Wie berechnet man das Spannungsverhältnis für stehende Wellen?

Damit ein Radio (Sender oder Empfänger) eine Antenne mit Strom versorgtmuss die Impedanz von 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 Rückflussdämpfung bezeichnet. In der folgenden vswr-Tabelle finden Sie eine numerische Zuordnung zwischen reflektierter Leistung, s11 und VSWR. Wenn Sie keine komplizierten Gleichungen durchgehen möchten, um die Beziehung zwischen VSWR, Fehlanpassungsverlust, s11 / Gamma zu verstehen, und möchten, dass ein Taschenrechner dies für Sie erledigt, lesen Sie unsere VSWR-Rechnerseite, und wir führen die VSWR-Konvertierung für durch Sie.

 

Das VSWR ist immer eine reelle und positive Zahl für Antennen. 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 beträgt 1.0. In diesem Fall wird keine Leistung 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 bis 200 MHz mit VSWR <3 zu arbeiten. Dies bedeutet, dass das VSWR über den angegebenen Frequenzbereich weniger als 3.0 beträgt. Diese VSWR-Spezifikationen implizieren auch, dass der Reflexionskoeffizient über den angegebenen Frequenzbereich weniger als 0.5 (dh Reflexionskoeffizient <0.5) beträgt.

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 als "nämlich" 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 stehende Wellen entlang der Übertragungsleitung erzeugt. Das Ergebnis sind die Spitzen und Täler, wie in Abbildung 1 dargestellt. Wenn das VSWR = 1.0 wäre, würde keine reflektierte Leistung vorhanden sein 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 harten Regeln. In diesem Abschnitt werden wir versuchen, die VSWR-Nummer in einen Kontext zu setzen. Unten finden Sie eine Tabelle, die die Beziehung zwischen VSWR, der gesamten reflektierten Leistung und (auch als s11 bezeichnet) und der gesamten reflektierten Leistung zeigt. Beachten Sie, dass die reflektierte Leistung einfach der quadratische Reflexionskoeffizient ist.

In der obigen Tabelle hat ein VSWR von 4 36% der vom Empfänger gelieferten Leistung, die von der Antenne reflektiert wird (64% der Leistung wird an die Antenne abgegeben). Beachten Sie, dass eine reflektierte Leistung von 0 dB anzeigt, dass die gesamte Leistung reflektiert wird (100%), während -10 dB anzeigt, dass 10% der Leistung reflektiert werden. Wenn die gesamte Leistung reflektiert wird, ist das VSWR unendlich.

 

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

Wenn das VSWR unter 2 liegt, wird die Antennenanpassung im Allgemeinen als sehr gut angesehen, und durch Impedanzanpassung würde wenig gewonnen. Mit zunehmendem VSWR gibt es zwei Hauptnegative. Das erste ist offensichtlich: Mehr Leistung wird von der Antenne reflektiert und daher nicht übertragen. Es tritt jedoch ein anderes Problem auf. Wenn das VSWR zunimmt, wird mehr Leistung an das Funkgerät reflektiert, das sendet. Große Mengen reflektierter Leistung können das Radio beschädigen. Außerdem haben Funkgeräte Probleme, die richtigen Informationsbits zu übertragen, wenn die Antenne schlecht übereinstimmt (dies wird numerisch anhand einer anderen Metrik definiert, EVM - Error Vector Magnitude).

VSWR-Spezifikationen für Antennen

In der Industrie werden Antennen häufig anhand von VSWR-Spezifikationen (VSWR-Spezifikationen) überprüft (Bestanden / Nicht Bestanden-Kriterien). Dies ist eine Methode zum passiven Messen der Antennen, um schnell festzustellen, ob sie richtig eingestellt sind. Die Antenne wird mit einem Netzwerkanalysator gemessen und das VSWR als Funktion der Frequenz aufgezeichnet. Betrachten Sie als Beispiel diese Situation, in der das VSWR von 5 Antennen gemessen und aufgezeichnet wird, zusammen mit 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 825 MHz <f <910 MHz

 (2) VSWR> 4.0 für 1200 MHz <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 1860 MHz <f <2000 MHz

 

In Fig. 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 der VSWR-Spezifikationen ist für Antenneningenieure eine etwas schwierige Aufgabe. Die Idee ist, die Ausreißer (verstimmte Antennen oder Antennen mit defekten Anschlüssen usw.) zu versagen. In der Praxis ist es jedoch schwierig zu bestimmen, wie hoch die akzeptable Varianz ist, insbesondere in hochvolumigen Industrien, 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 empfangene Leistung ausstrahlt. Daher misst VSWR das Strahlungspotential. Ein niedriges VSWR bedeutet, dass die Antenne gut abgestimmt ist, bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass die abgegebene Leistung auch abgestrahlt wird. Ein schalltoten Kammer- oder anderer Strahlungsantennentest ist erforderlich, um die Strahlungsleistung zu bestimmen. VSWR allein reicht nicht aus, um festzustellen, ob eine Antenne ordnungsgemäß funktioniert.

 

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

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