Nell'elettronica RF, spesso caratterizziamo un componente o un'antenna per il suo rapporto di onda stazionaria (SWR). Qual è la definizione di questo parametro e come influenza un circuito?
La motivazione di questa domanda è che mentre si risponde a un'altra domanda , sarebbe stato utile poter fare riferimento a una definizione di SWR all'interno del sito per spiegare come viene misurato.
Risposte:
Qualsiasi linea di trasmissione ha un'impedenza caratteristica, solitamente indicata con Z 0 . Se una linea di trasmissione è terminata con impedenze che corrispondono a Z 0 , un segnale lanciato a un'estremità verrà completamente assorbito all'altra estremità e nessuna energia verrà riflessa alla sorgente. La tensione e / o la corrente misurate in qualsiasi punto lungo la linea saranno le stesse di qualsiasi altro punto.
Tuttavia, se un'impedenza di terminazione non è abbinata alla linea di trasmissione, l'energia verrà riflessa nuovamente nella linea e questo segnale "inverso" interferirà con (sommando o sottrarrà) il segnale "avanti".
Se il segnale è un'onda sinusoidale a frequenza fissa, questa interferenza produrrà "onde stazionarie" sulla linea di trasmissione. Ciò significa che la tensione misurata o la corrente misurata nella linea varieranno periodicamente con la distanza dalla discontinuità dell'impedenza. Se l'impedenza di terminazione è maggiore di Z 0 , ci sarà una tensione massima in quel punto; se è inferiore, ci sarà un massimo corrente lì.
La definizione di "rapporto di onda stazionaria" (SWR) è il rapporto tra la massima tensione (o corrente) rilevata in qualsiasi punto lungo la linea rispetto al valore minimo rilevato in qualsiasi altro punto lungo la linea. A volte il termine VSWR viene utilizzato per indicare esplicitamente il rapporto di tensione. Il valore di questo rapporto è direttamente correlata al rapporto di Z 0 alla impedenza di terminazione Z T . In particolare,
SWR = Z T / Z 0 , se Z T > Z 0
SWR = Z 0 / Z T , se Z T <Z 0
Quando un componente o un'antenna è caratterizzato da una misurazione SWR, questo viene sempre specificato rispetto a una particolare impedenza della linea di trasmissione nominale (di solito 50 Ω o 75 Ω, a seconda dell'applicazione prevista). Questo è solo un altro modo per affermare quanto l'impedenza del dispositivo sia vicina al valore nominale.
Come ha dimostrato Dave Tweed nella sua risposta, il rapporto d'onda stazionaria (SWR) è un modo per caratterizzare la qualità di un carico in un sistema RF. Cioè, caratterizza quanto un componente di caricamento si avvicini all'impedenza caratteristica del sistema.
Il SWR può essere specificato in termini di segnali di tensione o corrente sulla linea di trasmissione, sebbene il più delle volte utilizziamo la tensione e quindi si riferisca specificamente al VSWR.
Il SWR fornisce informazioni simili all'impedenza di carico Z L o al coefficiente di riflessione (noto anche come parametro s S 11 ). Tuttavia, il SWR non specifica completamente quei parametri perché, mentre l'impedenza di carico e il coefficiente di riflessione sono numeri complessi, il SWR è un numero reale. Il valore SWR può essere completamente determinato dall'entità del coefficiente di riflessione (la fase di non influenza il SWR).
Il VSWR è stato usato storicamente perché può essere misurato usando un semplice metodo manuale. Viene utilizzata una linea di trasmissione coassiale aria dielettrica, con una fessura nel conduttore esterno che consente di inserire una sonda per contattare il conduttore centrale. La sonda viene spostata lungo la linea per trovare i punti di ampiezza massima e minima del segnale, che ovviamente fornisce immediatamente il VSWR. Questa tecnica non è utilizzata oggi per le linee coassiali a causa della disponibilità di analizzatori di rete automatizzati, ma è ancora utilizzata nei sistemi di guide d'onda con una configurazione della sonda come questa:
Il VSWR è spesso usato per caratterizzare i componenti RF quando vogliamo specificare quanto bene sono abbinati come carichi su una linea di trasmissione, senza fare riferimento al fatto che producano riflessioni negative o positive.
Il VSWR viene spesso utilizzato anche per caratterizzare le antenne, poiché è necessario solo conoscere l'entità del riflesso per determinare la frazione della potenza della sorgente irradiata dall'antenna.