Como calcular a relação de onda estacionária de tensão?

Para um rádio (transmissor ou receptor) fornecer energia a uma antena, a impedância do rádio e da linha de transmissão deve ser bem combinada com aimpedância de ntenna. O parâmetro VSWR é uma medida que descreve numericamente o quão bem a impedância da antena é combinada com o rádio ou linha de transmissão à qual está conectada.

VSWR significa Voltage Standing Wave Ratio, e também é conhecido como Standing Wave Ratio (SWR). VSWR é uma função do coeficiente de reflexão, que descreve a potência refletida da antena. Se o coeficiente de reflexão é dado por .

O coeficiente de reflexão também é conhecido como s11 ou perda de retorno. Consulte a tabela vswr abaixo para ver um mapeamento numérico entre a potência refletida, s11 e VSWR. Se você não quiser passar por equações complicadas para entender a relação entre VSWR, perda de incompatibilidade, s11 / gama e gostaria que uma calculadora fizesse isso por você, verifique nossa página da calculadora VSWR e faremos a conversão VSWR para vocês.

 

O VSWR é sempre um número real e positivo para antenas. Quanto menor for o VSWR, melhor será a correspondência da antena com a linha de transmissão e mais potência será fornecida à antena. O VSWR mínimo é 1.0. Nesse caso, nenhuma potência é refletida da antena, o que é ideal.

 

Freqüentemente, as antenas devem atender a um requisito de largura de banda fornecido em termos de VSWR. Por exemplo, uma antena pode afirmar operar de 100-200 MHz com VSWR <3. Isso implica que o VSWR é menor que 3.0 na faixa de frequência especificada. Essas especificações VSWR também implicam que o coeficiente de reflexão seja menor que 0.5 (ou seja, coeficiente de reflexão <0.5) na faixa de frequência citada.

Significado Físico de VSWR

VSWR é determinado a partir da tensão medida ao longo de uma linha de transmissão que leva a uma antena. VSWR é a razão entre a amplitude de pico de uma onda estacionária e a amplitude mínima de uma onda estacionária, como pode ser visto na figura a seguir:

Na indústria, VSWR às vezes é pronunciado "viz-wer"

Quando uma antena não é compatível com o receptor, a potência é refletida (de modo que o coeficiente de reflexão,, não é zero). Isso causa uma "onda de tensão refletida", que cria ondas estacionárias ao longo da linha de transmissão. O resultado são os picos e vales vistos na Figura 1. Se o VSWR = 1.0, não haveria potência refletida e a tensão teria magnitude constante ao longo da linha de transmissão.

VSWR, potência refletida e s11

É um VSWR de 3 ruim? Quão ruim é um VSWR de 12? Bem, não existem regras rígidas. Nesta seção, tentaremos colocar o número VSWR no contexto. Abaixo está uma tabela que mostra a relação entre VSWR, potência refletida total e (também conhecido como s11) e potência refletida total. Observe que a potência refletida é simplesmente o coeficiente de reflexão ao quadrado.

Na tabela acima, um VSWR de 4 tem 36% da potência entregue pelo receptor refletida da antena (64% da potência é entregue à antena). Observe que uma potência refletida de 0 dB indica que toda a potência é refletida (100%), enquanto -10 dB indica que 10% da potência é refletida. Se toda a potência for refletida, o VSWR seria infinito.

 

Observe que VSWR é uma função altamente não linear do coeficiente de reflexão. Ou seja, há muito pouca diferença na potência refletida quando o VSWR aumenta de 9 para 10; no entanto, há uma alteração de 11% na potência refletida quando o VSWR muda de 1 para 2.

Em geral, se o VSWR for inferior a 2, a correspondência da antena é considerada muito boa e pouco se ganharia com a correspondência de impedância. À medida que o VSWR aumenta, existem 2 principais negativos. A primeira é óbvia: mais potência é refletida da antena e, portanto, não é transmitida. No entanto, surge outro problema. À medida que o VSWR aumenta, mais potência é refletida no rádio, que está transmitindo. Grandes quantidades de potência refletida podem danificar o rádio. Além disso, os rádios têm problemas para transmitir os bits de informação corretos quando a antena é mal combinada (isso é numericamente definido em termos de outra métrica, EVM - Magnitude do vetor de erro).

Especificações VSWR para antenas

Freqüentemente, na indústria, as antenas são rastreadas (critérios de aprovação / reprovação) com base nas especificações VSWR (especificações VSWR). Este é um método de medir as antenas passivamente para determinar se elas estão corretamente sintonizadas de maneira rápida. A antena é medida com um analisador de rede e o VSWR em função da frequência é registrado. Como exemplo, considere esta situação onde o VSWR de 5 antenas são medidos e plotados, junto com 4 linhas que representam as especificações VSWR para esta antena (em azul):

As especificações do VSWR na Figura 2 são definidas por:

 (1) VSWR <3.8 para 825 MHz <f <910 MHz

 (2) VSWR> 4.0 para 1200 MHz <f <1400 MHz

 (3) VSWR> 3.0 em f = 1.7 GHz, linearmente reduzido para VSWR> 2.0 em f = 1.8 GHz

 (4) VSWR <3.0 para 1860 MHz <f <2000 MHz

 

Na Figura 2, a antena de curva VSWR vermelha falharia na segunda especificação, e a antena de curva VSWR azul claro falharia (marginalmente) na quarta especificação. Isso é ilustrado na Figura 3:

Definir as especificações do VSWR é um trabalho um tanto complicado para engenheiros de antenas. A ideia é falhar os outliers (antenas desafinadas ou antenas com conectores quebrados, etc). No entanto, é difícil na prática determinar qual é a variação aceitável, particularmente em indústrias de alto volume, onde uma especificação restrita pode falhar em milhares de antenas boas.

 

Observe que VSWR é uma medida de quanta energia é fornecida a uma antena. Isso não significa que a antena irradie toda a potência que recebe. Conseqüentemente, VSWR mede o potencial de irradiar. Um baixo VSWR significa que a antena está bem combinada, mas não significa necessariamente que a potência fornecida também é irradiada. Uma câmara anecóica ou outro teste de antena irradiada é necessário para determinar a potência irradiada. O VSWR sozinho não é suficiente para determinar se uma antena está funcionando corretamente.

 

VSWR também pode ser medido no Gráfico de Smith. VSWR é apenas uma medida escalar, enquanto o Gráfico de Smith mostra magnitude e fase. Veja a página Smith Chart para mais detalhes.

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