อัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) คืออะไร?

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ rf เรามักจะจำแนกองค์ประกอบหรือเสาอากาศตามอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) คำจำกัดความของพารามิเตอร์นี้คืออะไรและมีผลต่อวงจรอย่างไร

แรงจูงใจสำหรับคำถามนี้คือในขณะที่ตอบคำถามอื่นมันจะมีประโยชน์ที่จะสามารถอ้างถึงคำจำกัดความของ SWR ภายในไซต์เพื่ออธิบายวิธีการวัด SWR

สายส่งใด ๆ ที่มีลักษณะสมรรถภาพมักจะแสดง Z 0 หากสายส่งถูกยกเลิกด้วยอิมพีแดนซ์ที่ตรงกับ Z ₀สัญญาณที่เปิดตัวที่ปลายด้านหนึ่งจะถูกดูดซับอย่างสมบูรณ์ที่ปลายอีกด้านหนึ่งและจะไม่มีพลังงานสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิด แรงดันไฟฟ้าและ / หรือกระแสที่วัดได้ ณ จุดใด ๆ ตามแนวเส้นจะเท่ากับจุดอื่น

อย่างไรก็ตามหากความต้านทานการเลิกจ้างไม่ตรงกับสายส่งพลังงานจะถูกสะท้อนกลับเข้าไปในสายและสัญญาณ "ย้อนกลับ" นี้จะรบกวน (เพิ่มหรือลบจาก) สัญญาณ "ไปข้างหน้า"

หากสัญญาณเป็นคลื่นความถี่คงที่การรบกวนนี้จะสร้าง "คลื่นนิ่ง" ที่สายส่ง ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้หรือกระแสไฟฟ้าที่วัดได้ในสายจะแตกต่างกันไปตามระยะห่างจากความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ หากอิมพีแดนซ์การเลิกจ้างมีค่ามากกว่า Z ₀จะมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่จุดนั้น ถ้าน้อยกว่าจะมีค่าสูงสุดในปัจจุบัน

คำนิยามของ "อัตราส่วนคลื่นยืน" (SWR) คืออัตราส่วนระหว่างแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (หรือปัจจุบัน) พบที่จุดใด ๆ ตามแนวเพื่อให้มีค่าต่ำสุดที่พบในจุดอื่น ๆ ตามแนวที่ บางครั้งคำว่า VSWR ถูกใช้เพื่อแสดงถึงอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าอย่างชัดเจน ค่าของอัตราส่วนนี้จะเกี่ยวข้องโดยตรงกับอัตราส่วนของซี₀ไปสู่การยุติความต้านทานซีที โดยเฉพาะอย่างยิ่ง

SWR = Z _T / Z ₀ถ้า Z _T > Z ₀

SWR = Z ₀ / Z _Tถ้า Z _T <Z ₀

เมื่อส่วนประกอบหรือเสาอากาศมีลักษณะเฉพาะด้วยการวัด SWR สิ่งนี้จะถูกระบุเสมอเกี่ยวกับความต้านทานของสายส่งที่ระบุ (โดยทั่วไปคือ50Ωหรือ75Ωขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ต้องการ) นี่เป็นอีกวิธีหนึ่งในการระบุว่าอิมพีแดนซ์ของอุปกรณ์นั้นใกล้เคียงกับค่าเล็กน้อยเพียงใด

ดังที่ Dave Tweed แสดงให้เห็นในคำตอบของเขาอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) เป็นวิธีการระบุลักษณะของโหลดในระบบ rf นั่นคือมันเป็นลักษณะขององค์ประกอบการโหลดที่ใกล้เคียงกับความต้านทานลักษณะเฉพาะของระบบ

SWR สามารถระบุได้ในแง่ของแรงดันไฟฟ้าหรือสัญญาณปัจจุบันในสายส่งแม้ว่าโดยทั่วไปแล้วเราจะใช้แรงดันไฟฟ้าและจากนั้นอ้างอิงถึง VSWR

SWR ให้ข้อมูลที่คล้ายคลึงกับโหลดความต้านทานZ _Lหรือสัมประสิทธิ์การสะท้อน (หรือที่เรียกว่า s-parameter S ₁₁ ) อย่างไรก็ตาม SWR ไม่ได้ระบุพารามิเตอร์เหล่านั้นอย่างเต็มที่เพราะในขณะที่ความต้านทานโหลดและสัมประสิทธิ์การสะท้อนเป็นตัวเลขที่ซับซ้อน SWR เป็นจำนวนจริง สามารถกำหนดค่า SWR ได้อย่างสมบูรณ์โดยขนาดของสัมประสิทธิ์การสะท้อน (เฟสของไม่ส่งผลกระทบต่อ SWR)$\Gamma$$\Gamma$

มีการใช้ VSWR ในอดีตเนื่องจากสามารถวัดได้โดยใช้วิธีการง่ายๆ มีการใช้สายส่งสัญญาณโคแอ็กเซียลอากาศ - อิเล็กทริกโดยมีช่องเสียบในตัวนำด้านนอกที่อนุญาตให้เสียบเข้าไปในโพรบเพื่อสัมผัสกับตัวนำกลาง โพรบถูกย้ายไปตามเส้นเพื่อค้นหาจุดสูงสุดและความกว้างของสัญญาณต่ำสุดซึ่งแน่นอนว่าจะให้ VSWR ทันที เทคนิคนี้ไม่ได้ใช้กับสายโคแอกเชียลในปัจจุบันเนื่องจากความพร้อมใช้งานของเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายอัตโนมัติ แต่ยังคงใช้ในระบบคลื่นนำด้วยการตั้งค่าโพรบเช่นนี้:

บ่อยครั้งที่ VSWR ถูกใช้เพื่อระบุลักษณะของส่วนประกอบ rf เมื่อเราต้องการระบุว่าการจับคู่ที่ดีเป็นอย่างไรในการโหลดบนสายส่ง

VSWR นั้นมักใช้ในการจำแนกลักษณะของเสาอากาศเพราะมันจำเป็นต้องรู้ขนาดของการสะท้อนเพื่อกำหนดสัดส่วนของพลังงานที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศ