ersetzen Sie die Gleichung 1 durch die Gleichung 11, so erhalten wir:

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

Gleichung 12 ist Gleichung 2, die am Anfang dieses Artikels angegeben ist.

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4. VSWR-Rechner: Wie berechnet man den VSWR? 

Impedanzfehlanpassungen führen zu stehenden Wellen entlang der Übertragungsleitung, und das SWR ist definiert als das Verhältnis der Amplitude der partiellen stehenden Welle an einem Wellenbauch (Maximum) zur Amplitude an einem Knoten (Minimum) entlang der Leitung.

Das resultierende Verhältnis wird normalerweise als Verhältnis ausgedrückt, z. B. 2: 1, 5: 1 usw. Eine perfekte Übereinstimmung ist 1: 1 und eine vollständige Nichtübereinstimmung, dh ein Kurzschluss oder ein offener Stromkreis ist ∞: 1.

In der Praxis gibt es einen Verlust an jeder Speiseleitung oder Übertragungsleitung. Um das VSWR zu messen, wird an diesem Punkt des Systems die Vorwärts- und Rückwärtsleistung erkannt und in eine Zahl für das VSWR umgewandelt. 

Auf diese Weise wird das VSWR an einem bestimmten Punkt gemessen und die Spannungsmaxima und -minima müssen nicht entlang der Länge der Leitung bestimmt werden.

Die Spannungskomponente einer stehenden Welle in einer gleichmäßigen Übertragungsleitung besteht aus der Vorwärtswelle (mit der Amplitude Vf), die der reflektierten Welle (mit der Amplitude Vr) überlagert ist. Reflexionen treten aufgrund von Diskontinuitäten auf, wie z. B. einer Unvollkommenheit in einer ansonsten gleichmäßigen Übertragungsleitung oder wenn eine Übertragungsleitung mit einer anderen als ihrer charakteristischen Impedanz abgeschlossen wird.

Wenn Sie die Leistung von Antennen bestimmen möchten, sollte das VSWR immer an den Antennenanschlüssen selbst und nicht am Ausgang des Senders gemessen werden. Aufgrund von ohmschen Verlusten in der Sendeverkabelung entsteht die Illusion, ein besseres Antennen-VSWR zu haben. Dies liegt jedoch nur daran, dass diese Verluste den Einfluss einer abrupten Reflexion an den Antennenanschlüssen dämpfen.

Da sich die Antenne normalerweise in einiger Entfernung vom Sender befindet, ist eine Zuleitung erforderlich, um die Leistung zwischen den beiden zu übertragen. Wenn die Zuleitung keinen Verlust aufweist und sowohl mit der Senderausgangsimpedanz als auch mit der Antenneneingangsimpedanz übereinstimmt, wird die maximale Leistung an die Antenne abgegeben. In diesem Fall beträgt das VSWR 1: 1 und die Spannung und der Strom sind über die gesamte Länge der Zuleitung konstant.

1) VSWR-Berechnung

Die Rückflussdämpfung ist ein Maß in dB für das Verhältnis der Leistung in der einfallenden Welle zu der in der reflektierten Welle, und wir definieren es als einen negativen Wert.

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

Wenn beispielsweise eine Last eine Rückflussdämpfung von -10 dB aufweist, wird 1/10 der einfallenden Leistung reflektiert. Je höher der Rückflussverlust ist, desto weniger Strom geht tatsächlich verloren.

Von erheblichem Interesse ist auch der Verlust der Nichtübereinstimmung. Dies ist ein Maß dafür, wie stark die übertragene Leistung durch Reflexion gedämpft wird. Es ist gegeben durch die folgende Beziehung:

Mismatch Loss = 10 log (1 -p2)

Aus Tabelle 1 geht beispielsweise hervor, dass eine Antenne mit einem VSWR von 2: 1 einen Reflexionskoeffizienten von 0.333, einen Fehlanpassungsverlust von -0.51 dB und einen Rückflussverlust von -9.54 dB aufweist (11% Ihrer Sendeleistung werden zurückreflektiert )

2) Kostenlose VSWR-Berechnungstabelle

Hier ist ein einfaches VSWR-Berechnungsdiagramm. 

Denken Sie immer daran, dass VSWR eine Zahl größer als 1.0 sein sollte
VSWR	Reflexionskoeffizient (Γ)	Reflektierte Leistung (%)	Spannungsverlust	Reflektierte Leistung (dB)	Rückflussdämpfung	Mismatch Loss (dB)
1	0.00	0.00	0	-Unendlichkeit	Unendlichkeit	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	∞	∞	∞
Extra Messwert: VSWR in der Antenne Das Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ist ein Hinweis auf das Ausmaß der Nichtübereinstimmung zwischen einer Antenne und der daran angeschlossenen Zuleitung. Dies wird auch als Standing Wave Ratio (SWR) bezeichnet. Der Wertebereich für VSWR reicht von 1 bis ∞.  Ein VSWR-Wert unter 2 wird für die meisten Antennenanwendungen als geeignet angesehen. Die Antenne kann als „gut übereinstimmend“ bezeichnet werden. Wenn also jemand sagt, dass die Antenne schlecht übereinstimmt, bedeutet dies sehr oft, dass der VSWR-Wert für eine interessierende Frequenz 2 überschreitet.  Der Rückflussverlust ist eine weitere interessante Spezifikation und wird im Abschnitt Antennentheorie ausführlicher behandelt. Eine häufig erforderliche Umrechnung erfolgt zwischen Rückflussdämpfung und VSWR. Einige Werte sind im Diagramm zusammen mit einem Diagramm dieser Werte zur schnellen Referenz tabellarisch aufgeführt.

Woher kommen diese Berechnungen? Beginnen Sie mit der Formel für VSWR:

Wenn wir diese Formel invertieren, können wir den Reflexionskoeffizienten (oder den Rückflussverlust s11) aus dem VSWR berechnen:

Dieser Reflexionskoeffizient ist nun tatsächlich als Spannung definiert. Wir wollen wirklich wissen, wie viel Kraft reflektiert wird. Dies ist proportional zum Quadrat der Spannung (V ^ 2). Daher wird die reflektierte Leistung in Prozent sein:

Wir können reflektierte Leistung einfach in Dezibel umwandeln:

Schließlich wird die Leistung entweder reflektiert oder an die Antenne abgegeben. Die an die Antenne gelieferte Menge wird als () geschrieben und ist einfach (1- ^ 2). Dies ist als Fehlanpassungsverlust bekannt. Dies ist die Menge an Leistung, die aufgrund einer Impedanzfehlanpassung verloren geht, und wir können dies ziemlich einfach berechnen:

Und das ist alles, was wir wissen müssen, um zwischen VSWR, S11 / Return-Verlust und Mismatch-Verlust hin und her zu wechseln. Ich hoffe, Sie hatten so viel Spaß wie ich.

Umrechnungstabelle - dBm in dBW und W (Watt)

In dieser Tabelle stellen wir vor, wie der Wert der Leistung in dBm, dBW und Watt (W) einander entspricht.

Leistung (dBm)	Leistung (dBW)	Leistung ((W) Watt)
100	70	10 MW
90	60	1 MW
80	50	100 KW
70	40	10 KW
60	30	1 KW
50	20	100 W
40	10	10 W
30	0	1 W
20	-10	100 mW
10	-20	10 mW
0	-30	1 mW
-10	-40	100 μW
-20	-50	10 μW
-30	-60	1 μW
-40	-70	100 nW
-50	-80	10 nW
-60	-90	1 nW
-70	-100	100 pW
-80	-110	10 pW
-90	-120	1 pW
-100	-130	0.1 pW
-∞	-∞	0 W
wo: dBm = Dezibel-Milliwatt dBW = Dezibel-Watt MW = Megawatt KW = Kilowatt W = Watt mW = Milliwatt μW = Mikrowatt nW = Nanowatt pW = Picowatt

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3) VSWR-Formel

Dieses Programm ist ein Applet zur Berechnung des Voltage Standing Wave Ratio (VSWR).

Beim Einrichten eines Antennen- und Sendersystems ist es wichtig, eine Impedanzfehlanpassung an einer beliebigen Stelle im System zu vermeiden. Jede Nichtübereinstimmung bedeutet, dass ein Teil der Ausgangswelle zum Sender zurückreflektiert wird und das System ineffizient wird. Fehlanpassungen können an Schnittstellen zwischen verschiedenen Geräten auftreten, z. B. Sender, Kabel und Antenne. Antennen haben eine Impedanz von typischerweise 50 Ohm (wenn die Antenne die richtigen Abmessungen hat). Wenn Reflexion auftritt, werden im Kabel stehende Wellen erzeugt.

VSWR-Formel und Reflexionskoeffizient:

Gl.1	Der Reflexionskoeffizient Γ ist definiert als	Gl.2	Das VSWR- oder Spannungs-Stehwellenverhältnis
Formel		Formel
Gamma	ZL = Der Wert in Ohm der Last (normalerweise eine Antenne) Zo = Die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung in Ohm	Sigma	Da ρ von 0 bis 1 variiert, reichen die berechneten Werte für VSWR von 1 bis unendlich.
Berechnete Werte	zwischen -1 ≦ Γ Γ 1.	Berechnete Werte	1 oder ein Verhältnis von 1: 1.
Wenn der Wert "-1" ist.	Dies bedeutet, dass eine 100% ige Reflexion auftritt und keine Leistung auf die Last übertragen wird. Die reflektierte Welle ist gegenüber der einfallenden Welle um 180 Grad phasenverschoben (invertiert).	Mit offenem Stromkreis	Dies ist ein Leerlauf ohne angeschlossene Antenne. Dies bedeutet, dass ZL unendlich ist und die Terme Zo in Gleichung 1 verschwinden, wobei Γ = 1 (100% Reflexion) und ρ = 1 verbleiben. Es wird keine Energie übertragen und VSWR ist unendlich.
Wenn der Wert "1" ist.	Dies bedeutet, dass eine 100% ige Reflexion auftritt und keine Leistung auf die Last übertragen wird. Die reflektierte Welle ist in Phase mit der einfallenden Welle.	Mit Kurzschluss	Stellen Sie sich vor, das Ende des Kabels hat einen Kurzschluss. Dies bedeutet, dass ZL 0 ist und die Gleichung 1 Γ = -1 und ρ = 1 berechnet. Es wird keine Energie übertragen und VSWR ist unendlich.
Wenn der Wert "0" ist.	Bedeutet, dass keine Reflexion auftritt und die gesamte Leistung auf die Last übertragen wird. (IDEAL)	Mit richtig abgestimmter Antenne.	Wenn eine korrekt angepasste Antenne angeschlossen ist, wird die gesamte Energie auf die Antenne übertragen und in Strahlung umgewandelt. ZL ist 50 Ohm und Gleichung 1 berechnet Γ als Null. Somit ist VSWR genau 1.
N / A	N / A	Mit falsch angepasster Antenne.	Wenn eine falsch angepasste Antenne angeschlossen wird, beträgt die Impedanz nicht mehr 50 Ohm und es tritt eine Impedanzfehlanpassung auf und ein Teil der Energie wird zurückreflektiert. Die reflektierte Energiemenge hängt vom Grad der Nichtübereinstimmung ab, sodass das VSWR einen Wert über 1 aufweist.
Bei Verwendung eines Kabels mit falscher charakteristischer Impedanz Das Kabel / die Übertragungsleitung, die zum Verbinden der Antenne mit dem Sender verwendet wird, muss die richtige charakteristische Impedanz Zo haben.  In der Regel sind Koaxialkabel 50 Ohm (75 Ohm für Fernseher und Satelliten) und ihre Werte werden auf die Kabel selbst gedruckt.  Die reflektierte Energiemenge hängt vom Grad der Nichtübereinstimmung ab, sodass das VSWR einen Wert über 1 aufweist.

Bewertung:

Was sind stehende Wellen? Eine Last ist an das Ende der Übertragungsleitung angeschlossen und das Signal fließt entlang dieser und tritt in die Last ein. Wenn die Lastimpedanz nicht mit der Übertragungsleitungsimpedanz übereinstimmt, wird ein Teil der Wanderwelle zur Quelle zurückreflektiert.

Wenn Reflexion auftritt, wandern diese die Übertragungsleitung zurück und verbinden sich mit den einfallenden Wellen, um stehende Wellen zu erzeugen. Es ist wichtig zu beachten, dass die resultierende Welle stationär erscheint und sich nicht wie eine normale Welle ausbreitet und keine Energie auf die Last überträgt. Die Welle hat Bereiche maximaler und minimaler Amplitude, die als Anti-Knoten bzw. Knoten bezeichnet werden.

Wenn beim Anschließen der Antenne ein VSWR von 1.5 erzeugt wird, beträgt die Energieeffizienz 96%. Wenn ein VSWR von 3.0 erzeugt wird, beträgt die Energieeffizienz 75%. Bei der tatsächlichen Verwendung wird nicht empfohlen, ein VSWR von 3 zu überschreiten.

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5. Wie man das Stehwellenverhältnis misst - Wikipedia Erklärung
Viele verschiedene Methoden können verwendet werden, um das Stehwellenverhältnis zu messen. Die intuitivste Methode verwendet eine Schlitzleitung, bei der es sich um einen Abschnitt der Übertragungsleitung mit einem offenen Schlitz handelt, mit dem eine Sonde die tatsächliche Spannung an verschiedenen Punkten entlang der Leitung erfassen kann. 

Somit können die Maximal- und Minimalwerte direkt verglichen werden. Diese Methode wird bei UKW und höheren Frequenzen angewendet. Bei niedrigeren Frequenzen sind solche Leitungen unpraktisch lang. Richtkoppler können bei HF über Mikrowellenfrequenzen verwendet werden. 

Einige sind eine Viertelwelle oder länger, was ihre Verwendung auf die höheren Frequenzen beschränkt. Andere Arten von Richtkopplern tasten den Strom und die Spannung an einem einzelnen Punkt im Übertragungsweg ab und kombinieren sie mathematisch so, dass sie die in eine Richtung fließende Leistung darstellen.

Der übliche Typ von SWR / Leistungsmesser, der im Amateurbetrieb verwendet wird, kann einen Doppelrichtungskoppler enthalten. Andere Typen verwenden einen einzelnen Koppler, der um 180 Grad gedreht werden kann, um die in beide Richtungen fließende Leistung abzutasten. Unidirektionale Koppler dieses Typs sind für viele Frequenzbereiche und Leistungspegel und mit geeigneten Kopplungswerten für das verwendete analoge Messgerät erhältlich.

Ein Richtungs-Wattmeter unter Verwendung eines drehbaren Richtungskopplerelements

Die von Richtkopplern gemessene Vorwärts- und Reflexionsleistung kann zur Berechnung des SWR verwendet werden. Die Berechnungen können mathematisch in analoger oder digitaler Form oder unter Verwendung grafischer Methoden, die als zusätzliche Skala in das Messgerät integriert sind, oder durch Ablesen vom Kreuzungspunkt zwischen zwei Nadeln auf demselben Messgerät durchgeführt werden.

Die obigen Messinstrumente können "in Reihe" verwendet werden, dh die volle Leistung des Senders kann durch das Messgerät geleitet werden, um eine kontinuierliche Überwachung des SWR zu ermöglichen. Andere Instrumente wie Netzwerkanalysatoren, Richtkoppler mit geringer Leistung und Antennenbrücken verbrauchen für die Messung wenig Strom und müssen anstelle des Senders angeschlossen werden. Brückenschaltungen können verwendet werden, um den Real- und Imaginärteil einer Lastimpedanz direkt zu messen und diese Werte zur Ableitung des SWR zu verwenden. Diese Methoden können mehr Informationen liefern als nur SWR oder Vorwärts- und reflektierte Leistung. [11] Eigenständige Antennenanalysatoren verwenden verschiedene Messmethoden und können das SWR und andere Parameter anzeigen, die gegen die Frequenz aufgetragen sind. Durch die Verwendung von Richtkopplern und einer Brücke in Kombination ist es möglich, ein Inline-Instrument herzustellen, das direkt in komplexer Impedanz oder im SWR liest. [12] Es sind auch eigenständige Antennenanalysatoren erhältlich, die mehrere Parameter messen.

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6. Stellen Sie häufig Fragen

1) Was verursacht ein hohes VSWR?

Wenn das VSWR zu hoch ist, wird möglicherweise zu viel Energie in einen Leistungsverstärker zurückreflektiert, wodurch die internen Schaltkreise beschädigt werden. In einem idealen System würde es ein VSWR von 1: 1 geben. Ursachen für eine hohe VSWR-Bewertung können die Verwendung einer falschen Last oder etwas Unbekanntes wie eine beschädigte Übertragungsleitung sein.

2) Wie reduzieren Sie VSWR?

Eine Technik zum Reduzieren des reflektierten Signals vom Eingang oder Ausgang eines Geräts besteht darin, ein Dämpfungsglied vor oder nach dem Gerät zu platzieren. Das Dämpfungsglied reduziert das reflektierte Signal um das Zweifache des Dämpfungswerts, während das gesendete Signal den nominalen Dämpfungswert empfängt. (Tipps: Um zu betonen, wie wichtig VSWR und RL für Ihr Netzwerk sind, sollten Sie eine Leistungsreduzierung von VSWR von 1.3: 1 auf 1.5: 1 in Betracht ziehen - dies ist eine Änderung des Rückflussverlusts von 16 dB auf 13 dB.)

3) Ist S11 Return Loss?

In der Praxis ist der am häufigsten genannte Parameter in Bezug auf Antennen S11. S11 gibt an, wie viel Leistung von der Antenne reflektiert wird, und wird daher als Reflexionskoeffizient bezeichnet (manchmal als Gamma: oder Rückflussdämpfung bezeichnet). Diese akzeptierte Leistung wird entweder als Verlust innerhalb der Antenne abgestrahlt oder absorbiert.

4) Warum wird VSWR gemessen?

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ist ein Maß dafür, wie effizient Hochfrequenzstrom von einer Stromquelle über eine Übertragungsleitung in eine Last (z. B. von einem Leistungsverstärker über eine Übertragungsleitung zu einer Antenne) übertragen wird. . In einem idealen System werden 100% der Energie übertragen.

5) Wie behebe ich ein hohes VSWR?

Wenn Ihre Antenne tief am Fahrzeug montiert ist, z. B. an der Stoßstange oder hinter der Kabine eines Pickups, kann das Signal zur Antenne zurückprallen und ein hohes SWR verursachen. Um dies zu vermeiden, halten Sie mindestens die oberen 12 cm der Antenne über der Dachlinie und positionieren Sie die Antenne so hoch wie möglich am Fahrzeug.

6) Was ist eine gute VSWR-Messung?
Der bestmögliche Messwert ist 1.01: 1 (46 dB Rückflussdämpfung), normalerweise ist jedoch ein Messwert unter 1.5: 1 akzeptabel. Außerhalb der perfekten Welt ist ein 1.2: 1 (20.8 dB Renditeverlust) in den meisten Fällen genau richtig. Um eine genaue Ablesung zu gewährleisten, schließen Sie das Messgerät am besten an der Basis der Antenne an.

7) Ist 1.5 SWR gut?
Ja, so ist es! Der ideale Bereich ist SWR 1.0-1.5. Es gibt Raum für Verbesserungen, wenn der Bereich zwischen SWR 1.5 und 1.9 liegt, aber der SWR in diesem Bereich sollte immer noch eine angemessene Leistung bieten. Gelegentlich ist es aufgrund von Installationen oder Fahrzeugvariablen unmöglich, ein niedrigeres SWR als dieses zu erzielen.

8) Wie überprüfe ich mein SWR ohne Messgerät?
Hier sind die Schritte So stellen Sie ein CB-Radio ohne SWR-Messgerät ein:
1) Suchen Sie einen Bereich mit begrenzten Störungen.
2) Stellen Sie sicher, dass Sie ein zusätzliches Radio haben.
3) Stellen Sie beide Funkgeräte auf denselben Kanal ein.
4) Sprechen Sie in ein Radio und hören Sie durch das andere.
5) Bewegen Sie ein Radio weg und notieren Sie, wenn der Ton klar ist.
6) Stellen Sie Ihre Antenne nach Bedarf ein.

9) Müssen alle CB-Antennen abgestimmt werden?
Während für den Betrieb Ihres CB-Systems keine Antennenabstimmung erforderlich ist, gibt es eine Reihe wichtiger Gründe, warum Sie eine Antenne immer abstimmen sollten: Verbesserte Leistung - Eine richtig abgestimmte Antenne arbeitet IMMER effizienter als eine nicht abgestimmte Antenne.

10) Warum steigt mein SWR, wenn ich spreche??

Eine der häufigsten Ursachen für hohe SWR-Werte ist das falsche Anschließen Ihres SWR-Messgeräts an Ihr Radio und Ihre Antenne. Bei falschem Anhang werden die Messwerte als extrem hoch gemeldet, selbst wenn alles perfekt installiert ist. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie sicherstellen, dass Ihr SWR-Messgerät ordnungsgemäß installiert ist.

7. Beste kostenlose Online VSWR-Rechner im Jahr 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

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