Was ist das Stehwellenverhältnis (SWR)?

In der HF-Elektronik charakterisieren wir ein Bauteil oder eine Antenne häufig anhand des Stehwellenverhältnisses (SWR). Wie ist dieser Parameter definiert und wie wirkt er sich auf einen Stromkreis aus?

Die Motivation für diese Frage ist, dass es hilfreich gewesen wäre , bei der Beantwortung einer anderen Frage auf eine Definition des SWR innerhalb des Standorts Bezug zu nehmen, um zu erläutern, wie das SWR gemessen wird.

Jede Übertragungsleitung hat eine charakteristische Impedanz, die üblicherweise mit Z _{0 bezeichnet wird} . Wenn eine Übertragungsleitung mit Impedanzen abgeschlossen wird, die mit Z ₀ übereinstimmen , wird ein an einem Ende gesendetes Signal am anderen Ende vollständig absorbiert, und es wird keine Energie an die Quelle zurückgeworfen. Die an einem beliebigen Punkt entlang der Linie gemessene Spannung und / oder der Strom sind mit jedem anderen Punkt identisch.

Wenn jedoch eine Abschlussimpedanz nicht an die Übertragungsleitung angepasst ist, wird Energie zurück in die Leitung reflektiert, und dieses "Rückwärts" -Signal stört das "Vorwärts" -Signal (addiert es zu dem Signal oder subtrahiert es davon).

Wenn das Signal eine Sinuswelle mit fester Frequenz ist, erzeugt diese Störung "stehende Wellen" auf der Übertragungsleitung. Dies bedeutet, dass die gemessene Spannung oder der gemessene Strom in der Leitung periodisch mit dem Abstand von der Impedanzdiskontinuität variiert. Ist die Abschlussimpedanz größer als Z _{0 ist} , gibt es an diesem Punkt ein Spannungsmaximum; Wenn es kleiner ist, wird es dort ein aktuelles Maximum geben.

Die Definition des "Stehwellenverhältnisses" (SWR) ist das Verhältnis zwischen der maximalen Spannung (oder dem maximalen Strom), die an einem beliebigen Punkt entlang der Linie gefunden wird, und dem minimalen Wert, der an einem beliebigen anderen Punkt entlang der Linie gefunden wird. Manchmal wird der Begriff VSWR verwendet, um das Spannungsverhältnis explizit zu bezeichnen. Der Wert dieses Verhältnisses steht in direktem Zusammenhang mit dem Verhältnis von Z ₀ zur Abschlussimpedanz Z _T . Speziell,

SWR = Z _T / Z ₀ , wenn Z _T > Z ₀

SWR = Z ₀ / Z _T , wenn Z _T <Z ₀

Wenn eine Komponente oder Antenne mit einer SWR-Messung gekennzeichnet ist, wird dies immer in Bezug auf eine bestimmte nominale Übertragungsleitungsimpedanz angegeben (normalerweise 50 Ω oder 75 Ω, abhängig von der beabsichtigten Anwendung). Dies ist nur eine andere Möglichkeit, anzugeben, wie nahe die Impedanz des Geräts am Nennwert liegt.

Wie Dave Tweed in seiner Antwort gezeigt hat, ist das Standing Wave Ratio (SWR) eine Möglichkeit, die Qualität einer Last in einem HF-System zu charakterisieren. Das heißt, es wird charakterisiert, wie eng eine Belastungskomponente mit der charakteristischen Impedanz des Systems übereinstimmt.

SWR kann in Form von Spannungs- oder Stromsignalen auf der Übertragungsleitung angegeben werden, obwohl wir am häufigsten die Spannung verwenden und uns dann speziell auf das VSWR beziehen.

Das SWR gibt ähnliche Informationen wie die Lastimpedanz Z _L oder der Reflexionskoeffizient$\Gamma$ (auch als S-Parameter bekannt S _{11 bekannt} ). Das SWR spezifiziert diese Parameter jedoch nicht vollständig, da die Lastimpedanz und der Reflexionskoeffizient komplexe Zahlen sind, das SWR jedoch eine reelle Zahl ist. Der SWR - Wert kann vollständig durch die Größe des Reflexionskoeffizienten (die Phase von$\Gamma$ wirkt sich nicht auf den SWR aus).

VSWR wurde in der Vergangenheit verwendet, weil es mit einer einfachen manuellen Methode gemessen werden kann. Eine luftdielektrische koaxiale Übertragungsleitung mit einem Schlitz im Außenleiter ermöglicht das Einführen einer Sonde, um den Mittelleiter zu kontaktieren. Die Sonde wird entlang der Linie bewegt, um die Punkte der maximalen und minimalen Signalamplitude zu finden, was natürlich sofort das VSWR ergibt. Diese Technik wird heute aufgrund der Verfügbarkeit von automatisierten Netzwerkanalysatoren nicht für Koaxialleitungen verwendet, sie wird jedoch weiterhin in Wellenleitersystemen mit einer Sondenanordnung wie der folgenden verwendet:

VSWR wird häufig verwendet, um HF-Komponenten zu charakterisieren, wenn angegeben werden soll, wie gut sie als Lasten auf einer Übertragungsleitung übereinstimmen, unabhängig davon, ob sie negative oder positive Reflexionen erzeugen.

VSWR wird auch häufig zur Charakterisierung von Antennen verwendet, da nur die Größe der Reflexion bekannt sein muss, um den Anteil der von der Antenne abgestrahlten Quellenleistung zu bestimmen.