В радиочастотной электронике мы часто характеризуем компонент или антенну по коэффициенту стоячей волны (КСВ). Каково определение этого параметра и как он влияет на схему?
Мотивация для этого вопроса состоит в том, что, отвечая на другой вопрос , было бы полезно иметь возможность обратиться к определению КСВ на сайте, чтобы объяснить, как измеряется КСВ.
Ответы:
Любая линия передачи имеет характеристическое сопротивление, обычно обозначаемое Z 0 . Если линия передачи заканчивается с импедансами, которые соответствуют Z 0 , сигнал, запущенный на одном конце, будет полностью поглощен на другом конце, и никакая энергия не будет отражена обратно к источнику. Напряжение и / или ток, измеренные в любой точке линии, будут такими же, как и в любой другой точке.
Однако, если импеданс завершения не согласован с линией передачи, энергия будет отражена обратно в линию, и этот «обратный» сигнал будет мешать (добавлять или вычитать из) «прямой» сигнал.
Если сигнал является синусоидой с фиксированной частотой, эта помеха будет создавать «стоячие волны» на линии передачи. Это означает, что измеренное напряжение или измеренный ток в линии будет периодически изменяться в зависимости от расстояния от разрыва импеданса. Если согласующий импеданс больше Z 0 , в этой точке будет максимум напряжения; если оно меньше, там будет текущий максимум.
Определение «стоячая волна» отношение (SWR) представляет собой отношение между максимальным напряжением (или током) найденным в любой точке вдоль линии , чтобы минимальное значения , найденных в любой другой точке вдоль линии. Иногда термин VSWR используется, чтобы явно обозначить коэффициент напряжения. Значение этого отношения напрямую связана с отношением Z 0 к терминации импеданса Z T . В частности,
КСВ = Z T / Z 0 , если Z T > Z 0
КСВ = Z 0 / Z T , если Z T <Z 0
Когда компонент или антенна характеризуется измерением КСВ, это всегда указывается относительно конкретного номинального импеданса линии передачи (обычно 50 Ом или 75 Ом, в зависимости от предполагаемого применения). Это просто еще один способ определения того, насколько близок импеданс устройства к номинальному значению.
Как показал Дейв Твид в своем ответе, коэффициент стоячей волны (КСВ) - это способ охарактеризовать качество нагрузки в ВЧ системе. То есть он характеризует, насколько близко нагрузочный компонент соответствует характеристическому сопротивлению системы.
КСВ может быть указан в терминах сигналов напряжения или тока на линии передачи, хотя чаще всего мы используем напряжение, а затем специально ссылаемся на КСВН.
КСВ дает аналогичную информацию для импеданса нагрузки Z L или коэффициента отражения (также известного как s-параметр S 11 ). Однако КСВ не полностью определяет эти параметры, потому что, хотя полное сопротивление нагрузки и коэффициент отражения являются комплексными числами, КСВ является действительным числом. Значение КСВ может быть полностью определено величиной коэффициента отражения (фаза не влияет на КСВ).Γ
VSWR использовался исторически, потому что его можно измерить, используя простой ручной метод. Используется воздушно-диэлектрическая коаксиальная линия передачи с прорезью во внешнем проводнике, позволяющей вставить зонд для контакта с центральным проводником. Зонд перемещается вдоль линии, чтобы найти точки максимальной и минимальной амплитуды сигнала, что, конечно же, сразу дает КСВН. Этот метод сегодня не используется для коаксиальных линий из-за доступности автоматических сетевых анализаторов, но он все еще используется в волноводных системах с настройкой зонда, подобной этой:
VSWR часто используется для характеристики ВЧ компонентов, когда мы хотим указать, насколько они согласованы как нагрузки на линии передачи, без ссылки на то, дают ли они отрицательные или положительные отражения.
КСВН также часто используется для характеристики антенн, поскольку необходимо знать только величину отражения, чтобы определить долю мощности источника, излучаемой от антенны.