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Cos'è VSWR e come misurare VSWR?

Date:2021/3/12 14:00:43 Hits:


"VSWR nella teoria dell'antenna sta per rapporto di onde stazionarie di tensione, noto anche come rapporto di onde stazionarie (SWR). VSWR è una misura del livello di onde stazionarie su una linea di alimentazione. Gli ingegneri RF sanno che è un problema molto importante quando si studiano linee di alimentazione / trasmissione è Onda stazionaria, l'onda stazionaria rappresenta la potenza che il carico non accetta e riflette lungo la linea di trasmissione o l'alimentatore, mentre il rapporto dell'onda stazionaria è una funzione del coefficiente di riflessione, che descrive la potenza riflessa dall'antenna. --- - FMUSER "


AVVISO: Sebbene le onde stazionarie e il VSWR siano molto importanti, spesso la teoria e i calcoli del VSWR possono mascherare una visione di ciò che sta realmente accadendo. Fortunatamente, è possibile ottenere una buona visione dell'argomento, senza approfondire troppo la teoria VSWR.



La condivisione è la cura!


Composizione

1. Cos'è VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)?

2. Cos'è l'SWR (Standing Wave Basics)?

3. Indicatori di parametri importanti di SWR

4. Calcolatore VSWR: come calcolare VSWR?

5. Come misurare il rapporto delle onde stazionarie

6. Fai domande frequenti

7. Top 10 migliori online gratuiti Calcolatrice VSWR



1. Che cos'è VSWR (rapporto di onde stazionarie di tensione)


1) Definizione di VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

Il rapporto delle onde stazionarie di tensione (VSWR) è definito come il rapporto tra le onde stazionarie di tensione trasmesse e riflesse in a frequenza radio (RF) sistema di trasmissione elettrica. A volte VSWR è anche pronunciato come "viswar". VSWR è una misura dell'efficienza con cui la potenza RF viene trasmessa dalla fonte di alimentazione, attraverso una linea di trasmissione e nel carico. Un esempio comune è un file amplificatore di potenza collegato ad un'antenna tramite a linea di trasmissione. VSWR viene utilizzato come misura di efficienza per tutto ciò che trasporta RF, incluse linee di trasmissione, cavi elettrici e persino il segnale nell'aria. 


I disallineamenti di impedenza determinano onde stazionarie lungo la linea di trasmissione e l'SWR è definito come il rapporto dell'ampiezza dell'onda stazionaria parziale a un antinodo (massimo) all'ampiezza in un nodo (minimo) lungo la linea.



La definizione di VSWR fornisce la base per tutti i calcoli e formule.

Il rapporto di tensione stazionaria, VSWR è definito come il rapporto tra la tensione massima e minima su una linea senza perdita.


Il rapporto risultante viene normalmente espresso come rapporto, ad esempio 2: 1, 5: 1, ecc. Una corrispondenza perfetta è 1: 1 e una mancata corrispondenza completa, ovvero un cortocircuito o un circuito aperto è ∞: 1.


In pratica c'è una perdita su qualsiasi linea di alimentazione o trasmissione. Per misurare il VSWR, la potenza diretta e inversa viene rilevata in quel punto del sistema e questa viene convertita in una cifra per VSWR. 


In questo modo, il VSWR viene misurato in un punto particolare e non è necessario determinare i massimi e i minimi di tensione lungo la lunghezza della linea.


Leggi anche: Qual è la differenza tra AM e FM?


Facciamo una rapida visione del video su VSWR! (Fonte: RF elements sro)





2) Principali funzioni di VSWR

Nell'applicazione, questa figura descrive il grado di adattamento dell'impedenza dell'antenna alla linea radio o di trasmissione a cui è collegata. In una linea collegata, un disadattamento di impedenza può causare la riflessione, che è proprio quello che sembra: un'onda che rimbalza indietro e va nella direzione sbagliata. Il risultato delle onde opposte è un'onda stazionaria. Ciò riduce la potenza che l'antenna riceve e può utilizzare per trasmettere. Può persino bruciare un file trasmettitore


VSWR sono ampiamente utilizzati in una varietà di applicazioni, come VSWR in antenna, VSWR in telecom, VSWR in microonde, VSWR in RF, ecc. Ecco alcune delle principali applicazioni con spiegazione:


Applicazioni di VSWR Principali funzioni di VSWR 
Antenna trasmittente
Il rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR) è un'indicazione della quantità di discrepanza tra un antenna e la linea di alimentazione che si collega ad esso. Questo è anche noto come rapporto di onda stazionaria (SWR). L'intervallo di valori per VSWR va da 1 a ∞. Un valore VSWR inferiore a 2 è considerato adatto per la maggior parte delle applicazioni di antenna. L'antenna può essere descritta come avente una "buona corrispondenza". Quindi, quando qualcuno dice che l'antenna è scarsamente abbinata, molto spesso significa che il valore VSWR supera 2 per una frequenza di interesse.
Telecomunicazione Nelle telecomunicazioni, il rapporto delle onde stazionarie (SWR) è il rapporto tra l'ampiezza di un'onda stazionaria parziale su un antinodo (massimo) e l'ampiezza su un nodo adiacente (minimo) in una linea di trasmissione elettrica. 
Microonde
Le misure di prestazioni comuni associate alle linee e ai circuiti di trasmissione a microonde sono VSWR, coefficiente di riflessione e Perdita di ritorno, così come il coefficiente di trasmissione e la perdita di inserzione. Questi possono essere tutti espressi utilizzando parametri di scattering, più comunemente riferiti a parametri S.
RF Il rapporto delle onde stazionarie di tensione (VSWR) è definito come il rapporto tra le onde stazionarie di tensione trasmesse e riflesse in una trasmissione elettrica a radiofrequenza (RF) sistema. È una misura dell'efficienza con cui la potenza RF viene trasmessa dalla fonte di alimentazione, attraverso una linea di trasmissione e nel carico

Leggi anche:Come misurare l'SWR sulla radio AM da solo?

Ecco un elenco di conoscenze RF semplificato di base fornito dal tecnico di FMUSER Jimmy, puoi comprendere appieno VSWR attraverso questi contenuti: 


Come esprimere VSWR usando la tensione?
Per definizione, VSWR è il rapporto tra la tensione più alta (l'ampiezza massima dell'onda stazionaria) e la tensione più bassa (l'ampiezza minima dell'onda stazionaria) ovunque tra la sorgente e il carico.

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

V (max) = l'ampiezza massima dell'onda stazionaria
V (min) = l'ampiezza minima dell'onda stazionaria


Come esprimere VSWR utilizzando un'impedenza?
Per definizione, VSWR è il rapporto tra l'impedenza di carico e l'impedenza della sorgente.

VSWR = ZL / Zo

ZL = l'impedenza di carico
Zo = l'impedenza della sorgente

Qual è il valore ideale di un VSWR?
Il valore di un VSWR ideale è 1: 1 o brevemente espresso come 1. In questo caso la potenza riflessa dal carico alla sorgente è zero.

Come esprimere un VSWR usando la riflessione e la potenza in avanti?
Per definizione VSWR è uguale a

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

dove:

Pr = Potenza riflessa
Pf = potenza in avanti


Leggi anche: Come fai da te la tua antenna radio FM | Nozioni di base e tutorial sull'antenna FM fatta in casa

3) Perché dovrei preoccuparmi di VSWR? 

Il valore di VSWR presenta la potenza riflessa dal carico alla sorgente. È spesso usato per descrivere quanta potenza viene persa dalla sorgente (solitamente un amplificatore ad alta frequenza) attraverso una linea di trasmissione (solitamente un cavo coassiale) al carico (solitamente un'antenna).

Questa è una brutta situazione: il trasmettitore si brucia a causa di un'energia eccessiva.

Ecco il motivo principale:

Tutta l'energia viene riflessa (ad esempio da un circuito aperto o cortocircuito) alla fine della linea, quindi nessuna viene assorbita, producendo una perfetta "onda stazionaria" sulla linea. Questa è una brutta situazione indesiderata. Infatti, quando la potenza destinata ad essere irradiata ritorna nel trasmettitore a piena potenza, di solito brucerà l'elettronica lì.

È difficile da capire? Ecco un esempio che potrebbe aiutarti:

Un treno d'onda oceanico che viaggia verso la riva trasporta energia verso la spiaggia. Se scorre su una spiaggia in leggera pendenza, tutta l'energia viene assorbita e non ci sono onde che tornano al largo. Se invece di una spiaggia in pendenza è presente una diga verticale, la trasmissione d'onda in arrivo viene completamente riflessa, in modo che nessuna energia venga assorbita nella parete. 




L'interferenza tra le onde in entrata e in uscita in questo caso produce una "onda stazionaria" che non sembra affatto viaggiare; i picchi rimangono nelle stesse posizioni spaziali e vanno solo su e giù.

Lo stesso fenomeno si verifica su una linea di trasmissione radio o radar. In questo caso, vogliamo che le onde sulla linea (sia di tensione che di corrente) viaggino in un senso e depositino la loro energia nel carico desiderato, che in questo caso può essere un'antenna dove deve essere irradiata. 


Se tutta l'energia viene riflessa (ad esempio da un circuito aperto o cortocircuito) alla fine della linea, nessuna viene assorbita, producendo una perfetta "onda stazionaria" sulla linea. 


Non ci vuole un circuito aperto o corto per provocare un'onda riflessa. Tutto ciò che serve è un disadattamento di impedenza tra la linea e il carico. Se l'onda riflessa non è forte come l'onda in avanti, verrà osservato un modello di "onda stazionaria", ma i valori nulli non saranno così profondi né i picchi così alti come per una riflessione perfetta (o un disadattamento completo).


Leggi anche: Perché abbiamo bisogno del rapporto delle onde stazionarie (SWR)?


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2. Cos'è l'SWR (Standing Wave Ratio)?


1) Definizione del rapporto delle onde stazionarie (SWR)

Secondo Wikipedia, il rapporto delle onde stazionarie (SWR) definito come:


'' Una misura dell'adattamento dell'impedenza dei carichi all'impedenza caratteristica di una linea di trasmissione o guida d'onda nell'ingegneria radio e nelle telecomunicazioni. L'SWR è, quindi, il rapporto tra le onde trasmesse e riflesse o il rapporto tra l'ampiezza di un'onda stazionaria al suo massimo e l'ampiezza al minimo, l'SWR è solitamente definito come un rapporto di tensione chiamato VSWR ”.


Un alto SWR indica una scarsa efficienza della linea di trasmissione e energia riflessa, che può danneggiare il trasmettitore e diminuire l'efficienza del trasmettitore. Poiché SWR si riferisce comunemente al rapporto di tensione, è solitamente noto come rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR).


2) In che modo VSWR influisce sulle prestazioni di un sistema di trasmissione? 

Esistono diversi modi in cui VSWR influisce sulle prestazioni di un sistema di trasmissione o su qualsiasi sistema che può utilizzare RF e impedenze corrispondenti.

Sebbene il termine VSWR sia normalmente utilizzato, sia le onde stazionarie di tensione che quelle correnti possono causare problemi. Alcuni degli affetti sono dettagliati di seguito:

A. Gli amplificatori di potenza del trasmettitore possono essere danneggiati:

L'aumento dei livelli di tensione e corrente visti sull'alimentatore a causa delle onde stazionarie, può danneggiare i transistor di uscita del trasmettitore. I dispositivi a semiconduttore sono molto affidabili se gestiti entro i limiti specificati, ma le onde stazionarie di tensione e corrente sull'alimentatore possono causare danni catastrofici se provocano il funzionamento del dispositivo al di fuori dei propri limiti.

B. La protezione PA riduce la potenza in uscita:  

In considerazione del pericolo molto reale di elevati livelli di SWR che causano danni all'amplificatore di potenza, molti trasmettitori incorporano circuiti di protezione che riducono l'uscita dal trasmettitore quando il SWR aumenta. Ciò significa che una scarsa corrispondenza tra l'alimentatore e l'antenna si tradurrà in un elevato SWR che provoca la riduzione dell'uscita e quindi una significativa perdita di potenza trasmessa.

C. I livelli di alta tensione e corrente possono danneggiare l'alimentatore:   

È possibile che i livelli di alta tensione e corrente causati dall'elevato rapporto delle onde stazionarie possano causare danni all'alimentatore. Sebbene nella maggior parte dei casi gli alimentatori funzionino bene entro i loro limiti e il raddoppio della tensione e della corrente dovrebbe poter essere adattato, ci sono alcune circostanze in cui possono essere causati danni. I massimi attuali possono causare un eccessivo riscaldamento locale che potrebbe distorcere o fondere le materie plastiche utilizzate e, in alcune circostanze, è noto che le alte tensioni possono provocare archi.

D. I ritardi causati dai riflessi possono causare distorsioni:   

Quando un segnale viene riflesso da una mancata corrispondenza, viene riflesso nuovamente verso la sorgente e può quindi essere nuovamente riflesso verso l'antenna. Viene introdotto un ritardo pari al doppio del tempo di trasmissione del segnale lungo l'alimentatore. Se i dati vengono trasmessi, ciò può causare interferenze tra simboli e, in un altro esempio in cui viene trasmessa la televisione analogica, viene visualizzata un'immagine "fantasma".


È interessante notare che la perdita del livello del segnale causata da un VSWR scadente non è così grande come alcuni potrebbero immaginare. Qualsiasi segnale riflesso dal carico, viene riflesso di nuovo al trasmettitore e poiché l'abbinamento al trasmettitore può consentire di nuovo il riflesso del segnale all'antenna, le perdite subite sono fondamentalmente quelle introdotte dall'alimentatore. 


Ci sono altri bit importanti da misurare nell'efficienza dell'antenna: il coefficiente di riflessione, la perdita di disadattamento e la perdita di ritorno per citarne alcuni. VSWR non è la fine della teoria dell'antenna, ma è importante.


Leggi anche: Cos'è il filtro passa basso e come costruire un filtro passa basso?

3) VSWR vs SWR vs PSWR vs ISWR

I termini VSWR e SWR sono spesso visti in letteratura sulle onde stazionarie nei sistemi RF e molti chiedono la differenza.


● VSWR (rapporto di onde stazionarie di tensione):

Il VSWR o il rapporto delle onde stazionarie di tensione si applica specificamente alle onde stazionarie di tensione che sono impostate su un alimentatore o una linea di trasmissione. Poiché è più facile rilevare le onde stazionarie di tensione e in molti casi le tensioni sono più importanti in termini di guasto del dispositivo, viene spesso usato il termine VSWR, specialmente nelle aree di progettazione RF.


● SWR (rapporto onde stazionarie):

SWR sta per rapporto d'onda stazionaria. Puoi vederlo come espressione matematica della non uniformità di un campo elettromagnetico (campo EM) su una linea di trasmissione come un cavo coassiale. Di solito, l'SWR è definito come il rapporto tra la massima tensione di radiofrequenza (RF) e la minima tensione RF lungo la linea. Il rapporto delle onde stazionarie (SWR) ha tre caratteristiche:


SWR ha le seguenti caratteristiche:

● Descrive le onde stazionarie di tensione e corrente che appaiono sulla linea. 

● It è una descrizione generica per onde stazionarie di corrente e tensione. 

● It viene spesso utilizzato in associazione ai misuratori utilizzati per rilevare il rapporto delle onde stazionarie. 

AVVISO: Sia la corrente che la tensione aumentano e diminuiscono della stessa proporzione per un dato disadattamento.


Un alto SWR indica una scarsa efficienza della linea di trasmissione e energia riflessa, che può danneggiare il trasmettitore e diminuire l'efficienza del trasmettitore. Poiché SWR si riferisce comunemente al rapporto di tensione, è solitamente noto come rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR).


● PSWR (rapporto di onde stazionarie di potenza):

Il termine rapporto di onda stazionaria di potenza, che è anche visto alcune volte, è definito come il quadrato del VSWR. Tuttavia questo è un errore completo poiché la potenza diretta e riflessa sono costanti (assumendo che non ci siano perdite di alimentazione) e la potenza non aumenta e non diminuisce allo stesso modo delle forme d'onda stazionarie di tensione e corrente che sono la somma degli elementi sia diretti che riflessi.


● ISWR (Current Standing Wave Ratio):

L'SWR può anche essere definito come il rapporto tra la corrente RF massima e la corrente RF minima sulla linea (rapporto corrente di onde stazionarie o ISWR). Per la maggior parte degli scopi pratici, ISWR è lo stesso di VSWR.


Dalla comprensione di alcune persone di SWR e VSWR nella loro forma di base è che un perfetto 1: 1. SWR significa che tutta la potenza che stai mettendo sulla linea viene spinta fuori dall'antenna. Se l'SWR non è 1: 1, stai emettendo più potenza di quella necessaria e parte di quella potenza viene quindi riflessa lungo la linea verso il tuo trasmettitore e quindi causa una collisione che farebbe sì che il tuo segnale non sia così pulito e chiaro.


Ma qual è la differenza tra VSWR e SWR? SWR (rapporto delle onde stazionarie) è un concetto, cioè il rapporto delle onde stazionarie. VSWR è in realtà il modo in cui effettui la misurazione, misurando le tensioni per determinare l'SWR. È inoltre possibile misurare l'SWR misurando le correnti o anche la potenza (ISWR e PSWR). Ma per la maggior parte degli intenti e degli scopi, quando qualcuno dice che SWR intende VSWR, nella conversazione comune sono intercambiabili.


Sembri afferrare l'idea che sia correlato al rapporto tra quanta potenza sta andando in avanti all'antenna e quanta viene riflessa indietro e che (nella maggior parte dei casi) la potenza viene spinta verso l'antenna. Tuttavia, le affermazioni "stai erogando più potenza di quanto è necessario" e "quindi provoca una collisione che farebbe sì che il tuo segnale non sia così pulito" non sono corrette


VSWR contro Rleflected Power


Nei casi di SWR più elevato, una parte o molta della potenza viene semplicemente riflessa al trasmettitore. Non ha nulla a che fare con un segnale pulito e ha tutto a che fare con la protezione del trasmettitore dal bruciarsi e l'SWR è indipendentemente dalla quantità di potenza che stai pompando. Significa semplicemente che alla frequenza, il sistema di antenna non è efficiente come un radiatore. Ovviamente, se stai cercando di trasmettere a una frequenza, preferiresti che la tua antenna abbia il più basso SWR possibile (di solito qualsiasi cosa inferiore a 2: 1 non è così male sulle bande inferiori e 1.5: 1 è buono per le bande più alte) , ma molte antenne multibanda possono essere a 10: 1 su alcune bande e potresti scoprire di essere in grado di operare in modo accettabile.


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4) VSWR ed efficienza del sistema
In un sistema ideale, il 100% dell'energia viene trasmessa dagli stadi di potenza al carico. Ciò richiede una corrispondenza esatta tra l'impedenza della sorgente (l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione e tutti i suoi connettori) e l'impedenza di carico. La tensione CA del segnale sarà la stessa da un capo all'altro poiché passa senza interferenze.


VSWR vs.% di potenza riflessa


In un sistema reale, impedenze non corrispondenti fanno sì che parte della potenza venga riflessa verso la sorgente (come un'eco). Queste riflessioni causano interferenze costruttive e distruttive, portando a picchi e avvallamenti nella tensione, che variano con il tempo e la distanza lungo la linea di trasmissione. VSWR quantifica queste variazioni di tensione, quindi un'altra definizione comunemente usata per il rapporto di onda stazionaria di tensione è che è il rapporto tra la tensione più alta e la tensione più bassa, in qualsiasi punto della linea di trasmissione.


Per un sistema ideale, la tensione non varia. Pertanto, il suo VSWR è 1.0 (o più solitamente espresso come un rapporto di 1: 1). Quando si verificano le riflessioni, le tensioni variano e il VSWR è più alto, ad esempio 1.2 (o 1.2: 1). L'aumento del VSWR è correlato alla ridotta efficienza della linea di trasmissione (e quindi del trasmettitore complessivo).


L'efficienza delle linee di trasmissione aumenta di:
1. Aumento della tensione e del fattore di potenza
2. Aumento della tensione e diminuzione del fattore di potenza
3. Diminuzione della tensione e del fattore di potenza
4. Diminuzione della tensione e aumento del fattore di potenza

Ci sono quattro grandezze che descrivono l'efficacia del trasferimento di potenza da una linea a un carico o antenna: il VSWR, il coefficiente di riflessione, la perdita di disadattamento e la perdita di ritorno. 


Per ora, per avere un'idea del loro significato, li mostriamo graficamente nella figura successiva. Tre condizioni: 


● Le linee collegate a un carico abbinato;
● Le linee collegate a un'antenna unipolare corta che non è abbinata (l'impedenza di ingresso dell'antenna è 20 - j80 ohm, rispetto all'impedenza della linea di trasmissione di 50 ohm);
● La linea è aperta all'estremità in cui avrebbe dovuto essere collegata l'antenna.




Curva verde - Onda stazionaria sulla linea da 50 ohm con carico di 50 ohm abbinato all'estremità

Con i suoi parametri e valore numerico come segue:

parametri  Valore numerico
Impedenza di carico
ohm 50 
Coefficiente di riflessione

ROS
1
Perdita di mancata corrispondenza
0 dB
Perdita di ritorno
- ∞ dB

Avviso: [Questo è perfetto; nessuna onda stazionaria; tutta la potenza va in antenna / carico]


Curva blu - Onda stazionaria su una linea da 50 ohm in un'antenna unipolare corta

Con i suoi parametri e valore numerico come segue:

parametri  Valore numerico
Impedenza di carico
20 - j80 ohm
Coefficiente di riflessione 0.3805 - j0.7080
Valore assoluto del coefficiente di riflessione
0.8038
ROS
9.2
Perdita di mancata corrispondenza
- 4.5 dB
Perdita di ritorno
-1.9 DB

Avviso: [Questo non è troppo buono; la potenza nel carico o l'antenna è inferiore a –4.5 dB rispetto a quella disponibile viaggiando verso il basso]


Curva rossa - Onda stazionaria in linea con circuito aperto all'estremità sinistra (terminali dell'antenna)

Con i suoi parametri e valore numerico come segue:

parametri  Valore numerico
Impedenza di carico

Coefficiente di riflessione

ROS

Perdita di mancata corrispondenza
- 0 dB
Perdita di ritorno
0 dB

Avviso: [Questo è molto brutto: nessuna potenza trasferita oltre la fine della linea]


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3. Indicatori di parametri importanti di SWR


1) Linee di trasmissione e SWR

Qualsiasi conduttore che trasporta una corrente CA può essere trattato come una linea di trasmissione, come quei giganti in testa che distribuiscono l'alimentazione CA in tutto il paesaggio. Incorporare tutte le diverse forme di linee di trasmissione ricadrebbe notevolmente al di fuori dello scopo di questo articolo, quindi limiteremo la discussione alle frequenze da circa 1 MHz a 1 GHz ea due tipi comuni di linea: coassiale (o "coassiale") e conduttore parallelo (noto anche come filo aperto, linea finestra, linea scala o cavo doppio come lo chiameremo) come mostrato nella Figura 1.



Spiegazione: Il cavo coassiale (A) è costituito da un conduttore centrale solido o intrecciato circondato da un dielettrico isolante in plastica o aria e da uno schermo tubolare che può essere solido o intrecciato. Una guaina di plastica circonda la schermatura per proteggere i conduttori. Il doppio conduttore (B) è costituito da una coppia di fili solidi o flessibili paralleli. I fili sono tenuti in posizione da plastica stampata (linea finestra, doppia derivazione) o da isolatori in ceramica o plastica (linea scala).



La corrente scorre lungo la superficie dei conduttori (vedere la barra laterale su “Effetto pelle”) in direzioni opposte. Sorprendentemente, l'energia RF che scorre lungo la linea non fluisce realmente nei conduttori dove si trova la corrente. Viaggia come un'onda elettromagnetica (EM) nello spazio tra e intorno ai conduttori. 


La Figura 1 indica dove si trova il campo sia nel cavo coassiale che in quello a doppia derivazione. Per il cavo coassiale, il campo è completamente contenuto nel dielettrico tra il conduttore centrale e lo schermo. Per i doppi cavi, tuttavia, il campo è più forte intorno e tra i conduttori ma senza uno schermo circostante, parte del campo si estende nello spazio attorno alla linea.


Questo è il motivo per cui il cavo coassiale è così popolare: non consente ai segnali interni di interagire con segnali e conduttori esterni alla linea. Il doppio cavo, invece, deve essere tenuto ben lontano (bastano poche larghezze di tratto) da altre linee di alimentazione e da qualsiasi tipo di superficie metallica. Perché usare la doppia derivazione? Generalmente ha perdite inferiori rispetto al cavo coassiale, quindi è una scelta migliore quando la perdita del segnale è una considerazione importante.



Tutorial sulla linea di trasmissione per principianti (Fonte: AT&T)



Cos'è l'effetto pelle?
Al di sopra di circa 1 kHz, le correnti CA fluiscono in uno strato sempre più sottile lungo la superficie dei conduttori. Questo è il effetto pelle. Si verifica perché le correnti parassite all'interno del conduttore creano campi magnetici che spingono la corrente verso la superficie esterna del conduttore. A 1 MHz nel rame, la maggior parte della corrente è limitata agli 0.1 mm esterni del conduttore e, a 1 GHz, la corrente viene compressa in uno strato spesso solo pochi µm.


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2) Riflessione e coefficienti di trasmissione


Il coefficiente di riflessione è la frazione di un segnale incidente riflesso da una mancata corrispondenza. Il coefficiente di riflessione è espresso come ρ o Γ, ma questi simboli possono anche essere usati per rappresentare VSWR. È direttamente correlato al VSWR da




 | Γ | = (VSWR - 1) / (VSWR + 1) (A)

Figura. Questa è la frazione di un segnale riflesso dall'impedenza di carico e talvolta viene espressa come percentuale.


Per una corrispondenza perfetta, nessun segnale viene riflesso dal carico (cioè è totalmente assorbito), quindi il coefficiente di riflessione è zero. 


Per un circuito aperto o cortocircuito, l'intero segnale viene riflesso, quindi il coefficiente di riflessione in entrambi i casi è 1. Si noti che questa discussione si occupa solo dell'ampiezza del coefficiente di riflessione.  


Γ ha anche un angolo di fase associato, che distingue tra un cortocircuito e un circuito aperto, nonché tutti gli stati intermedi. 


Ad esempio, la riflessione da un circuito aperto produce un angolo di fase di 0 gradi tra l'onda incidente e l'onda riflessa, il che significa che il segnale riflesso si aggiunge in fase con il segnale in ingresso nella posizione del circuito aperto; cioè l'ampiezza dell'onda stazionaria è doppia rispetto a quella dell'onda in arrivo. 


Al contrario, un cortocircuito si traduce in un angolo di fase di 180 gradi tra il segnale incidente e riflesso, il che significa che il segnale riflesso è opposto in fase al segnale in ingresso, quindi le loro ampiezze si sottraggono, risultando zero. Questo può essere visto nelle Figure 1a e b.

Dove il coefficiente di riflessione è la frazione di un segnale incidente riflesso da un disadattamento di impedenza in un circuito o linea di trasmissione, il coefficiente di trasmissione è la frazione del segnale incidente che appare in uscita. 


È una funzione del segnale che viene riflesso e delle interazioni del circuito interno. Ha anche un'ampiezza e una fase corrispondenti.




3) Che cos'è la perdita di ritorno e la perdita di inserzione?

La perdita di ritorno è il rapporto tra il livello di potenza del segnale riflesso e il livello di potenza del segnale di ingresso espresso in decibel (dB), cioè,

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

Figura 2. Perdita di ritorno e perdita di inserzione in un circuito senza perdite o in una linea di trasmissione.

Nella Figura 2, un segnale 0 dBm, Pi, viene applicato alla linea di trasmissione. La potenza riflessa, Pr, è mostrata come −10 dBm e la perdita di ritorno è 10 dB. Più alto è il valore, migliore è la corrispondenza, cioè, per una corrispondenza perfetta, la perdita di ritorno, idealmente, è ∞, ma una perdita di ritorno da 35 a 45 dB, di solito è considerata una buona corrispondenza. Allo stesso modo, per un circuito aperto o un cortocircuito, la potenza incidente viene riflessa indietro. La perdita di ritorno per questi casi è 0 dB.

La perdita di inserzione è il rapporto tra il livello di potenza del segnale trasmesso e il livello di potenza del segnale di ingresso espresso in decibel (dB), cioè,

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

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

Facendo riferimento alla Figura 2, Pr di -10 dBm significa che viene riflesso il 10 percento della potenza incidente. Se il circuito o la linea di trasmissione è senza perdite, viene trasmesso il 90 percento della potenza incidente. La perdita di inserzione è quindi di circa 0.5 dB, con una potenza di trasmissione di -0.5 dBm. Se ci fossero perdite interne, la perdita di inserzione sarebbe maggiore.



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4) Cosa sono i parametri S?


Figura. Rappresentazione del parametro S di un circuito a microonde a due porte.

Utilizzando i parametri S, le prestazioni RF di un circuito possono essere completamente caratterizzate senza la necessità di conoscerne la composizione interna. Per questi scopi, il circuito viene comunemente definito "scatola nera". I componenti interni possono essere attivi (cioè amplificatori) o passivi. Le uniche clausole sono che i parametri S siano determinati per tutte le frequenze e condizioni (ad esempio, temperatura, polarizzazione dell'amplificatore) di interesse e che il circuito sia lineare (ovvero, la sua uscita è direttamente proporzionale al suo ingresso). La Figura 3 è una rappresentazione di un semplice circuito a microonde con un ingresso e un'uscita (chiamati porte). Ogni porta ha un segnale incidente (a) e un segnale riflesso (b). Conoscendo i parametri S (cioè S11, S21, S12, S22) di questo circuito, si può determinare il suo effetto su qualsiasi sistema in cui è installato.

I parametri S sono determinati mediante misurazione in condizioni controllate. Utilizzando una speciale apparecchiatura di test chiamata analizzatore di rete, un segnale (a1) viene immesso nella porta 1 con la porta 2 terminata in un sistema con un'impedenza controllata (tipicamente 50 ohm). L'analizzatore misura e registra simultaneamente a1, b1 e b2 (a2 = 0). Il processo viene quindi invertito, ovvero con un segnale (a2) in ingresso alla Porta 2, l'analizzatore misura a2, b2 e b1 (a1 = 0). Nella sua forma più semplice, l'analizzatore di rete misura solo le ampiezze di questi segnali. Questo è chiamato analizzatore di rete scalare ed è sufficiente per determinare quantità come VSWR, RL e IL. Per la caratterizzazione completa del circuito, tuttavia, è necessaria anche la fase e richiede l'uso di un analizzatore di rete vettoriale. I parametri S sono determinati dalle seguenti relazioni:

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

S11 e S22 sono rispettivamente i coefficienti di riflessione delle porte di ingresso e di uscita del circuito; mentre S21 e S12 sono i coefficienti di trasmissione diretta e inversa del circuito. RL è correlato ai coefficienti di riflessione dalle relazioni

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

IL è correlato ai coefficienti di trasmissione dei circuiti dalle relazioni

IL dalla porta 1 alla porta 2 (dB) = -20 log10 | S21 | e IL dalla porta 2 alla porta 1 (dB) = -20 log10 | S12 | (F)

Questa rappresentazione può essere estesa ai circuiti a microonde con un numero arbitrario di porte. Il numero di parametri S aumenta del quadrato del numero di porte, quindi la matematica diventa più complessa, ma è gestibile utilizzando l'algebra matriciale.


5) Che cos'è la corrispondenza dell'impedenza?

L'impedenza è l'opposizione incontrata dall'energia elettrica mentre si allontana dalla sua fonte.  


La sincronizzazione del carico e dell'impedenza della sorgente annullerà l'effetto che porta al massimo trasferimento di potenza. 


Questo è noto come il teorema del trasferimento di potenza massima: il teorema del trasferimento di potenza massima è fondamentale nei gruppi di trasmissione a radiofrequenza e, in particolare, nella configurazione delle antenne RF.



La corrispondenza dell'impedenza è fondamentale per il funzionamento efficiente delle configurazioni RF in cui si desidera spostare la tensione e la potenza in modo ottimale. Nella progettazione RF, la corrispondenza della sorgente e delle impedenze di carico massimizzerà la trasmissione della potenza RF. Le antenne riceveranno il trasferimento di potenza massimo o ottimale dove la loro impedenza è abbinata all'impedenza di uscita della sorgente di trasmissione.

L'impedenza di 50 Ohm è lo standard per la progettazione della maggior parte dei sistemi e dei componenti RF. Il cavo coassiale che sostiene la connettività in una gamma di applicazioni RF ha un'impedenza tipica di 50 Ohm. La ricerca RF condotta negli anni '1920 ha scoperto che l'impedenza ottimale per il trasferimento dei segnali RF sarebbe compresa tra 30 e 60 Ohm a seconda della tensione e del trasferimento di potenza. Avere un'impedenza relativamente standardizzata consente l'abbinamento tra cablaggio e componenti come antenne WiFi o Bluetooth, PCB e attenuatori. Alcuni tipi di antenna chiave hanno un'impedenza di 50 Ohm, inclusi ZigBee GSM GPS e LoRa

Coefficiente di riflessione - Wikipedia

Coefficiente di riflessione - Fonte: Wikipedia


Un disadattamento nell'impedenza porta a riflessioni di tensione e corrente, e nelle configurazioni RF ciò significa che la potenza del segnale verrà riflessa indietro alla sua sorgente, la proporzione essendo in base al grado di disadattamento. Questo può essere caratterizzato utilizzando il rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR) che è una misura dell'efficienza del trasferimento di potenza RF dalla sua sorgente a un carico, come un'antenna.

Il disadattamento tra la sorgente e le impedenze di carico, ad esempio un'antenna da 75 Ohm e un cablaggio coassiale da 50 Ohm, può essere superato utilizzando una gamma di dispositivi di adattamento dell'impedenza come resistori in serie, trasformatori, pad di adattamento dell'impedenza montati in superficie o sintonizzatori di antenna.

In elettronica, l'adattamento dell'impedenza implica la creazione o l'alterazione di un circuito o di un'applicazione elettronica o di un componente impostato in modo che l'impedenza del carico elettrico corrisponda all'impedenza della sorgente di alimentazione o di pilotaggio. Il circuito è progettato o adattato in modo che le impedenze appaiano le stesse.




Quando si osservano i sistemi che includono linee di trasmissione, è necessario comprendere che sorgenti, linee di trasmissione / alimentatori e carichi hanno tutti un'impedenza caratteristica. 50Ω è uno standard molto comune per le applicazioni RF, sebbene in alcuni sistemi si possano vedere occasionalmente altre impedenze.


Per ottenere il massimo trasferimento di potenza dalla sorgente alla linea di trasmissione, o dalla linea di trasmissione al carico, sia esso un resistore, un ingresso ad un altro sistema o un'antenna, i livelli di impedenza devono corrispondere.

In altre parole, per un sistema 50Ω il generatore di segnali o sorgenti deve avere un'impedenza di sorgente di 50Ω, la linea di trasmissione deve essere 50Ω e quindi anche il carico.



I problemi sorgono quando l'alimentazione viene trasferita nella linea di trasmissione o nell'alimentatore e si sposta verso il carico. Se si verifica una discrepanza, ovvero l'impedenza di carico non corrisponde a quella della linea di trasmissione, non è possibile trasferire tutta la potenza.


Poiché l'energia non può scomparire, l'energia che non viene trasferita nel carico deve andare da qualche parte e lì torna indietro lungo la linea di trasmissione verso la sorgente.



Quando ciò accade, le tensioni e le correnti delle onde in avanti e riflesse nell'alimentatore si sommano o sottraggono in punti diversi lungo l'alimentatore in base alle fasi. In questo modo si creano onde stazionarie.


Il modo in cui si verifica l'effetto può essere dimostrato con una lunghezza di corda. Se un'estremità viene lasciata libera e l'altra viene spostata verso l'alto e verso il basso, si può vedere che il movimento dell'onda si sposta verso il basso lungo la corda. Tuttavia, se un'estremità è fissa, viene impostato un movimento ad onda fissa e si possono vedere i punti di vibrazione minima e massima.


Quando la resistenza di carico è inferiore alla tensione di impedenza dell'alimentatore e vengono impostate le intensità di corrente. Qui la corrente totale nel punto di carico è superiore a quella della linea perfettamente abbinata, mentre la tensione è inferiore.



I valori di corrente e tensione lungo l'alimentatore variano lungo l'alimentatore. Per piccoli valori di potenza riflessa la forma d'onda è quasi sinusoidale, ma per valori più grandi diventa più simile a un'onda sinusoidale rettificata a onda piena. Questa forma d'onda è costituita da tensione e corrente dalla potenza diretta più tensione e corrente dalla potenza riflessa.



A una distanza di un quarto di lunghezza d'onda dal carico, le tensioni combinate raggiungono un valore massimo mentre la corrente è al minimo. A una distanza di mezza lunghezza d'onda dal carico, la tensione e la corrente sono le stesse del carico.

Una situazione simile si verifica quando la resistenza di carico è maggiore dell'impedenza dell'alimentatore, tuttavia questa volta la tensione totale sul carico è superiore al valore della linea perfettamente abbinata. La tensione raggiunge un minimo a una distanza di un quarto di lunghezza d'onda dal carico e la corrente è al massimo. Tuttavia, a una distanza di mezza lunghezza d'onda dal carico, la tensione e la corrente sono le stesse del carico.



Quindi quando c'è un circuito aperto posto alla fine della linea, il modello di onda stazionaria per l'alimentatore è simile a quello del corto circuito, ma con i modelli di tensione e corrente invertiti.



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6) Cos'è l'energia riflessa?
Quando un'onda trasmessa colpisce un confine come quello tra la linea di trasmissione senza perdite e il carico (vedere la Figura 1. sotto), una parte di energia verrà trasmessa al carico e un'altra verrà riflessa. Il coefficiente di riflessione mette in relazione le onde in arrivo e riflesse come:

Γ = V- / V + (Eq.1)

Dove V- è l'onda riflessa e V + è l'onda in arrivo. Il VSWR è correlato all'entità del coefficiente di riflessione della tensione (Γ) per:

VSWR = (1 + | Γ |) / (1 - | Γ |) (Eq.2)


Figura 1. Circuito della linea di trasmissione che illustra il confine del disadattamento di impedenza tra la linea di trasmissione e il carico. Le riflessioni si verificano al confine designato da Γ. L'onda incidente è V + e l'onda riflettente è V-.


Il VSWR può essere misurato direttamente con un contatore SWR. Uno strumento di test RF come un analizzatore di rete vettoriale (VNA) può essere utilizzato per misurare i coefficienti di riflessione della porta di ingresso (S11) e della porta di uscita (S22). S11 e S22 sono equivalenti a Γ rispettivamente alla porta di ingresso e di uscita. I VNA con modalità matematiche possono anche calcolare e visualizzare direttamente il valore VSWR risultante.


La perdita di ritorno sulle porte di ingresso e uscita può essere calcolata dal coefficiente di riflessione, S11 o S22, come segue:


RLIN = 20log10 | S11 | dB (Eq.3)

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


Il coefficiente di riflessione viene calcolato dall'impedenza caratteristica della linea di trasmissione e dall'impedenza di carico come segue:


Γ = (ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO) (Eq.5)


Dove ZL è l'impedenza di carico e ZO è l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione (Figura 1).


VSWR può anche essere espresso in termini di ZL e ZO. Sostituendo l'equazione 5 nell'equazione 2, otteniamo:


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


Per ZL> ZO, | ZL - ZO | = ZL - ZO


Perciò:


VSWR = (ZL + ZO + ZL - ZO) / (ZL ​​+ ZO - ZL + ZO) = ZL / ZO. (Eq.6)
Per ZL <ZO, | ZL - ZO | = ZO - ZL


Perciò:


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


Abbiamo notato sopra che VSWR è una specifica fornita in forma di rapporto rispetto a 1, ad esempio 1.5: 1. Esistono due casi speciali di VSWR, ∞: 1 e 1: 1. Un rapporto tra infinito e uno si verifica quando il carico è un circuito aperto. Un rapporto di 1: 1 si verifica quando il carico è perfettamente adattato all'impedenza caratteristica della linea di trasmissione.


Il VSWR è definito dall'onda stazionaria che sorge sulla linea di trasmissione stessa da:


VSWR = | VMAX | / | VMIN | (Eq.8)

Dove VMAX è l'ampiezza massima e VMIN è l'ampiezza minima dell'onda stazionaria. Con due onde super-imposte, il massimo si verifica con interferenza costruttiva tra le onde in entrata e quelle riflesse. Così:


VMAX = V + + V- (Eq.9)


per la massima interferenza costruttiva. L'ampiezza minima si verifica con interferenza decostruttiva, oppure:

VMIN = V + - V- (Eq.10)


Sostituendo le equazioni 9 e 10 nei rendimenti dell'equazione 8


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

Sostituiamo l'equazione 1 nell'equazione 11, otteniamo:


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


L'equazione 12 è l'equazione 2 dichiarata all'inizio di questo articolo.


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4. Calcolatore VSWR: come calcolare VSWR? 


La componente di tensione di un'onda stazionaria in una linea di trasmissione uniforme è costituita dall'onda diretta (con ampiezza Vf) sovrapposta all'onda riflessa (con ampiezza Vr). Le riflessioni si verificano a seguito di discontinuità, come un'imperfezione in una linea di trasmissione altrimenti uniforme, o quando una linea di trasmissione termina con una impedenza diversa da quella caratteristica.


Se si è interessati a determinare le prestazioni delle antenne, il VSWR deve essere sempre misurato ai terminali dell'antenna stessa piuttosto che all'uscita del trasmettitore. A causa delle perdite ohmiche nel cablaggio di trasmissione, si creerà l'illusione di avere un VSWR dell'antenna migliore, ma questo è solo perché queste perdite smorzano l'impatto di una riflessione improvvisa sui terminali dell'antenna.

Poiché l'antenna di solito si trova a una certa distanza dal trasmettitore, richiede una linea di alimentazione per trasferire l'alimentazione tra i due. Se la linea di alimentazione non ha perdite e corrisponde sia all'impedenza di uscita del trasmettitore che all'impedenza di ingresso dell'antenna, la potenza massima verrà erogata all'antenna. In questo caso, il VSWR sarà 1: 1 e la tensione e la corrente saranno costanti su tutta la lunghezza della linea di alimentazione.


1) Calcolo VSWR

La perdita di ritorno è una misura in dB del rapporto tra la potenza nell'onda incidente e quella nell'onda riflessa, e la definiamo avere un valore negativo.


Perdita di ritorno = 10 log (Pr / Pi) = 20 log (Er / Ei)

Ad esempio, se un carico ha una perdita di ritorno di -10 dB, viene riflesso 1/10 della potenza incidente. Maggiore è la perdita di ritorno, minore è la potenza effettivamente persa.

Di notevole interesse è anche la perdita di disallineamento. Questa è una misura di quanto la potenza trasmessa viene attenuata a causa della riflessione. È dato dalla seguente relazione:


Perdita per mancata corrispondenza = 10 log (1 -p2)


Ad esempio, dalla tabella n. 1 un'antenna con un VSWR di 2: 1 avrebbe un coefficiente di riflessione di 0.333, una perdita di disadattamento di -0.51 dB e una perdita di ritorno di -9.54 dB (l'11% della potenza del trasmettitore viene riflessa all'indietro )


2) Grafico di accumulo VSWR gratuito


Ecco un semplice grafico di calcolo VSWR. 


Ricorda sempre che VSWR dovrebbe essere un numero maggiore di 1.0


ROS Coefficiente di riflessione (Γ) Potenza riflessa (%) Perdita di tensione
Potenza riflessa (dB)
Perdita di ritorno
Perdita di mancata corrispondenza (dB)
1
0.00 0.00 0 -Infinito infinito 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


Lettura extra: VSWR nell'antenna



Il rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR) è un'indicazione della quantità di disadattamento tra un'antenna e la linea di alimentazione che si collega ad essa. Questo è anche noto come rapporto di onda stazionaria (SWR). L'intervallo di valori per VSWR va da 1 a ∞. 


Un valore VSWR inferiore a 2 è considerato adatto per la maggior parte delle applicazioni di antenna. L'antenna può essere descritta come avente una "buona corrispondenza". Quindi, quando qualcuno dice che l'antenna è scarsamente abbinata, molto spesso significa che il valore VSWR supera 2 per una frequenza di interesse. 


La perdita di ritorno è un'altra specifica di interesse ed è trattata in modo più dettagliato nella sezione Teoria dell'antenna. Una conversione comunemente richiesta è tra perdita di ritorno e VSWR e alcuni valori sono tabulati nel grafico, insieme a un grafico di questi valori per un riferimento rapido.


Da dove vengono questi calcoli? Bene, inizia con la formula per VSWR:



Se invertiamo questa formula, possiamo calcolare il coefficiente di riflessione (o la perdita di ritorno, s11) dal VSWR:



Ora, questo coefficiente di riflessione è effettivamente definito in termini di tensione. Vogliamo davvero sapere quanto potere viene riflesso. Questo sarà proporzionale al quadrato della tensione (V ^ 2). Quindi, la potenza riflessa in percentuale sarà:



Possiamo convertire la potenza riflessa in decibel semplicemente:



Infine, la potenza viene riflessa o fornita all'antenna. L'importo consegnato all'antenna è scritto come () ed è semplicemente (1- ^ 2). Questo è noto come perdita di mancata corrispondenza. Questa è la quantità di potenza persa a causa del disadattamento di impedenza e possiamo calcolarlo abbastanza facilmente:



E questo è tutto ciò che dobbiamo sapere per andare avanti e indietro tra VSWR, s11 / return loss e mismatch loss. Spero che tu abbia passato dei bei momenti come me.


Tabella di conversione: da dBm a dBW e W (watt)

In questa tabella presentiamo come i valori di potenza in dBm, dBW e Watt (W) corrispondano tra loro.

Potenza (dBm)
Potenza (dBW)
Potenza ((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

-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
dove:
dBm = decibel-milliwatt
dBW = decibel-watt
MW = megawatt
KW = kilowatt
W = watt
mW = milliwatt
μW = microwatt
nW = nanowatt
pW = picowatt


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3) Formula VSWR

Questo programma è un'applet per il calcolo del rapporto di onde stazionarie (VSWR).

Quando si installa un'antenna e un sistema di trasmissione, è importante evitare la mancata corrispondenza dell'impedenza in qualsiasi parte del sistema. Qualsiasi discrepanza significa che una parte dell'onda di uscita viene riflessa verso il trasmettitore e il sistema diventa inefficiente. Possono verificarsi disallineamenti nelle interfacce tra varie apparecchiature, ad es. Trasmettitore, cavo e antenna. Le antenne hanno impedenza, che in genere è di 50 ohm (quando l'antenna ha le dimensioni corrette). Quando si verifica la riflessione, nel cavo vengono prodotte onde stazionarie.


Formula VSWR e coefficiente di riflessione:

Eq.1
Il coefficiente di riflessione Γ è definito come
Eq.2
Il rapporto VSWR o onda stazionaria di tensione
Formula
Formula

Gamma
ZL = Il valore in ohm del carico (in genere un'antenna)
Zo = L'impedenza caratteristica della linea di trasmissione in ohm
Sigma

Dato che ρ varierà da 0 a 1, i valori calcolati per VSWR saranno compresi tra 1 e infinito.

Valori calcolati
tra -1 ≦ Γ ≦ 1.
Valori calcolati
1 o un rapporto 1: 1.
Quando il valore è "-1".
Significa che si verifica una riflessione del 100% e nessuna potenza viene trasferita al carico. L'onda riflessa è sfasata di 180 gradi (invertita) con l'onda incidente.
Con circuito aperto

Questa è una condizione di circuito aperto senza antenna collegata. Significa che ZL è infinito e i termini Zo scompariranno nell'Eq.1, lasciando Γ = 1 (riflessione del 100%) e ρ = 1.


Nessuna potenza viene trasferita e VSWR sarà infinito.
Quando il valore è "1".
Significa che si verifica una riflessione del 100% e nessuna potenza viene trasferita al carico. L'onda riflessa è in fase con l'onda incidente.
Con corto circuito

Immagina che l'estremità del cavo abbia un cortocircuito. Significa che ZL è 0 e l'Eq.1 calcolerà Γ = -1 e ρ = 1.


Nessuna alimentazione viene trasferita e VSWR è infinito.
Quando il valore è "0".
Non si verifica alcun riflesso e tutta la potenza viene trasferita al carico. (IDEALE)
Con antenna correttamente abbinata.
Quando un'antenna abbinata correttamente è collegata, tutta l'energia viene trasferita all'antenna e convertita in radiazione. ZL è 50 ohm e l'Eq.1 calcolerà Γ come zero. Quindi VSWR sarà esattamente 1.
N/A N/A Con antenna abbinata in modo errato.
Quando viene collegata un'antenna non correttamente abbinata, l'impedenza non sarà più di 50 ohm e si verificherà una discrepanza di impedenza e parte dell'energia verrà riflessa. La quantità di energia riflessa dipende dal livello del disadattamento e quindi VSWR sarà un valore superiore a 1.

Quando si utilizza un cavo con un'impedenza caratteristica errata


Il cavo / linea di trasmissione utilizzato per collegare l'antenna al trasmettitore dovrà avere l'impedenza caratteristica corretta Zo. 


In genere, i cavi coassiali sono 50 ohm (75 ohm per televisori e satellitari) e i loro valori verranno stampati sui cavi stessi. 


La quantità di energia riflessa dipende dal livello di mancata corrispondenza e quindi VSWR sarà un valore superiore a 1.


Revisione:

Cosa sono le onde stazionarie? Un carico è collegato all'estremità della linea di trasmissione e il segnale scorre lungo di esso ed entra nel carico. Se l'impedenza di carico non corrisponde all'impedenza della linea di trasmissione, parte dell'onda viaggiante viene riflessa indietro verso la sorgente.


Quando si verifica la riflessione, questi viaggiano indietro lungo la linea di trasmissione e si combinano con le onde incidente per produrre onde stazionarie. È importante notare che l'onda risultante appare fissa come e non si propaga come un'onda normale e non trasferisce energia verso il carico. L'onda ha aree di ampiezza massima e minima chiamate rispettivamente anti-nodi e nodi.


Quando si collega l'antenna, se viene prodotto un VSWR di 1.5, l'efficienza energetica è del 96%. Quando viene prodotto un VSWR di 3.0, l'efficienza energetica è del 75%. Nell'uso effettivo, non è consigliabile superare un VSWR di 3.


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5. Come misurare il rapporto delle onde stazionarie - Spiegazione di Wikipedia
È possibile utilizzare molti metodi diversi per misurare il rapporto delle onde stazionarie. Il metodo più intuitivo utilizza una linea scanalata che è una sezione della linea di trasmissione con uno slot aperto che consente a una sonda di rilevare la tensione effettiva in vari punti lungo la linea. 


In questo modo i valori massimo e minimo possono essere confrontati direttamente. Questo metodo viene utilizzato in VHF e frequenze più alte. A frequenze più basse, tali linee sono difficilmente lunghe. Gli accoppiatori direzionali possono essere utilizzati in HF attraverso le frequenze delle microonde. 


Alcuni sono un quarto d'onda o più lunghi, il che limita il loro utilizzo alle frequenze più alte. Altri tipi di accoppiatori direzionali campionano la corrente e la tensione in un unico punto del percorso di trasmissione e le combinano matematicamente in modo da rappresentare la potenza che scorre in una direzione.


Il tipo comune di SWR / misuratore di potenza utilizzato nelle operazioni amatoriali può contenere un accoppiatore bidirezionale. Altri tipi utilizzano un singolo accoppiatore che può essere ruotato di 180 gradi per campionare la potenza che scorre in entrambe le direzioni. Gli accoppiatori unidirezionali di questo tipo sono disponibili per molti intervalli di frequenza e livelli di potenza e con valori di accoppiamento appropriati per il misuratore analogico utilizzato.


Un wattmetro direzionale che utilizza un elemento accoppiatore direzionale ruotabile


La potenza diretta e riflessa misurata dagli accoppiatori direzionali può essere utilizzata per calcolare l'SWR. I calcoli possono essere eseguiti matematicamente in forma analogica o digitale o utilizzando metodi grafici incorporati nel misuratore come scala aggiuntiva o leggendo dal punto di incrocio tra due aghi sullo stesso misuratore.


Gli strumenti di misura di cui sopra possono essere utilizzati "in linea" cioè la piena potenza del trasmettitore può passare attraverso il dispositivo di misura in modo da consentire il monitoraggio continuo dell'SWR. Altri strumenti, come analizzatori di rete, accoppiatori direzionali a bassa potenza e ponti d'antenna utilizzano bassa potenza per la misurazione e devono essere collegati al posto del trasmettitore. I circuiti a ponte possono essere utilizzati per misurare direttamente le parti reali e immaginarie di un'impedenza di carico e per utilizzare questi valori per derivare l'SWR. Questi metodi possono fornire più informazioni rispetto al semplice SWR o alla potenza diretta e riflessa. [11] Gli analizzatori di antenna indipendenti utilizzano vari metodi di misurazione e possono visualizzare l'SWR e altri parametri tracciati rispetto alla frequenza. Utilizzando accoppiatori direzionali e un ponte in combinazione, è possibile realizzare uno strumento in linea che legge direttamente in impedenza complessa o in SWR. [12] Sono disponibili anche analizzatori di antenna indipendenti che misurano più parametri.


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6. Fai domande frequenti

1) Che cosa causa un VSWR elevato?

Se il VSWR è troppo alto, potrebbe esserci troppa energia riflessa in un amplificatore di potenza, causando danni ai circuiti interni. In un sistema ideale, ci sarebbe un VSWR di 1: 1. Le cause di un valore VSWR elevato potrebbero essere l'uso di un carico improprio o qualcosa di sconosciuto come una linea di trasmissione danneggiata.


2) Come riduci VSWR?

Una tecnica per ridurre il segnale riflesso dall'ingresso o dall'uscita di qualsiasi dispositivo consiste nel posizionare un attenuatore prima o dopo il dispositivo. L'attenuatore riduce il segnale riflesso due volte il valore di attenuazione, mentre il segnale trasmesso riceve il valore di attenuazione nominale. (Suggerimenti: per sottolineare quanto siano importanti VSWR e RL per la tua rete, considera una riduzione delle prestazioni da VSWR di 1.3: 1 a 1.5: 1 - questa è una variazione della perdita di ritorno da 16 dB a 13 dB).


3) S11 è una perdita di ritorno?

In pratica, il parametro più comunemente citato per quanto riguarda le antenne è S11. S11 rappresenta la quantità di potenza riflessa dall'antenna, e quindi è noto come coefficiente di riflessione (a volte scritto come gamma: o perdita di ritorno ... Questa potenza accettata viene irradiata o assorbita come perdite all'interno dell'antenna.


4) Perché viene misurato il VSWR?

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), è una misura dell'efficienza con cui la potenza a radiofrequenza viene trasmessa da una fonte di alimentazione, attraverso una linea di trasmissione, in un carico (ad esempio, da un amplificatore di potenza attraverso una linea di trasmissione, a un'antenna) . In un sistema ideale, viene trasmesso il 100% dell'energia.


5) Come posso correggere un VSWR alto?

Se l'antenna è montata in basso sul veicolo, come sul paraurti o dietro la cabina di un camioncino, il segnale può rimbalzare sull'antenna, causando un alto SWR. Per alleviare questo problema, mantenere almeno i 12 pollici superiori dell'antenna sopra la linea del tetto e posizionare l'antenna il più in alto possibile sul veicolo.


6) Che cos'è una buona lettura VSWR?
La migliore lettura possibile è 1.01: 1 (perdita di ritorno di 46 dB), ma di solito è accettabile una lettura inferiore a 1.5: 1. Al di fuori del mondo perfetto, nella maggior parte dei casi, una perdita di ritorno di 1.2: 1 (20.8 dB) è perfetta. Per garantire una lettura accurata, è meglio collegare lo strumento alla base dell'antenna.


7) 1.5 SWR è buono?
Sì! La gamma ideale è SWR 1.0-1.5. C'è spazio per miglioramenti quando la gamma è SWR 1.5 - 1.9, ma SWR in questa gamma dovrebbe comunque fornire prestazioni adeguate. Occasionalmente, a causa di installazioni o variabili del veicolo, è impossibile ottenere un SWR inferiore a questo.


8) Come posso controllare il mio SWR senza un misuratore?
Ecco i passaggi per sintonizzare una radio CB senza un misuratore SWR:
1) Trova un'area con interferenze limitate.
2) Assicurati di avere una radio aggiuntiva.
3) Sintonizza entrambe le radio sullo stesso canale.
4) Parla in una radio e ascolta attraverso l'altra.
5) Allontanare una radio e notare quando il suono è chiaro.
6) Regola l'antenna secondo necessità.


9) È necessario regolare tutte le antenne CB?
Sebbene la sintonizzazione dell'antenna non sia necessaria per far funzionare il tuo sistema CB, ci sono una serie di ragioni importanti per cui dovresti sempre sintonizzare un'antenna: Prestazioni migliorate - Un'antenna adeguatamente sintonizzata funzionerà SEMPRE in modo più efficiente di un'antenna non sintonizzata.


10) Perché il mio SWR si alza quando parlo?

Una delle cause più comuni di letture SWR elevate è il collegamento errato del misuratore SWR alla radio e all'antenna. Se allegate in modo errato, le letture verranno riportate come estremamente alte anche se tutto è installato perfettamente. Consulta questo articolo per verificare che il tuo misuratore SWR sia installato correttamente.


7. Miglior gratis online Calcolatore VSWR nel 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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