"VSWR (전압 정재파 비율)은 전력 원에서 전송 라인을 통해 부하로 (예를 들어 전력 증폭기에서 전송 라인을 통해 안테나로) 무선 주파수 전력이 얼마나 효율적으로 전송되는지를 측정 한 것입니다. ). " 이것이 VSWR의 개념입니다. VSWR의 영향 요인, 전송 시스템에 미치는 영향, SWR과의 차이 등과 같은 VSWR에 대한 자세한 내용.이 기사에서는 자세한 설명을 제공 할 수 있습니다.
"전송 라인 또는 도파관의 특성 임피던스에 대한 부하의 임피던스 매칭 측정. 임피던스 불일치는 전송 라인을 따라 정재파를 초래하며 SWR은 안티 노드 (최대)에서 부분 정재파 진폭의 비율로 정의됩니다. 선을 따라 노드 (최소)의 진폭. "
SWR은 일반적으로 SWR 미터. SWR은 사용중인 전송선의 특성 임피던스와 관련된 부하 임피던스의 척도이므로 (아래에 설명 된대로 반사 계수를 함께 결정) 주어진 SWR 미터는 다음과 같은 경우에만 SWR 측면에서 보는 임피던스를 해석 할 수 있습니다. 특정 특성 임피던스를 위해 설계되었습니다. 실제로 이러한 응용 분야에 사용되는 대부분의 전송 라인은 임피던스가 50 또는 75 옴인 동축 케이블이므로 대부분의 SWR 미터는 이들 중 하나에 해당합니다.
SWR 확인은 라디오 방송국의 표준 절차입니다.. 임피던스 분석기 (또는 "임피던스 브리지")로 부하의 임피던스를 측정하여 동일한 정보를 얻을 수 있지만 SWR 미터는이 목적을 위해 더 간단하고 견고합니다. 송신기 출력에서 임피던스 불일치의 크기를 측정하여 안테나 또는 전송 라인으로 인한 문제를 나타냅니다.
그건 그렇고, 당신이 개인적으로 정상파를 경험 한 적이 없다고 생각한다면 그것은 거의 없을 것입니다. 전자 레인지의 정재파는 음식이 고르지 않게 조리되는 이유입니다 (턴테이블은 그 문제에 대한 부분적인 해결책입니다). 2.45GHz 신호의 파장은 약 12cm 또는 약 XNUMX 인치입니다. 복사 (및 가열)의 Null은 파장과 유사한 거리에서 분리됩니다.
반사 계수는 매개 변수 이는 반사파와 입사 파의 진폭 비율과 같은 전송 매체의 임피던스 불연속성에 의해 전자기파가 반사되는 정도를 나타냅니다. 반사 계수는 VSWR을 결정하거나 예를 들어 피더와 부하 사이의 일치를 조사 할 때 매우 유용한 품질입니다. 그리스 문자 Γ는 일반적으로 반사 계수에 사용되지만 σ도 자주 표시됩니다.
반사 계수
반사 계수의 기본 정의를 사용하여 다음 지식에서 계산할 수 있습니다. 입사 및 반사 전압.
어디에:
Γ = 반사 계수
Vref = 반사 전압
Vfwd = 순방향 전압
2) 반환 손실 및 복구 손실
반사 손실 광섬유 링크 또는 전송 라인의 불연속성에 의한 신호 반사 또는 복귀로 인한 신호 전력 손실이며 표현 단위도 데시벨 (dBs)입니다. 이 임피던스 불일치는 라인에 삽입 된 장치 또는 종단 부하에있을 수 있습니다. 또한 반사 손실은 반사 계수 (Γ)와 정재파 비율 (SWR) 사이의 관계이며 항상 양수이며 높은 반사 손실은 유리한 측정 매개 변수이며 일반적으로 낮은 삽입과 관련이 있습니다. 손실. 또한 반사 손실을 늘리면 SWR이 낮아집니다.
신호 손실, 광섬유 링크의 길이를 따라 발생, 삽입 손실이라고합니다. 그러나 삽입 손실은 데이터이든 전기이든 모든 유형의 전송에서 발생하는 자연스러운 발생입니다. 또한 기본적으로 모든 물리적 전송선 또는 전도성 경로와 마찬가지로 경로가 길수록 손실이 커집니다. 또한 이러한 손실은 스플 라이스 및 커넥터를 포함하여 라인을 따라 각 연결 지점에서도 발생합니다. 이 특정 측정 매개 변수는 데시벨로 표시되며 항상 양수 여야합니다. 그러나, 항상 의미하는 것은 아니며 우연히 음수이면 유리한 측정 매개 변수가 아닙니다. 경우에 따라 삽입 손실이 음의 매개 변수 측정으로 나타날 수 있습니다.
반사 손실 및 삽입 손실
이제 삽입 손실과 반사 손실이 어떻게 상호 작용하는지 더 잘 이해할 수 있도록 위의 다이어그램을 자세히 살펴 보겠습니다. 보시다시피 입사 전력은 구성 요소에 도달 할 때까지 왼쪽에서 전송 라인을 따라 이동합니다. 구성 요소에 도달하면 신호의 일부가 전송 선로에서 소스를 향해 다시 반사됩니다. 또한 신호의이 부분은 구성 요소로 들어 가지 않습니다.
나머지 신호는 실제로 구성 요소로 들어갑니다. 일부는 흡수되고 나머지는 구성 요소를 통해 다른 쪽의 전송 라인으로 전달됩니다. 구성 요소에서 나오는 전력을 전송 된 전력이라고합니다., 두 가지 이유로 입사 전력보다 적습니다.
① 신호의 일부가 반사됩니다.
② 컴포넌트는 신호의 일부를 흡수합니다.
요약하면 삽입 손실을 데시벨로 표현하고, 이는 입사 전력 대 전송 전력의 비율입니다. 또한 데시벨로 표현되는 반사 손실은 입사 전력과 반사 전력의 비율이라는 것을 요약 할 수 있습니다. 따라서 두 가지 유형의 손실 측정 매개 변수가 시스템 내 또는 통과 경로에서 측정 가능한 신호 및 구성 요소의 전체 효율성을 정확하게 측정하는 데 어떻게 도움이되는지 확인할 수 있습니다.
오늘날의 전자 관행에서 사용 측면에서 반사 손실은 더 작은 값의 반사파에 대해 더 나은 해상도를 제공하기 때문에 SWR보다 선호됩니다.
3) 임피던스 매칭이란
임피던스 매칭은 소스 디자인 와 부하 임피던스 신호 반사를 최소화하거나 전력 전송을 최대화합니다. DC 회로에서 소스와 부하가 같아야합니다. AC 회로에서 소스는 목표에 따라 부하 또는 부하의 복합 공액과 같아야합니다. 임피던스 (Z)는 전기 흐름에 대한 반대의 척도이며 실제 부분이 저항 (R)으로 정의되는 복잡한 값이고 허수 부분을 리액턴스 (X)라고합니다. 임피던스에 대한 방정식은 정의에 따라 Z = R + jX이며, 여기서 j는 가상 단위입니다. DC 시스템에서 리액턴스는 XNUMX이므로 임피던스는 저항과 동일합니다.
전압 정재파 비율 (VSWR)은 다음과 같습니다. 불일치 정도의 표시 안테나와 그것에 연결되는 급전선 사이. (딸깍 하는 소리 여기에서 지금 확인해 보세요. 안테나 제품 선택) 이것은 정재파 비 (SWR)라고도합니다. VSWR 값의 범위는 1 ~ ∞입니다. 2 미만의 VSWR 값이 고려됩니다. 적당한 대부분의 안테나 애플리케이션에 적합합니다. 안테나는 "Good Match"를 갖는 것으로 설명 할 수 있습니다. 따라서 누군가 안테나가 잘못 일치한다고 말하면 관심 주파수에 대해 VSWR 값이 2를 초과하는 경우가 많습니다. 반사 손실은 또 다른 관심 사양이며 안테나 이론 섹션에서 자세히 다룹니다. 일반적으로 필요한 변환은 반사 손실과 VSWR 사이이며, 일부 값은 빠른 참조를 위해 이러한 값의 그래프와 함께 차트에 표로 표시됩니다.
VSWR에 대한 동영상을 빠르게 살펴 보겠습니다!
2) 요인 VSWR에 영향
· 진동수
· 안테나 접지
· 근처의 금속 물체
· 안테나 구조 유형
· 온도
3) SWR 대 VSWR 대 ISWR 대 PSWR
SWR은 개념, 즉 정상파 비율입니다. VSWR은 실제로 전압을 측정하여 SWR을 결정하여 측정하는 방법입니다. 전류 또는 전력 (ISWR 및 PSWR)을 측정하여 SWR을 측정 할 수도 있습니다. 그러나 대부분의 의도와 목적을 위해 누군가가 SWR이라고 말하면 VSWR을 의미하며 일반적인 대화에서 서로 바꿔 사용할 수 있습니다.
· SWR: SWR은 정재파 비율을 나타냅니다. 라인에 나타나는 전압 및 전류 정재파를 설명합니다. 전류 및 전압 정재파에 대한 일반적인 설명입니다. 정재파 비율을 감지하는 데 사용되는 미터와 관련하여 자주 사용됩니다. 주어진 불일치에 대해 전류와 전압 모두 동일한 비율로 상승 및 하강합니다. · VSWR: VSWR 또는 전압 정재파 비율은 특히 급전선 또는 송전선에 설치된 전압 정재파에 적용됩니다. 전압 정재파를 감지하는 것이 더 쉽고 많은 경우 전압이 장치 고장 측면에서 더 중요하기 때문에 특히 RF 설계 영역에서 VSWR이라는 용어가 자주 사용됩니다.
가장 실용적인 목적을 위해 ISWR은 VSWR과 동일합니다. 이상적인 조건에서 신호 전송 라인의 RF 전압은 라인의 모든 지점에서 동일하므로 라인 와이어의 전기 저항과 라인 컨덕터를 분리하는 유전체 재료의 결함으로 인한 전력 손실을 무시합니다. 따라서 이상적인 VSWR은 1 : 1입니다. (종종 SWR 값은 두 번째 숫자 또는 분모가 항상 1이기 때문에 비율의 첫 번째 숫자 또는 분자로 간단히 작성됩니다.) VSWR이 1 일 때 ISWR도 1입니다.이 최적 조건은 다음과 같습니다. RF 전력이 전달되는 부하 (예 : 안테나 또는 무선 수신기)가 전송 라인의 임피던스와 동일한 임피던스를 가질 때만 존재합니다. 즉, 부하 저항이 전송 라인의 특성 임피던스와 동일해야하며 부하에 리액턴스가 없어야합니다 (즉, 부하에 인덕턴스 또는 커패시턴스가 없어야 함). 다른 상황에서는 전압과 전류가 라인을 따라 다양한 지점에서 변동합니다. SWR은 1이 아닙니다.
VSWR이 무선 주파수와 동일한 임피던스를 사용할 수있는 전송 시스템 또는 시스템의 성능에 영향을 미치는 여러 가지 방법이 있습니다. VSWR이 일반적으로 사용되지만 전압과 전류 파 모두 문제를 일으킬 수 있습니다.
· 송신기 전력 증폭기가 손상 될 수 있음: 정재파의 결과로 피더에 나타나는 전압 및 전류 수준이 증가하면 송신기의 출력 트랜지스터가 손상 될 수 있습니다. 반도체 장치는 지정된 한계 내에서 작동하면 매우 신뢰할 수 있지만 피더의 전압 및 전류 정재파로 인해 장치가 한계를 벗어나 작동하면 치명적인 손상이 발생할 수 있습니다.
· PA 보호로 출력 전력 감소: 높은 SWR 레벨이 전력 증폭기에 손상을 입힐 수있는 매우 실제적인 위험을 고려하여, 많은 송신기는 SWR이 상승함에 따라 송신기의 출력을 감소시키는 보호 회로를 통합합니다. 즉, 피더와 안테나 간의 일치가 좋지 않으면 SWR이 높아져 출력이 감소되어 전송 전력이 크게 손실됩니다.
· 고전압 및 전류 레벨은 피더를 손상시킬 수 있습니다.: 높은 정재파 비율로 인한 고전압 및 전류 레벨로 인해 피더가 손상 될 수 있습니다. 대부분의 경우 피더는 한계 내에서 잘 작동하고 전압 및 전류의 배가를 수용 할 수 있어야하지만 손상이 발생할 수있는 몇 가지 상황이 있습니다. 최대 전류는 사용 된 플라스틱을 왜곡하거나 녹일 수있는 과도한 국부 가열을 유발할 수 있으며 고전압은 일부 상황에서 아크를 유발하는 것으로 알려져 있습니다.
· 반사로 인한 지연은 왜곡을 유발할 수 있습니다.: 신호가 불일치에 의해 반사되면 소스쪽으로 다시 반사 된 다음 안테나쪽으로 다시 반사 될 수 있습니다. 피더를 따라 신호 전송 시간의 두 배와 동일한 지연이 도입됩니다. 데이터가 전송되는 경우 심볼 간 간섭이 발생할 수 있으며 아날로그 텔레비전이 전송되는 또 다른 예에서는 "고스트"이미지가 표시되었습니다.
· 완벽하게 일치하는 시스템에 비해 신호 감소: 흥미롭게도 불량한 VSWR로 인한 신호 레벨 손실은 일부 사람들이 상상하는 것만 큼 크지 않습니다. 부하에 의해 반사 된 모든 신호는 송신기로 다시 반사되며 송신기에서 일치하면 신호가 안테나로 다시 반사 될 수 있으므로 발생하는 손실은 기본적으로 피더에 의해 도입되는 손실입니다. 가이드에 따르면 30MHz에서 약 213dB의 손실이있는 1.5m 길이의 RG30 동축은 VSWR로 작동하는 안테나가 완벽하게 일치하는 안테나에 비해이 주파수에서 1dB가 조금 넘는 손실 만 제공함을 의미합니다.
정재파 비율을 측정하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 가장 직관적 인 방법 슬롯 라인을 사용 이것은 프로브가 라인을 따라 다양한 지점에서 실제 전압을 감지 할 수 있도록하는 개방 슬롯이있는 전송 라인 섹션입니다. 따라서 최대 값과 최소값을 직접 비교할 수 있습니다. 이 방법은 VHF 및 더 높은 주파수에서 사용됩니다. 낮은 주파수에서는 이러한 선이 비현실적으로 길어집니다. 지향성 커플러는 마이크로파 주파수를 통해 HF에서 사용할 수 있습니다. 일부는 180/XNUMX 파장 이상이므로 더 높은 주파수로 사용을 제한합니다. 다른 유형의 방향성 커플러는 전송 경로의 단일 지점에서 전류와 전압을 샘플링하고 한 방향으로 흐르는 전력을 나타내는 방식으로 수학적으로 결합합니다. 아마추어 작업에 사용되는 일반적인 유형의 SWR / 전력계에는 이중 방향성 커플러가 포함될 수 있습니다. 다른 유형은 양방향으로 흐르는 전력을 샘플링하기 위해 XNUMX도 회전 할 수있는 단일 커플러를 사용합니다. 이 유형의 단방향 커플러는 여러 주파수 범위 및 전력 레벨에 사용할 수 있으며 사용되는 아날로그 미터에 적합한 커플 링 값을 사용할 수 있습니다.
슬롯 라인
방향성 커플러로 측정 된 순방향 및 반사 전력을 사용하여 SWR을 계산할 수 있습니다. 계산은 아날로그 또는 디지털 형식으로 수학적으로 수행되거나 미터에 내장 된 그래픽 방법을 추가 스케일로 사용하거나 동일한 미터에서 두 바늘 사이의 교차점에서 판독하여 수행 할 수 있습니다.
위의 측정 장비는 "인라인"으로 사용할 수 있습니다. 즉, 송신기의 전체 전력이 측정 장치를 통과하여 SWR을 지속적으로 모니터링 할 수 있습니다. 네트워크 분석기, 저전력 방향성 커플러 및 안테나 브리지와 같은 다른 장비는 측정에 저전력을 사용하므로 송신기 대신 연결해야합니다. 브리지 회로는 부하 임피던스의 실제 부분과 허수 부분을 직접 측정하고이 값을 사용하여 SWR을 유도하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 방법은 SWR 또는 순방향 및 반사 전력보다 더 많은 정보를 제공 할 수 있습니다. 독립형 안테나 분석기는 다양한 측정 방법을 사용하며 주파수에 대해 플롯 된 SWR 및 기타 매개 변수를 표시 할 수 있습니다. 방향성 커플러와 브리지를 조합하여 사용하면 복잡한 임피던스 또는 SWR에서 직접 읽는 인라인 계측기를 만들 수 있습니다. 여러 매개 변수를 측정하는 독립형 안테나 분석기도 사용할 수 있습니다.
파워 미터
알림: SWR 수치가 1 미만이면 문제가있는 것입니다. SWR 미터가 잘못되었거나 안테나 또는 안테나 연결에 문제가 있거나 라디오가 손상되었거나 결함이있을 수 있습니다.
전송 파가 무손실 전송선과 부하 사이의 경계와 같은 경계에 부딪 치면 (그림 1), 일부 에너지는 부하로 전달되고 일부는 반영됩니다. 반사 계수는 수신 및 반사파를 다음과 같이 관련시킵니다.
Γ = V-/V+ (수식 1)
여기서 V-는 반사파이고 V +는 수신 파입니다. VSWR은 다음과 같은 방법으로 전압 반사 계수 (Γ)의 크기와 관련이 있습니다.
VSWR = (1 + | Γ |) / (1 – | Γ |) (수식 2)
그림 1. 전송 라인과 부하 사이의 임피던스 불일치 경계를 보여주는 전송 라인 회로. 반사는 Γ로 지정된 경계에서 발생합니다. 입사 파는 V +이고 반사파는 V-입니다.
VSWR은 SWR 미터로 직접 측정 할 수 있습니다. VNA (벡터 네트워크 분석기)와 같은 RF 테스트 기기를 사용하여 입력 포트 (S11) 및 출력 포트 (S22)의 반사 계수를 측정 할 수 있습니다. S11 및 S22는 각각 입력 및 출력 포트에서 Γ와 동일합니다. 연산 모드가있는 VNA는 결과 VSWR 값을 직접 계산하고 표시 할 수도 있습니다.
입력 및 출력 포트에서의 반사 손실은 다음과 같이 반사 계수 S11 또는 S22에서 계산할 수 있습니다.
RLIN = 20log10 | S11 | dB (Eq. 3)
RLOUT = 20log10 | S22 | dB (Eq. 4)
반사 계수는 전송 라인의 특성 임피던스와 부하 임피던스에서 다음과 같이 계산됩니다.
Γ = (ZL-ZO) / (ZL + ZO) (식 5)
여기서 ZL은 부하 임피던스이고 ZO는 전송 라인의 특성 임피던스입니다 (그림 1).
VSWR은 ZL 및 ZO로 표현할 수도 있습니다. 방정식 5를 방정식 2로 대체하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.
VSWR = [1 + | (ZL-ZO) / (ZL + ZO) |] / [1-| (ZL-ZO) / (ZL + ZO) |] = (ZL + ZO + | ZL-ZO |) / (ZL + ZO-| ZL-ZO |)
ZL> ZO의 경우 | ZL-ZO | = ZL-ZO
따라서:
VSWR = (ZL + ZO + ZO-ZL) / (ZL + ZO-ZO + ZL) = ZO / ZL. (수식 7)
위에서 VSWR은 1 : 1.5의 예로 1에 대한 비율 형식으로 지정된 사양입니다. VSWR에는 ∞ : 1 및 1 : 1의 두 가지 특수한 경우가 있습니다. 부하가 개방 회로 인 경우 무한대 비율이 발생합니다. 1 : 1의 비율은 부하가 전송선 특성 임피던스와 완벽하게 일치 할 때 발생합니다.
VSWR은 다음과 같이 전송 라인 자체에서 발생하는 정재파에서 정의됩니다.
VSWR = | VMAX | / | VMIN | (수식 8)
여기서 VMAX는 최대 진폭이고 VMIN은 정재파의 최소 진폭입니다. 두 개의 중첩 된 파도를 사용하면 들어오는 파도와 반사 된 파도 사이의 건설적인 간섭으로 최대가 발생합니다. 그러므로:
VMAX = V + + V- (식 9)
최대의 건설적인 간섭을 위해. 최소 진폭은 해체 간섭으로 발생합니다.
VMIN = V +-V- (식 10)
방정식 9 및 10를 방정식 8 수율로 대체
VSWR = | VMAX | / | VMIN | = (V + + V-) / (V +-V-) (식 11)
전파가 안테나 시스템의 다른 부분 (수신기, 급전선, 안테나, 여유 공간)을 통해 이동함에 따라 임피던스 차이가 발생할 수 있습니다. 각 인터페이스에서 파동 에너지의 일부는 소스로 다시 반사되어 피드 라인에 정상파를 형성합니다. 최대 전력 대 최소 전력의 비율을 측정 할 수 있으며이를 전압 정재파 비율 (VSWR)이라고합니다. 1.5 : 1 미만의 VSWR이 이상적이며, 2 : 1의 VSWR은 전력 손실이 더 중요한 저전력 애플리케이션에서 약간 허용되는 것으로 간주되지만 6 : 1의 높은 VSWR은 여전히 오른쪽에서 사용할 수 있습니다. 장비. 수학 방정식에 신경 쓰지 않는 경우를 대비하여 VSWR과 반환되는 반사 전력의 백분율 간의 상관 관계를 이해하는 데 도움이되는 작은 "치트 시트"표가 있습니다.
VSWR
반환 된 힘
(근접한)
1:1
0%
2:1
10%
3:1
25%
6:1
50%
10:1
65%
14:1
75%
2. 높은 VSWR의 원인은 무엇입니까?
VSWR이 너무 높으면 전력 증폭기에 너무 많은 에너지가 반사되어 내부 회로가 손상 될 수 있습니다. 이상적인 시스템에서는 1 : 1의 VSWR이 있습니다. 높은 VSWR 등급의 원인은 부적절한 부하를 사용하거나 손상된 전송 라인과 같은 알려지지 않은 것을 사용할 수 있습니다.
