VSWR (conhecido como Voltage Standing Wave Ratio), é uma medida da eficiência com que a energia de radiofrequência é transmitida de uma fonte de energia, através de uma linha de transmissão, para uma carga (por exemplo, de um amplificador de potência através de uma linha de transmissão, a um antena).

Ondas estacionárias são um valor-chave para qualquer sistema que utilize linhas / alimentadores de transmissão onde medições do VSWR, A relação de onda estacionária de tensão é importante.

Ondas estacionárias são uma questão importante quando se olha para alimentadores / linhas de transmissão, e a razão de ondas estacionárias ou mais comumente a razão de ondas estacionárias de tensão, VSWR é como uma medida do nível de ondas estacionárias em um alimentador.

As ondas estacionárias representam energia que não é aceita pela carga e refletida de volta ao longo da linha de transmissão ou do alimentador.

Embora as ondas estacionárias e o VSWR sejam muito importantes, muitas vezes a teoria e os cálculos do VSWR podem mascarar uma visão do que realmente está acontecendo. Felizmente, é possível obter uma boa visão do tópico, sem mergulhar muito profundamente na teoria do VSWR.

Stannoções básicas de ondas ding
Ao olhar para sistemas que incluem linhas de transmissão, é necessário entender que fontes, linhas de transmissão / alimentadores e cargas têm uma impedância característica. 50Ω é um padrão muito comum para aplicações de RF, embora outras impedâncias possam ocasionalmente ser vistas em alguns sistemas.

Para obter a máxima transferência de energia da fonte para a linha de transmissão ou da linha de transmissão para a carga, seja um resistor, uma entrada para outro sistema ou um antena, os níveis de impedância devem corresponder.

Em outras palavras, para um sistema 50Ω a fonte ou gerador de sinal deve ter uma impedância de fonte de 50Ω, a linha de transmissão deve ser 50Ω e a carga deve ser assim.

Alimentador e carga correspondentes são necessários para a transferência máxima de energia

Problemas surgem quando a energia é transferida para a linha de transmissão ou alimentador e se desloca em direção à carga. Se houver uma incompatibilidade, isto é, a impedância da carga não coincide com a da linha de transmissão, então não é possível que toda a energia seja transferida.

Como a energia não pode desaparecer, a energia que não é transferida para a carga tem que ir para algum lugar e lá ela viaja de volta ao longo da linha de transmissão em direção à fonte.

A energia é refletida quando as impedâncias do alimentador e da carga não corresponde

Veja também: Por que preciso de um circuito transmissor antes de uma antena?

Quando isso acontece, as tensões e correntes das ondas direta e refletida no alimentador adicionam ou subtraem em diferentes pontos ao longo do alimentador de acordo com as fases. Desta forma, as ondas estacionárias são configuradas.

A maneira como o efeito ocorre pode ser demonstrada com um comprimento de corda. Se uma extremidade é deixada livre e a outra é movida para cima e para baixo, o movimento das ondas pode ser visto ao longo da corda. No entanto, se uma das extremidades estiver fixa, um movimento de onda estacionário é configurado e os pontos de vibração mínima e máxima podem ser vistos.

Quando a resistência da carga é menor que a impedância do alimentador, a tensão e as magnitudes da corrente são configuradas. Aqui, a corrente total no ponto de carga é maior que a da linha perfeitamente combinada, enquanto a tensão é menor.

Padrões de ondas estacionárias de tensão e corrente para incompatibilidade de impedância pequena com carga menor que a impedância do alimentador

Veja também: Ferramentas de cálculo do VSWR

Os valores de corrente e tensão ao longo do alimentador variam ao longo do alimentador. Para valores pequenos de potência refletida, a forma de onda é quase senoidal, mas para valores maiores, ela se torna mais como uma onda senoidal retificada de onda completa. Esta forma de onda consiste em tensão e corrente a partir da potência direta mais tensão e corrente da potência refletida.

Padrão de onda estacionária de tensão e correntes para terminação do alimentador de curto-circuito

Veja Also: Noções básicas sobre reflexões e ondas estacionárias no projeto de circuitos de RF

A uma distância de um quarto de comprimento de onda da carga, as tensões combinadas atingem um valor máximo enquanto a corrente está no mínimo. A uma distância de meio comprimento de onda da carga, a tensão e a corrente são as mesmas que na carga.

Uma situação semelhante ocorre quando a resistência da carga é maior que a impedância do alimentador, porém, desta vez, a tensão total na carga é maior do que o valor da linha perfeitamente correspondente. A tensão atinge um mínimo a uma distância de um quarto de comprimento de onda da carga e a corrente está no máximo. No entanto, a uma distância de meio comprimento de onda da carga, a tensão e a corrente são as mesmas que na carga.

Padrões de ondas estacionárias de tensão e corrente para incompatibilidade de impedância pequena com carga altaela do que a impedância do alimentador

Veja também: Cálculo VSWR (SWR)

Então, quando há um circuito aberto colocado no final da linha, o padrão de onda estacionária para o alimentador é semelhante ao do curto-circuito, mas com os padrões de tensão e corrente invertidos.

Padrões de ondas estacionárias de tensão e corrente para terminação do alimentador de circuito

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Definição VSWR
A definição de VSWR fornece a base para todos os cálculos e fórmulas.

Definição de VSWR:
A taxa de onda estacionária de tensão, VSWR, é definida como a relação entre a tensão máxima e mínima em uma linha sem perda.

A taxa resultante é normalmente expressa como uma razão, por exemplo, 2: 1, 5: 1, etc. Uma combinação perfeita é 1: 1 e uma incompatibilidade completa, ou seja, um circuito curto ou aberto é ∞: 1.

Na prática, há uma perda em qualquer alimentador ou linha de transmissão. Para medir o VSWR, a energia direta e reversa é detectada nesse ponto no sistema e isso é convertido em uma figura para o VSWR. Desta forma, o VSWR é medido em um determinado ponto e os máximos e mínimos de tensão não precisam ser determinados ao longo do comprimento da linha.

VSWR vs SWR
Os termos VSWR e SWR são freqüentemente vistos na literatura sobre ondas estacionárias em sistemas de RF, e muitos perguntam sobre a diferença.

SWR: SWR significa taxa de onda estacionária. Ele descreve as ondas estacionárias de tensão e corrente que aparecem na linha. É uma descrição genérica para ondas estacionárias de corrente e tensão. É frequentemente usado em associação com medidores usados para detectar a proporção de ondas estacionárias. Tanto a corrente quanto a tensão aumentam e diminuem na mesma proporção para uma dada incompatibilidade.

VSWR: O VSWR ou relação de onda estacionária de tensão se aplica especificamente às ondas estacionárias de tensão que são configuradas em um alimentador ou linha de transmissão. Como é mais fácil detectar as ondas estacionárias de tensão e, em muitos casos, as tensões são mais importantes em termos de falha do dispositivo, o termo VSWR é frequentemente usado, especialmente em áreas de design de RF.

O termo ondas estacionárias de potência também é visto algumas vezes. No entanto, essa é uma falácia completa, pois a potência direta e refletida são constantes (supondo que não há perdas de alimentador) e a potência não sobe e desce da mesma forma que as formas de onda de tensão e corrente que são a soma dos elementos dianteiro e refletido.

Típica Medidor VSWR usado com um tranbatedor

Como o VSWR afeta o desempenho
Existem várias maneiras pelas quais o VSWR afeta o desempenho de um transmissor sistema ou qualquer sistema que possa usar RF e impedâncias correspondentes.

Embora o termo VSWR seja normalmente usado, as ondas estacionárias de tensão e corrente podem causar problemas. Alguns dos efeitos são detalhados abaixo:

Os amplificadores de potência do transmissor podem ser danificados: O aumento dos níveis de tensão e corrente vistos no alimentador como resultado das ondas estacionárias, pode danificar a saída transistores do transmissor. Os dispositivos semicondutores são muito confiáveis se operados dentro dos limites especificados, mas as ondas estacionárias de tensão e corrente no alimentador podem causar danos catastróficos se fizerem com que o dispositivo opere fora de seus limites.

A proteção PA reduz a potência de saída: Tendo em vista o risco muito real de altos níveis de cabos de aço que causam danos ao amplificador de potência, muitos transmissores incorporam circuitos de proteção que reduzem a saída do transmissor à medida que o cabo de aço sobe. Isso significa que uma má correspondência entre o alimentador e a antena resultará em um alto SWR, o que fará com que a saída seja reduzida e, portanto, uma perda significativa na potência transmitida.

Níveis de alta tensão e corrente podem danificar o alimentador: É possível que os níveis de alta tensão e corrente causados pela alta taxa de ondas estacionárias possam causar danos ao alimentador. Embora na maioria dos casos os alimentadores funcionem bem dentro de seus limites e a duplicação de tensão e corrente possa ser acomodada, há algumas circunstâncias em que danos podem ser causados. Os máximos de corrente podem causar aquecimento local excessivo, o que pode distorcer ou derreter os plásticos utilizados, e sabe-se que as altas tensões causam arcos em algumas circunstâncias.

Atrasos causados por reflexões podem causar distorção: Quando um sinal é refletido por incompatibilidade, ele é refletido de volta para a fonte e pode ser refletido novamente para a antena. É introduzido um atraso igual ao dobro do tempo de transmissão do sinal ao longo do alimentador. Se os dados estão sendo transmitidos, isso pode causar interferência entre símbolos e, em outro exemplo, onde a televisão analógica estava sendo transmitida, uma imagem "fantasma" foi vista.

Redução no sinal em comparação com o sistema de correspondência perfeita: Curiosamente, a perda de nível de sinal causada por um VSWR ruim não é tão grande como alguns podem imaginar. Qualquer sinal refletido pela carga é refletido de volta para o transmissor e como a combinação no transmissor pode permitir que o sinal seja refletido de volta para a antena novamente, as perdas incorridas são fundamentalmente aquelas introduzidas pelo alimentador. Como orientação, um comprimento de cabo coaxial de 30 metros com uma perda de cerca de 1.5 dB a 30 MHz significa que uma antena operando com um VSWR dará apenas uma perda de pouco mais de 1dB nesta frequência em comparação com uma antena perfeitamente combinada.

A taxa de onda estacionária é um parâmetro importante para qualquer sistema de alimentação. Embora as ondas estacionárias de corrente e tensão sejam configuradas, geralmente é a taxa de onda estacionária de tensão que é mais amplamente discutida, como resultado do fato de ser mais fácil detectar e medir.

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