Коэффициент стоячей волны

редактировать

В радиотехнике и телекоммуникации, коэффициент стоячей волны (КСВ ) является мерой согласования импеданса нагрузок с характеристическим импедансом линии линии передачи или волновод. Несовпадение импеданса приводит к возникновению стоячих волн вдоль линии передачи, а КСВ определяется как отношение амплитуды частичной стоячей волны в пучности (максимум) к амплитуде в узел (минимум) вдоль линии.

КСВ обычно понимается как максимальное и минимальное переменное напряжения вдоль линии передачи, что называется коэффициентом стоячей волны напряжения или КСВН. (иногда произносится как «визвар»). Например, значение VSWR 1,2: 1 означает, что напряжение переменного тока из-за стоячих волн вдоль линии передачи будет иметь пиковое значение, в 1,2 раза превышающее минимальное напряжение переменного тока вдоль этой линии, при условии, что длина линии составляет не менее половины длины волны. КСВ также можно определить как отношение максимальной амплитуды к минимальной амплитуде токов линии передачи, напряженности электрического поля или напряженности магнитного поля. Без учета потерь в линии передачи эти отношения идентичны.

Коэффициент стоячей волны мощности (PSWR ) определяется как квадрат КСВН, однако эта устаревшая терминология не имеет физического отношения к фактическим мощностям, задействованным в передаче..

КСВ обычно измеряется с помощью специального прибора, называемого измерителем КСВ. Поскольку КСВ является мерой импеданса нагрузки относительно характеристического импеданса используемой линии передачи (которые вместе определяют коэффициент отражения , как описано ниже), данный КСВ-метр может только интерпретировать импеданс, который он видит, в терминах КСВ, если он был разработан для этого конкретного характеристического импеданса. На практике большинство линий передачи, используемых в этих приложениях, представляют собой коаксиальные кабели с импедансом 50 или 75 Ом, поэтому большинство измерителей КСВ соответствуют одному из них.

Проверка КСВ - стандартная процедура на радиостанции. Хотя ту же информацию можно получить, измеряя импеданс нагрузки с помощью анализатора импеданса (или «моста импеданса»), измеритель КСВ проще и надежнее для этой цели. Измерение величины рассогласования импеданса на выходе передатчика позволяет выявить проблемы, связанные либо с антенной, либо с линией передачи.

Содержание

1 Согласование импеданса
2 Связь с коэффициентом отражения
3 Форма стоячей волны
4 Практическое значение КСВ
5 Методы измерения коэффициента стоячей волны
6 Мощность коэффициент стоячей волны
7 Влияние КСВ на медицинские приложения
8 См. также
9 Ссылки
10 Дополнительная литература
11 Внешние ссылки

Согласование импеданса

Используется КСВ как мера согласования импеданса нагрузки с характеристическим импедансом линии передачи, переносящей радиочастотные (RF) сигналы. Это особенно относится к линиям передачи, соединяющим радиопередатчики и приемники с их антеннами, а также к аналогичным видам использования радиочастотных кабелей, таких как подключение кабельного телевидения к ТВ-приемникам и усилители-распределители. Согласование импеданса достигается, когда импеданс источника является комплексно-сопряженной импеданса нагрузки. Самый простой способ добиться этого и способ минимизировать потери в линии передачи - это чтобы мнимая часть комплексного импеданса как источника, так и нагрузки была равна нулю, то есть чистые сопротивления, равные к характеристическому сопротивлению линии передачи. Когда существует несоответствие между импедансом нагрузки и линией передачи, часть прямой волны, направляемой к нагрузке, отражается обратно вдоль линии передачи к источнику. Затем источник видит импеданс, отличный от ожидаемого, что может привести к меньшей (или, в некоторых случаях, большей) мощности, подаваемой им, что очень чувствительно к электрической длине линии передачи.

Такое рассогласование обычно нежелательно и приводит к стоячим волнам вдоль линии передачи, что увеличивает потери в линии передачи (значительные на более высоких частотах и для более длинных кабелей). КСВ является мерой глубины этих стоячих волн и, следовательно, мерой согласования нагрузки с линией передачи. Согласованная нагрузка приведет к КСВ 1: 1, что означает отсутствие отраженной волны. Бесконечный КСВ представляет собой полное отражение от нагрузки, неспособной поглощать электрическую мощность, при этом вся падающая мощность отражается обратно к источнику.

Следует понимать, что согласование нагрузки с линией передачи отличается от согласования источника с линией передачи или согласования источника с нагрузкой, видимой через линию передачи. Например, если имеется полное соответствие между импедансом нагрузки Z нагрузка и импедансом источника Z источник = Z нагрузка, это идеальное совпадение сохранится, если источник и нагрузка подключены через линию передачи с электрической длиной в одну половину длины волны (или кратную половине длины волны) с использованием линии передачи с любым характеристическим сопротивлением Z 0. Однако КСВ обычно не будет 1: 1, в зависимости только от нагрузки Z и Z 0. При другой длине линии передачи источник будет видеть импеданс, отличный от Z load, который может или не может быть хорошим совпадением с источником. Иногда это делается намеренно, например, когда четвертьволновая секция согласования используется для улучшения согласования между источником и нагрузкой, которые иначе не совпадают.

Однако типичные источники RF, такие как передатчики и генераторы сигналов, предназначены для изучения чисто резистивного импеданса нагрузки, такого как 50 Ом или 75 Ом, соответствующего характеристическим сопротивлениям общих линий передачи. В этих случаях согласование нагрузки с линией передачи, Z load =Z0, всегда гарантирует, что источник будет видеть такое же полное сопротивление нагрузки, как если бы линии передачи не было. Это идентично КСВ 1: 1. Это условие (Z нагрузка =Z0) также означает, что нагрузка, воспринимаемая источником, не зависит от электрической длины линии передачи. Поскольку электрическая длина физического сегмента линии передачи зависит от частоты сигнала, нарушение этого условия означает, что импеданс, видимый источником через линию передачи, становится функцией частоты (особенно, если линия длинная), даже если Z нагрузка не зависит от частоты. Таким образом, на практике хороший КСВ (около 1: 1) подразумевает, что выходной сигнал передатчика видит точное сопротивление, которое он ожидает для оптимальной и безопасной работы.

Связь с коэффициентом отражения

Падающая волна (синяя) полностью отражается (красная волна) в противофазе от короткозамкнутого конца линии передачи, создавая стоячую волну сетевого напряжения (черная). Γ = −1, КСВ = ∞.

Стоячие волны на линии передачи, сетевое напряжение показано разными цветами в течение одного периода колебаний. Входящая слева волна (амплитуда = 1) частично отражается с (сверху вниз) Γ = 0,6, −0,333 и 0,8 ∠60 °. Результирующий КСВ = 4, 2, 9.

Составляющая напряжения стоячей волны в однородной линии передачи состоит из прямой волны (с комплексной амплитудой $V f {\ displaystyle V_ {f}}$ $V_ {f}$ ), наложенный на отраженную волну (с комплексной амплитудой $V r {\ displaystyle V_ {r}}$ $V_ {r}$ ).

Волна частично отражается, когда линия передачи заканчивается с полным сопротивлением, отличным от его характеристического сопротивления . коэффициент отражения $Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ можно определить как:

Γ = V r V f. {\ displaystyle \ Gamma = {\ frac {V_ {r}} {V_ {f}}}.}

{\ displaystyle \ Gamma = {\ frac {V_ {r}} {V_ {f}}}.}

или

Γ = ZL - ZOZL + ZO {\ displaystyle \ Gamma = {Z_ {L} - Z_ {O} \ over Z_ {L} + Z_ {O}}}

{\ displaystyle \ Гамма = {Z_ {L} -Z_ {O} \ over Z_ {L} + Z_ {O}}}

$Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ - это комплексное число, которое описывает как величину, так и фазовый сдвиг отражения. Простейшие случаи измерения $Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ при нагрузке:

$Γ = - 1 {\ displaystyle \ Gamma = -1}$ ${\ displaystyle \ Gamma = -1}$ : complete отрицательное отражение, когда линия закорочена,
$Γ = 0 {\ displaystyle \ Gamma = 0}$ $\ Gamma = 0$ : нет отражения, когда линия идеально совмещена,
$Γ = + 1 { \ displaystyle \ Gamma = + 1}$ ${\ displaystyle \ Gamma = + 1}$ : полное положительное отражение, когда линия разомкнута.

КСВ напрямую соответствует величине из $Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ .

В некоторых точках вдоль линии прямая и отраженная волны интерферируют конструктивно, точно по фазе, с результирующей амплитудой $V max {\ displaystyle V _ {\ text {max} }}$ $V_ \ text {max}$ определяется суммой амплитуд этих волн:

| V max | = | V f | + | V r | = | V f | + | Γ V f | = (1 + | Γ |) | V f |. {\ displaystyle {\ begin {align} | V _ {\ text {max}} | = | V_ {f} | + | V_ {r} | \\ = | V_ {f} | + | \ Gamma V_ { f} | \\ = (1+ | \ Gamma |) | V_ {f} |. \ end {align}}}

{\ displaystyle {\ begin {align} | V _ {\ text {max}} | = | V_ {f} | + | V_ {r} | \\ = | V_ {f} | + | \ Gamma V_ {f} | \\ = (1+ | \ Gamma |) | V_ {f} |. \ end {align}}}

В других точках волны интерферируют с отклонением по фазе на 180 ° с частичным подавлением амплитуд:

| V мин | = | V f | - | V r | = | V f | - | Γ V f | = (1 - | Γ |) | V f |. {\ displaystyle {\ begin {align} | V _ {\ text {min}} | = | V_ {f} | - | V_ {r} | \\ = | V_ {f} | - | \ Gamma V_ { f} | \\ = (1- | \ Gamma |) | V_ {f} |. \ end {align}}}

{\ displaystyle {\ begin {align} | V _ {\ text {min}} | = | V_ {f} | - | V_ {r} | \\ = | V_ {f} | - | \ Gamma V_ {f} | \\ = (1- | \ Gamma |) | V_ {f} |. \ End {align}}}

Тогда коэффициент стоячей волны напряжения будет

VSWR = | V max | | V мин | = 1 + | Γ | 1 - | Γ |. {\ displaystyle {\ text {VSWR}} = {\ frac {| V _ {\ text {max}} |} {| V _ {\ text {min}} |}} = {\ frac {1+ | \ Gamma | } {1- | \ Gamma |}}.}

{\ displaystyle {\ text {VSWR}} = {\ frac {| V _ {\ text {max}} |} {| V_ { \ text {min}} |}} = {\ frac {1+ | \ Gamma |} {1- | \ Gamma |}}.}

Поскольку величина $Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ всегда попадает в диапазон [0,1], КСВ всегда больше или равно единице. Обратите внимание, что фазы V f и V r изменяются вдоль линии передачи в противоположных направлениях друг к другу. Следовательно, комплексный коэффициент отражения $Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ также изменяется, но только по фазе. Поскольку КСВ зависит только от комплексной величины $Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ , можно видеть, что КСВ, измеренный в любой точке вдоль линии передачи (без учета потерь в линии передачи), имеет идентичное чтение.

Поскольку мощность прямой и отраженной волн пропорциональна квадрату составляющих напряжения каждой волны, КСВ можно выразить через прямую и отраженную мощность:

КСВ = 1 + P r / П ф 1 - П р / П ф. {\ displaystyle {\ text {SWR}} = {\ frac {1 + {\ sqrt {P_ {r} / P_ {f}}}} {1 - {\ sqrt {P_ {r} / P_ {f}}) }}}.}

{\ displaystyle {\ text {SWR}} = {\ frac {1 + {\ sqrt {P_ {r} / P_ {f}}}} {1 - {\ sqrt {P_ {r} / P_ {f}}}}}.}

Измеряя комплексное напряжение и ток в точке вставки, КСВ-метр может вычислить эффективное прямое и отраженное напряжения на линии передачи для характеристического импеданса, для которого был разработан КСВ-метр.. Поскольку прямая и отраженная мощность связана с квадратом прямого и отраженного напряжений, некоторые измерители КСВ также отображают прямую и отраженную мощность.

В особом случае нагрузки R L, которая является чисто резистивной, но не равна характеристическому импедансу линии передачи Z 0, КСВ задается просто по их соотношению:

SWR = (RLZ 0) ± 1 {\ displaystyle {\ text {SWR}} = \ left ({\ frac {R _ {\ text {L}}} {Z _ {\ text {0}) }}} \ right) ^ {\ pm 1}}

{\ displaystyle {\ text {SWR}} = \ left ({\ frac {R_ {\ text {L}}} {Z _ {\ text {0}}}} \ right) ^ {\ pm 1}}

с выбранным значением ± 1, чтобы получить значение больше единицы.

Образец стоячей волны

Использование комплексного обозначения амплитуд напряжения для сигнала на частоте $ν {\ displaystyle \ nu}$ $\ nu$ , фактические (реальные) напряжения V фактическое как функция времени t понимаются как относящиеся к комплексным напряжениям согласно:

V фактическое = ℜ (ei 2 π ν t V) {\ displaystyle V _ {\ text {actual}} = \ Re (e ^ {i2 \ pi \ nu t} V)}

V _ {\ text {actual}} = \ Re (e ^ {i2 \ pi \ nu t} V)

Таким образом, взяв действительную часть комплексной величины внутри скобок, фактическое напряжение будет иметь значение синусоидальная волна на частоте ν с максимальной амплитудой, равной комплексной величине V, и с фазой, заданной фазой комплексного V. Затем с положением вдоль линии передачи, заданным x, с концом линии в нагрузке, расположенной в x 0, комплексные амплитуды прямой и обратной волн будут записаны как:

V f (x) = e - ik (x - x 0) AV r (x) = Γ eik (x - x 0) A {\ displaystyle {\ begin {align} V_ {f} (x) = e ^ {- ik (x-x_ {0})} A \\ V_ {r} (x) = \ Gamma e ^ {ik (x- x_ {0})} A \ end {align}}}

{\ begin {align} V_ {f} (x) = e ^ {- ik (x-x_ {0})} A \\ V_ {r} (x) = \ Gamma e ^ {ik (x-x_ {0})} A \ end {выровнено} }

для некоторой комплексной амплитуды A (соответствующей прямой волне в x 0). Здесь k - волновое число , обусловленное направленной длиной волны вдоль линии передачи. Обратите внимание, что в некоторых вариантах лечения используются векторы, где зависимость от времени соответствует $e - i 2 π ν t {\ displaystyle e ^ {- i2 \ pi \ nu t}}$ $e ^ {- i2 \ pi \ nu t}$ и пространственной зависимости (для волна в направлении + x) $e + ik (x - x 0) {\ displaystyle e ^ {+ ik (x-x_ {0})}}$ $e ^ {+ ik (x-x_ {0})}$ . Любое соглашение дает тот же результат для V фактическое.

Согласно принципу суперпозиции чистое напряжение, присутствующее в любой точке x на линии передачи, равно сумме напряжений, возникающих из-за прямого и отраженные волны:

V net (x) = V f (x) + V r (x) = e - ik (x - x 0) (1 + Γ ei 2 k (x - x 0)) A { \ Displaystyle {\ begin {align} V _ {\ text {net}} (x) = V_ {f} (x) + V_ {r} (x) \\ = e ^ {- ik (x-x_ { 0})} \ left (1+ \ Gamma e ^ {i2k (x-x_ {0})} \ right) A \ end {align}}}

{\ displaystyle {\ begin {выровнено} V _ {\ text {net}} (x) = V_ {f} (x) + V_ {r} (x) \\ = e ^ {- ik (x-x_ {0})} \ left (1+ \ Gamma e ^ {i2k (x-x_ {0})} \ right) A \ end {align}}}

Поскольку нас интересуют вариации величины V net вдоль линии (как функция от x), вместо этого мы будем решать квадрат величины этой величины, что упрощает математику. Чтобы получить квадрат величины, мы умножаем указанную выше величину на комплексное сопряжение:

| V net (x) | 2 = V net (x) V net ∗ (x) = e - ik (x - x 0) (1 + Γ ei 2 k (x - x 0)) A e + ik (x - x 0) (1 + Γ ∗ e - i 2 k (x - x 0)) A ∗ = [1 + | Γ | 2 + 2 ℜ (Γ e i 2 k (x - x 0))] | А | 2 {\ displaystyle {\ begin {align} | V _ {\ text {net}} (x) | ^ {2} = V _ {\ text {net}} (x) V _ {\ text {net}} ^ { *} (x) \\ = e ^ {- ik (x-x_ {0})} \ left (1+ \ Gamma e ^ {i2k (x-x_ {0})} \ right) A \, e ^ {+ ik (x-x_ {0})} \ left (1+ \ Gamma ^ {*} e ^ {- i2k (x-x_ {0})} \ right) A ^ {*} \\ = \ left [1+ | \ Gamma | ^ {2} +2 \ Re (\ Gamma e ^ {i2k (x-x_ {0})}) \ right] | A | ^ {2} \ end {выровнено}} }

{\ displaystyle {\ begin {выровнено } | V _ {\ text {net}} (x) | ^ {2} = V _ {\ text {net}} (x) V _ {\ text {net}} ^ {*} (x) \\ = e ^ {- ik (x-x_ {0})} \ left (1+ \ Gamma e ^ {i2k (x-x_ {0})} \ right) A \, e ^ {+ ik (x-x_ { 0})} \ left (1+ \ Gamma ^ {*} e ^ {- i2k (x-x_ {0})} \ right) A ^ {*} \\ = \ left [1+ | \ Gamma | ^ {2} +2 \ Re (\ Gamma e ^ {i2k (x-x_ {0})}) \ right] | A | ^ {2} \ end {align}}}

В зависимости от фазы третьего члена максимальное и минимальное значения V net (квадратный корень из величины в уравнениях) равны (1 + | Γ |) | A | и (1 - | Γ |) | A | соответственно, для коэффициента стоячей волны:

КСВ = | V max | | V мин | = 1 + | Γ | 1 - | Γ | {\ displaystyle {\ text {SWR}} = {\ frac {| V _ {\ text {max}} |} {| V _ {\ text {min}} |}} = {\ frac {1+ | \ Gamma | } {1- | \ Gamma |}}}

{\ text {SWR}} = {\ frac {| V _ {\ text {max}} |} {| V _ {\ text {min}} |}} = {\ frac {1+ | \ Gamma |} {1- | \ Gamma |}}

, как утверждалось ранее. Вдоль строки приведенное выше выражение для $| V net (x) | 2 {\ displaystyle | V _ {\ text {net}} (x) | ^ {2}}$ $| V_ {\ text {net}} (x) | ^ {2}$ колеблется синусоидально между $| V мин | 2 {\ displaystyle | V _ {\ text {min}} | ^ {2}}$ $| V _ {\ text {min}} | ^ {2}$ и $| V max | 2 {\ displaystyle | V _ {\ text {max}} | ^ {2}}$ $| V _ {\ text {max}} | ^ { 2}$ с периодом 2π / 2k. Это половина длины направленной волны λ = 2π / k для частоты ν. Это можно увидеть из-за интерференции между двумя волнами той частоты, которые распространяются в противоположных направлениях.

Например, на частоте ν = 20 МГц (длина волны в свободном пространстве 15 м) в линии передачи, коэффициент скорости равен 2/3, длина управляемой волны (расстояние между пиками напряжения только прямой волны) будет λ = 10 м. В случаях, когда прямая волна при x = 0 находится в нулевой фазе (пиковое напряжение), тогда при x = 10 м она также будет в нулевой фазе, но при x = 5 м она будет в фазе 180 ° (пиковое отрицательное напряжение).. С другой стороны, величина напряжения из-за стоячей волны, создаваемой ее добавлением к отраженной волне, будет иметь длину волны между пиками только λ / 2 = 5 м. В зависимости от местоположения нагрузки и фазы отражения может быть пик с величиной V net при x = 1,3 м. Тогда будет найден другой пик, где | V net | = V max при x = 6,3 м, тогда как будет найден минимум стоячей волны | V net | = V min при x = 3,8 м, 8,8 м и т. Д.

Практическое значение КСВ

Пример оценки ширины полосы антенны согласно графику КСВН с помощью ANSYS HFSS

Наиболее распространенный случай измерения и исследования КСВ - установка и настройка передающих антенн. Когда передатчик подключается к антенне с помощью линии питания , импеданс точки возбуждения антенны должен соответствовать характеристическому сопротивлению линии передачи, чтобы передатчик мог видеть полное сопротивление. он был разработан для (импеданс питающей линии, обычно 50 или 75 Ом).

Импеданс конкретной конструкции антенны может варьироваться из-за ряда факторов, которые не всегда можно точно определить. Это включает в себя частоту передатчика (по сравнению с конструкцией антенны или резонансной частотой), высоту антенны и качество земли, близость к большим металлическим конструкциям и вариации точного размера проводников, используемых для сконструируйте антенну.

Когда антенна и фидер не имеют согласованного импеданса, передатчик обнаруживает неожиданный импеданс, при котором он может быть не в состоянии выработать свою полную мощность, а в некоторых случаях может даже повредить передатчик. Отраженная мощность в линии передачи увеличивает средний ток и, следовательно, потери в линии передачи по сравнению с мощностью, фактически передаваемой нагрузке. Именно взаимодействие этих отраженных волн с прямыми волнами приводит к появлению структуры стоячих волн с отрицательными последствиями, которые мы отметили.

Согласование импеданса антенны с импедансом фидерной линии иногда может быть достигнуто путем регулировки сама антенна, но в противном случае возможно использование антенного тюнера , устройства согласования импеданса. Установка тюнера между фидерной линией и антенной позволяет фидерной линии видеть нагрузку, близкую к ее характеристическому импедансу, при этом большая часть мощности передатчика (небольшая часть может рассеиваться внутри тюнера) будет излучаться антенной, несмотря на его полное сопротивление в противном случае неприемлемое. Установка тюнера между передатчиком и фидерной линией также может преобразовать импеданс, видимый на конце передатчика фидерной линии, в тот, который предпочитает передатчик. Однако в последнем случае линия питания по-прежнему имеет высокое значение КСВ, что приводит к увеличению потерь в линии питания.

Величина этих потерь зависит от типа линии передачи и ее длины. Они всегда увеличиваются с частотой. Например, определенная антенна, используемая далеко от ее резонансной частоты, может иметь КСВ 6: 1. Для частоты 3,5 МГц, когда антенна проходит через 75 метров коаксиального кабеля RG-8A, потери из-за стоячих волн составят 2,2 дБ. Однако такое же рассогласование 6: 1 через 75 метров коаксиального кабеля RG-8A приведет к потере 10,8 дБ на частоте 146 МГц. Таким образом, лучшее согласование антенны с фидерной линией, то есть более низкий КСВ, становится все более важным с увеличением частоты, даже если передатчик может приспособиться к видимому импедансу (или антенный тюнер используется между передатчиком и фидером). линия).

Некоторые типы передачи могут испытывать другие негативные эффекты от отраженных волн на линии передачи. Аналоговое телевидение может испытывать «призраков» от задержанных сигналов, передаваемых туда и обратно по длинной линии. FM-стерео также может быть затронуто, и цифровые сигналы могут испытывать задержанные импульсы, приводящие к битовым ошибкам. Когда время задержки для сигнала, идущего обратно вниз, а затем снова вверх, сравнимо с постоянными времени модуляции, возникают эффекты. По этой причине для этих типов передач требуется низкий КСВ на фиде, даже если потери, вызванные КСВ, могут быть приемлемыми и согласование выполняется на передатчике.

Методы измерения коэффициента стоячей волны

Пунктирная линия. Зонд перемещается по линии для измерения переменного напряжения. КСВ - это максимум, деленный на минимальное напряжение

Для измерения коэффициента стоячей волны можно использовать множество различных методов. Наиболее интуитивно понятный метод использует линию с прорезями , которая представляет собой участок линии передачи с открытым слотом, который позволяет датчику определять фактическое напряжение в различных точках вдоль линии. Таким образом, можно напрямую сравнивать максимальное и минимальное значения. Этот метод используется на УКВ и более высоких частотах. На более низких частотах такие линии непрактично длинные. Направленные ответвители могут использоваться на ВЧ через микроволновые частоты. Некоторые из них имеют длину четверть волны или более, что ограничивает их использование более высокими частотами. Направленные ответвители других типов производят выборку тока и напряжения в одной точке тракта передачи и математически комбинируют их таким образом, чтобы представить мощность, протекающую в одном направлении. КСВ / измеритель мощности общего типа, используемый в любительском режиме, может содержат двунаправленный ответвитель. В других типах используется один соединитель, который можно повернуть на 180 градусов для измерения мощности, протекающей в любом направлении. Однонаправленные ответвители этого типа доступны для многих частотных диапазонов и уровней мощности и с соответствующими значениями связи для используемого аналогового измерителя.

Направленный ваттметр с вращающимся элементом направленного ответвителя

Прямая и отраженная мощность, измеряемая направленными ответвителями, может использоваться для расчета КСВ. Вычисления могут быть выполнены математически в аналоговой или цифровой форме или с использованием графических методов, встроенных в счетчик в качестве дополнительной шкалы, или путем считывания от точки пересечения между двумя иглами на одном и том же счетчике.

Вышеупомянутые измерительные приборы могут использоваться «в линию», то есть полная мощность передатчика может проходить через измерительное устройство, чтобы обеспечить непрерывный мониторинг КСВ. Другие инструменты, такие как анализаторы цепей, маломощные направленные ответвители и антенные мосты, используют малую мощность для измерений и должны подключаться вместо передатчика. Мостовые схемы можно использовать для прямого измерения действительной и мнимой частей импеданса нагрузки и использования этих значений для получения КСВ. Эти методы могут предоставить больше информации, чем просто КСВ или прямая и отраженная мощность. Автономные антенные анализаторы используют различные методы измерения и могут отображать КСВ и другие параметры в зависимости от частоты. Используя в комбинации направленные ответвители и мост, можно создать линейный прибор, который считывает непосредственно комплексный импеданс или КСВ. Также доступны автономные антенные анализаторы, которые измеряют несколько параметров.

Коэффициент стоячей волны по мощности

Термин коэффициент стоячей волны по мощности (PSWR) иногда называют квадратом коэффициента стоячей волны по напряжению. Этот термин часто называют «вводящим в заблуждение». По словам Гридли:

Выражение «коэффициент мощности стоячей волны», которое иногда может встречаться, еще более вводит в заблуждение, поскольку распределение мощности вдоль линии без потерь является постоянным.....

— Дж.. Х. Гридли

Однако он действительно соответствует одному типу измерения КСВ с использованием того, что раньше было стандартным измерительным прибором на микроволновых частотах, щелевой линией. Щелевая линия представляет собой волновод (или заполненную воздухом коаксиальную линию), в котором небольшая чувствительная антенна, которая является частью кристаллического детектора или детектора, помещается в электрическое поле в линии. Напряжение, индуцированное в антенне, выпрямляется либо точечным контактным диодом (кристаллический выпрямитель), либо диодом с барьером Шоттки, встроенным в детектор. Эти детекторы имеют квадратичный выход для низких уровней входного сигнала. Таким образом, показания соответствовали квадрату электрического поля вдоль щели, E (x), с максимальным и минимальным показаниями E max и E min, обнаруживаемыми при перемещении зонда вдоль слот. Отношение этих значений дает квадрат КСВ, так называемый PSWR..

Этот метод рационализации терминов чреват проблемами. Квадратичный закон детекторного диода проявляется только тогда, когда напряжение на диоде ниже изгиба диода. Как только обнаруженное напряжение превышает колено, характеристика диода становится почти линейной. В этом режиме диод и связанный с ним фильтрующий конденсатор создают напряжение, пропорциональное пику измеряемого напряжения. У оператора такого детектора не будет готовой индикации режима, в котором работает детекторный диод, и поэтому различать результаты между КСВ или так называемым PSWR нецелесообразно. Возможно, даже хуже, это общий случай, когда минимальное обнаруженное напряжение ниже колена, а максимальное напряжение выше колена. В этом случае вычисленные результаты в значительной степени бессмысленны. Таким образом, термины PSWR и Power Standing Wave Ratio устарели и должны рассматриваться только с точки зрения устаревших измерений.

Влияние КСВ на медицинские приложения

КСВ также может иметь пагубное влияние на производительность медицинских приложений, основанных на СВЧ. В микроволновой электрохирургии антенна, которая помещается непосредственно в ткань, не всегда может иметь оптимальное соответствие с линией питания, что приводит к КСВ. Наличие КСВ может повлиять на компоненты мониторинга, используемые для измерения уровней мощности, влияя на надежность таких измерений.

См. Также

Ссылки

В этой статье используется общедоступный материал из документа General Services Administration : " Федеральный стандарт 1037C ".(в поддержку MIL-STD-188 )

Дополнительная литература

Понимание фундаментальных принципов векторного анализа сети, Hewlett Packard Примечание по применению 1287 -1, 1997

Внешние ссылки

Диаграмма стоячей волны Веб-приложение, которое рисует диаграмму стоячей волны и вычисляет КСВ, входной импеданс, коэффициент отражения и другие параметры
Отражение и КСВН Вспышка демонстрация отражения линии передачи и КСВ
КСВ - инструмент онлайн-преобразования между КСВ, обратными потерями и коэффициентом отражения
Онлайн-калькулятор КСВ
Учебник по КСВ Серия страниц, посвященных всем аспектам КСВН, коэффициенту отражения, обратным потерям, практическим аспектам, измерениям и т. Д.