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Wie berechnet man das Spannungsverhältnis für stehende Wellen?

Date:2019/11/9 12:54:18 Hits:


Damit ein Radio (Sender oder Empfänger) eine Antenne mit Strom versorgtmuss die Impedanz der Funk- und Übertragungsleitung gut auf a abgestimmt seinNtennas Impedanz. Der Parameter VSWR ist ein Maß, das numerisch beschreibt, wie gut die Impedanz der Antenne an das Funkgerät oder die Übertragungsleitung angepasst ist, an die sie angeschlossen ist.


VSWR steht für Voltage Standing Wave Ratiound wird auch als Standing Wave Ratio (SWR) bezeichnet. VSWR ist eine Funktion des Reflexionskoeffizienten, der die von der Antenne reflektierte Leistung beschreibt. Wenn der Reflexionskoeffizient gegeben ist durch .


Der Reflexionskoeffizient wird auch als s11 oder Return Loss bezeichnet. In der folgenden vswr-Tabelle finden Sie eine numerische Zuordnung zwischen der reflektierten Leistung, s11 und VSWR. Wenn Sie keine komplizierten Gleichungen durchgehen möchten, um die Beziehung zwischen VSWR, Fehlanpassungsverlust, s11 / gamma zu verstehen, und einen Taschenrechner für Sie benötigen, lesen Sie unsere VSWR-Rechnerseite und wir führen die VSWR-Konvertierung für durch Sie.

Das VSWR ist für Antennen immer eine reelle und positive Zahl. Je kleiner das VSWR ist, desto besser ist die Antenne an die Übertragungsleitung angepasst und desto mehr Leistung wird an die Antenne abgegeben. Das minimale VSWR ist 1.0. In diesem Fall wird keine Energie von der Antenne reflektiert, was ideal ist.

Oft müssen Antennen eine Bandbreitenanforderung erfüllen, die in Bezug auf VSWR angegeben ist. Beispielsweise könnte eine Antenne behaupten, von 100-200 MHz mit VSWR zu arbeiten



Physikalische Bedeutung von VSWR

Das VSWR wird aus der Spannung bestimmt, die entlang einer Übertragungsleitung gemessen wird, die zu einer Antenne führt. VSWR ist das Verhältnis der Spitzenamplitude einer stehenden Welle zur minimalen Amplitude einer stehenden Welle, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:



In der Industrie wird VSWR manchmal "viz-wer" ausgesprochen

Wenn eine Antenne nicht an den Empfänger angepasst ist, wird die Leistung reflektiert (so dass der Reflexionskoeffizient nicht Null ist). Dies verursacht eine "reflektierte Spannungswelle", die entlang der Übertragungsleitung stehende Wellen erzeugt. Das Ergebnis sind die Spitzen und Täler, wie in Abbildung 1 dargestellt. Wenn das VSWR = 1.0 ist, würde es keine reflektierte Leistung geben und die Spannung würde entlang der Übertragungsleitung eine konstante Größe haben.



VSWR, Reflected Power und s11

Ist ein VSWR von 3 schlecht? Wie schlecht ist ein VSWR von 12? Nun, es gibt keine strengen Regeln. In diesem Abschnitt versuchen wir, die VSWR-Nummer in einen Kontext zu setzen. Die folgende Tabelle zeigt die Beziehung zwischen VSWR, Gesamtreflexionsleistung und (auch als s11 bezeichnet) und Gesamtreflexionsleistung. Es ist zu beachten, dass die reflektierte Leistung einfach das Quadrat des Reflexionskoeffizienten ist.


In der obigen Tabelle liefert ein VSWR von 4 36% der vom Empfänger abgegebenen Leistung, die von der Antenne reflektiert wird (64% der Leistung wird an die Antenne abgegeben). Beachten Sie, dass eine reflektierte Leistung von 0 dB angibt, dass die gesamte Leistung reflektiert wird (100%), wohingegen -10 dB angibt, dass 10% der Leistung reflektiert werden. Wenn die gesamte Leistung reflektiert wird, wäre das VSWR unendlich.

Es ist zu beachten, dass VSWR eine stark nichtlineare Funktion des Reflexionskoeffizienten ist. Das heißt, es gibt sehr wenig Unterschiede in der reflektierten Leistung, wenn das VSWR von 9 auf 10 ansteigt. Die reflektierte Leistung ändert sich jedoch um 11%, wenn das VSWR von 1 zu 2 wechselt.




Wenn das VSWR unter 2 liegt, wird die Antennenübereinstimmung im Allgemeinen als sehr gut angesehen und durch Impedanzanpassung würde nur wenig gewonnen. Mit zunehmendem VSWR treten 2-Hauptnegative auf. Das erste ist offensichtlich: Mehr Leistung wird von der Antenne reflektiert und daher nicht gesendet. Es tritt jedoch ein anderes Problem auf. Mit zunehmendem VSWR wird mehr Leistung an das sendende Funkgerät abgegeben. Große Mengen reflektierter Energie können das Radio beschädigen. Darüber hinaus haben Funkgeräte Probleme bei der Übertragung der richtigen Informationsbits, wenn die Antenne nicht richtig ausgerichtet ist (dies wird numerisch in Bezug auf eine andere Metrik, EVM - Error Vector Magnitude, definiert).



VSWR-Spezifikationen für Antennen

In der Industrie werden Antennen häufig anhand von VSWR-Spezifikationen (VSWR-Spezifikationen) gescreent (Pass / Fail-Kriterien). Dies ist eine Methode zum passiven Messen der Antennen, um schnell zu bestimmen, ob sie richtig eingestellt sind. Die Antenne wird mit einem Netzwerkanalysator gemessen und das VSWR als Funktion der Frequenz aufgezeichnet. Betrachten Sie als Beispiel die folgende Situation, in der das VSWR von 5-Antennen gemessen und aufgezeichnet wird, zusammen mit den 4-Linien, die die VSWR-Spezifikationen für diese Antenne darstellen (in Blau):



Die VSWR-Spezifikationen in Abbildung 2 werden definiert durch:

(1) VSWR <3.8 für 825MHz <f <910 MHz

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

(3) VSWR> 3.0 bei f = 1.7 GHz, linear reduziert auf VSWR> 2.0 bei f = 1.8 GHz

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

In Abbildung 2 würde die rote VSWR-Kurvenantenne die zweite Spezifikation nicht erfüllen, und die hellblaue VSWR-Kurvenantenne würde (geringfügig) die vierte Spezifikation nicht erfüllen. Dies ist in Abbildung 3 dargestellt:



Das Einstellen von VSWR-Spezifikationen ist für Antenneningenieure eine etwas schwierige Aufgabe. Die Idee ist, die Ausreißer (verstimmte Antennen oder Antennen mit defekten Steckverbindern usw.) auszuschalten. In der Praxis ist es jedoch schwierig, die akzeptable Varianz zu bestimmen, insbesondere in hochvolumigen Branchen, in denen eine enge Spezifikation Tausende guter Antennen ausfallen lassen könnte.

Beachten Sie, dass VSWR ein Maß dafür ist, wie viel Strom an eine Antenne geliefert wird. Dies bedeutet nicht, dass die Antenne die gesamte Leistung ausstrahlt, die sie empfängt. Daher misst VSWR das Strahlungspotential. Ein niedriger VSWR bedeutet, dass die Antenne gut abgestimmt ist, bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass die gelieferte Leistung auch abgestrahlt wird. Zur Bestimmung der Strahlungsleistung ist ein Schallkammer- oder ein anderer Test der ausgestrahlten Antenne erforderlich. VSWR allein reicht nicht aus, um zu bestimmen, ob eine Antenne ordnungsgemäß funktioniert.

Das VSWR kann auch in der Smith-Tabelle gemessen werden. VSWR ist nur eine skalare Messung, während das Smith-Diagramm sowohl die Größe als auch die Phase anzeigt. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Smith Chart.



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