VSWR (noto come Voltage Standing Wave Ratio), è una misura dell'efficacia con cui l'energia a radiofrequenza viene trasmessa da una fonte di alimentazione, attraverso una linea di trasmissione, a un carico (ad esempio, da un amplificatore di potenza attraverso una linea di trasmissione, verso un antenna).

Le onde stazionarie sono un valore chiave per qualsiasi sistema che utilizza linee di trasmissione / alimentatori in cui misure del VSWR, Il rapporto delle onde stazionarie in tensione è importante.

Le onde stazionarie sono un problema importante quando si osservano gli alimentatori / le linee di trasmissione, e il rapporto delle onde stazionarie o più comunemente il rapporto delle onde stazionarie di tensione, VSWR è una misura del livello delle onde stazionarie su un alimentatore.

Le onde stazionarie rappresentano una potenza non accettata dal carico e riflessa lungo la linea di trasmissione o l'alimentatore.

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.

Stanbasi ding wave
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.

Al fine di ottenere il massimo trasferimento di potenza dalla sorgente alla linea di trasmissione o dalla linea di trasmissione al carico, che si tratti di una resistenza, di un ingresso in un altro sistema o di 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.

L'alimentatore e il carico adeguati sono necessari per il massimo trasferimento di potenza

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.

La potenza viene riflessa quando lo fanno l'alimentatore e le impedenze di carico non corrisponde

Vedi anche: Perché ho bisogno di un circuito trasmettitore prima di un'antenna?

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.

Schemi di onde stazionarie di tensione e corrente per disadattamenti di piccola impedenza con carico inferiore all'impedenza dell'alimentatore

Vedi anche: Strumenti di calcolo VSWR

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.

Schema d'onda permanente di tensione e correntes per terminazione dell'alimentatore in corto circuito

Vedi Also: Comprensione delle riflessioni e delle onde stazionarie nella progettazione di circuiti RF

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.

Schemi di onde stazionarie in tensione e corrente per disadattamenti di piccola impedenza con carico elevatolei dell'impedenza dell'alimentatore

Vedi anche: Calcolo VSWR (SWR)

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.

Schemi di onde stazionarie in tensione e corrente per apertura terminazione dell'alimentatore di circuiti

Vedi anche: Realizza questo circuito ripetitore radio a casa

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

Definizione VSWR:
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 si verifica una perdita su qualsiasi alimentatore o linea di trasmissione. Per misurare il VSWR, viene rilevata la potenza diretta e inversa in quel punto sul sistema e questo viene convertito in un valore per VSWR. In questo modo, il VSWR viene misurato in un determinato punto e non è necessario determinare i massimi e i minimi di tensione lungo la lunghezza della linea.

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

SWR: SWR sta per rapporto di onda stazionaria. Descrive le onde stazionarie di tensione e corrente che appaiono sulla linea. È una descrizione generica per le onde stazionarie sia in corrente che in tensione. Viene spesso utilizzato in associazione con i misuratori utilizzati per rilevare il rapporto delle onde stazionarie. Sia la corrente che la tensione aumentano e diminuiscono della stessa proporzione per un dato disallineamento.

ROS: Il rapporto VSWR o onda stazionaria di tensione si applica specificamente alle onde stazionarie di tensione impostate su una linea di alimentazione o 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 utilizzato il termine VSWR, specialmente nelle aree di progettazione RF.

Il termine power standing waves è anche visto alcune volte. Tuttavia questo è un errore completo poiché la potenza diretta e riflessa sono costanti (supponendo che non vi siano perdite dell'alimentatore) e la potenza non aumenta e diminuisce allo stesso modo delle forme d'onda stazionarie di tensione e corrente che sono la somma di entrambi gli elementi diretti e riflessi.

Tipico Misuratore VSWR usato con un tranSmitter

In che modo VSWR influisce sulle prestazioni
Esistono diversi modi in cui VSWR influisce sulle prestazioni di a trasmettitore sistema o 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:

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 l'uscita TRAnsistori 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 fanno sì che il dispositivo funzioni al di fuori dei propri limiti.

La protezione PA riduce la potenza di 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.

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.

I ritardi causati dalle riflessioni 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".

Riduzione del segnale rispetto al sistema perfettamente abbinato: È interessante notare che la perdita di livello del segnale causata da uno scarso VSWR non è così grande come alcuni potrebbero immaginare. Qualsiasi segnale riflesso dal carico, viene riflesso al trasmettitore e poiché l'accoppiamento al trasmettitore può consentire al segnale di essere riflesso nuovamente sull'antenna, le perdite subite sono fondamentalmente quelle introdotte dall'alimentatore. A titolo indicativo, una lunghezza di 30 metri di cavo coassiale con una perdita di circa 1.5 dB a 30 MHz significa che un'antenna che funziona con un VSWR darà solo una perdita di poco più di 1 dB a questa frequenza rispetto a un'antenna perfettamente abbinata.

Il rapporto delle onde stazionarie è un parametro importante per qualsiasi sistema di alimentazione. Sebbene siano impostate sia le onde stazionarie di corrente che di tensione, spesso è il rapporto delle onde stazionarie di tensione che viene discusso più ampiamente, a causa del fatto che è più facile da rilevare e misurare.

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