SWR.pdf

Współczynnik fali stoj cej – SWR - wyja nienie

Poni szy opis, głownie przeznaczony jest dla tych, co próbuj obcina tzw. „feeder” (czyt. fider), czyli kabel

ł cz cy nadajnik z anten w celu dopasowania impedancyjnego układu.

W rozmowach na pasmach amatorskich, słyszy si niekiedy niestworzone a niekiedy wr cz kuriozalne

opowie ci dotycz ce SWR’a. Niektórzy próbuj udowadnia , e SWR mo e by mniejszy od jedno ci. J

W krótkim opisie postaram si wyja ni na przykładach, co mo na pomin , a czego mo emy obawia si

obserwuj c nasz SWR.

Co to jest SWR?

SWR bardziej poprawnie powinien by nazywany: VSWR (od: „napi ciowy współczynnik fali stoj cej”). Co

to oznacza? Najlepsz drog do zrozumienia SWR s przykłady.

Typowy układ nadawczy, to nadajnik podł czony do linii transmisyjnej, który z kolei jest podł czony do anteny. Kiedy

uruchomimy nasz TX, to napi cie w.cz. pojawia si na wej ciu linii transmisyjnej. . To napi cie przesyłane jest przez

lini do jej ko ca i jest nazywane napi ciem padaj cym. Cz tego napi cia jest odbijana przez doł czon anten i

w druje z powrotem lini transmisyjn do nadajnika jako napi cie odbite. Mo na to porówna do zjawiska echa, gdzie

głos odbija si od przeszkody i wraca do nas w postaci wła nie echa.

SWR jest miar zdarze pomi dzy napi ciem padaj cym i odbitym oraz w jakim pozostaj stosunku do siebie.

Zobaczmy, co dzieje si , kiedy nadajnik jest podł czony do kabla koncentrycznego o oporno ci 50 i anteny równie o

oporno ci 50 . Załó my, e kabel koncentryczny jest bezstratny a z nadajnika promieniuje 1W mocy. Gdyby my do

wyj cia nadajnika podł czyli teraz oscyloskop, to zobaczyliby my na ekranie przebieg sinusoidalny. Amplituda tej

sinusoidy jest ci le zwi zana z moc , jak emituje nadajnik. Sinusoida o wi kszej amplitudzie, odpowiada wi kszej

mocy. Ta fala energii przechodzi przez lini transmisyjn i dochodzi do anteny. Je li impedancja anteny jest równa 50

, i składa si tylko z cz ci rzeczywistej (brak cz ci urojonej – reaktancji), tak jak kabla, to cała energia jest

wypromieniowana przez anten . Gdziekolwiek teraz, by my nie mierzyli napi cie w linii transmisyjnej, to w ka dym

jej punkcie, kształt i wielko tego napi cia b dzie taka sama jak wychodz ca z nadajnika. Tak sytuacj spotyka si w

warunkach dopasowania i wówczas SWR równy jest 1:1. Sytuacja idealna, ale w yciu niestety niespotykana.

W przypadku rezystancyjnego obci enia, SWR mo e by łatwo obliczony jako stosunek równy: R/Z 0 lub Z 0 /R, i w

ka dym przypadku rezultat jest równy lub wi kszy od 1.0.

Ka da linia transmisyjna, np. w postaci kabla koncentrycznego charakteryzuje si impedancj własn , zale n od jego

budowy, tj. rednic przewodnika, odległo ci przewodnika od ekranu, oraz jakim materiałem wypełniona jest

przestrze pomi dzy przewodnikiem a ekranem. Na t cech charakterystyczn koncentryka nie mamy wpływu,

parametr ten podaj wszyscy producenci kabli koncentrycznych.

Co stanie si , je li antena nie jest o oporno ci 50 , a przypu my 100 , a kabel o oporno ci 50 ? SWR w

tym układzie równy jest 2:1 (100/50). Teraz energia dostarczona do anteny jest w cz ci wypromieniowana, a w cz ci

wraca jako fala odbita z powrotem do nadajnika. Spowodowane jest to niedopasowaniem anteny do linii, st d fala

odbita. Przy takim SWR, 33% napi cia w.cz. wraca jako echo z powrotem do nadajnika. Poni sza tabela podaje ile

procent napi cia w.cz. oraz mocy, wraca jako odbite przy ró nych SWR.

VSWR % napi cia % mocy VSWR % napi cia % mocy

1.0:1 0 0 1.8:1 29 8.2

1.1:1 5 0.2 1.9:1 31 9.6

1.2:1 9 0.8 2.0:1 33 11

1.3:1 13 1.7 2.5:1 43 18.4

1.4:1 17 2.8 3.0:1 50 25

1.5:1 20 4 4.0:1 56 36

1.6:1 23 5.3 5.0:1 67 44.4

1.7:1 26 6.7 10.0:1 82 67

W przypadku takiego niedopasowania, zobaczmy, co stało si w linii transmisyjnej. Poprzednio, przy dopasowaniu,

napi cie w.cz. w linii w ka dym jej punkcie było takie same. Teraz, gdyby my mierzyli napi cie wzdłu linii, to

zobaczyliby my, e napi cie to zmienia si , raz jest wi ksze a raz mniejsze w zale no ci od jego fazy . Te wracaj ce

33% napi cia raz dodaje si do napi cia padaj cego a raz odejmuje. W ró nych punktach linii mamy raz 133%

napi cia, a w innym punkcie 66% napi cia przy dopasowaniu nadajnika do linii. Współczynnik napi ciowy jest równy

133/66 lub inaczej 2.0.

Ten współczynnik napi ciowy okre la SWR (współczynnik fali stoj cej). Napi cie wzdłu linii transmisyjnej zmienia

si z długo ci linii i jest ró ne od tego, co wysyła nadajnik, to zjawisko nazywane jest fal stoj c .

Fala stoj ca pojawia si tylko wtedy, kiedy wyst puje niedopasowanie linii.

Czy wysoki SWR prowadzi do zmniejszenia mocy wypromieniowanej?

Mo na wierzy lub nie, ale w obu przypadkach 100% mocy jest wypromieniowane przez anten . W

pierwszym przypadku, przy dopasowaniu 50 z ka dej strony, jest zrozumiałe, e przy braku fali odbitej wszystko to,

co dostarczamy do anteny jest przez ni wypromieniowane. W drugim przypadku 33% napi cia wraca z powrotem do

nadajnika, ale tu nie ginie, ale odbija si , i razem z fal padaj c w druje z powrotem do anteny wzdłu linii. Odbita

energia w druje w linii w jedn i drug stron , a w ko cu cała zostanie wypromieniowana. Dzieje si tak w linii, w

której nie ma strat przesyłowych i niewa ne jest, jaki jest SWR, w ko cu cała moc zostanie dostarczona do anteny i

wypromieniowana. Nast pne przykłady poka , co mo e si zdarzy jeszcze.

Czy wysoki SWR to le, czy nie?

Teraz, kiedy zrozumieli my, co to jest SWR, kilka przykładów poka e, dlaczego w tych samych warunkach wysoki

SWR mo e prowadzi do zmniejszenia mocy wypromieniowanej, a w innych nie jest problemem. Łatw drog do

zobrazowania jak SWR działa na system antenowy jest u ycie dwóch wykresów.

W poprzednich przykładach, linia transmisyjna była bezstratna i cała moc dostarczona do anteny została

wypromieniowana. Poniewa ka da linia transmisyjna ma straty to spotkamy zupełnie inne warunki. Teraz poka

bardziej praktyczn sytuacj . Tym razem mamy jak długo kabla o oporno ci 50 o stratach 3dB (50% mocy) i

anten o oporno ci 50 . Zatem w dalszym ci gu SWR równy jest 1:1. Nasz nadajnik produkuje moc równ , 1W, ale

tylko 0.5W zostaje dostarczone do anteny. Poniewa SWR jest 1:1, to nie ma adnych strat spowodowanych

niedopasowaniem. To bardzo prosta sytuacja i adne wykresy s tu niepotrzebne. Wszystko jest jasne.

Teraz, we my anten o oporno ci 100 i z tym samym kablem. SWR jest równe 2:1 przy antenie, poniewa

100/50=2.0. Patrz c na rysunek 1, widzimy, e dodatkowe straty wynikaj ce ze strat w kablu i z powodu

niedopasowania wynosz 0.35dB. W tym przypadku, całkowite straty wynios 3.35dB naszego sygnału a do anteny

zostanie dostarczone 0.46W. Przy SWR 1:1 dostarczone było 0.5W, teraz 0.46W – praktycznie adna ró nica.

Ale jak to b dzie, je li SWR b dzie 3:1 z tym samym kablem? Znowu korzystaj c z rysunki 1, widzimy, e dodatkowe

straty wynios 0.9dB, a całkowite 3.9dB, i moc dostarczona do anteny wyniesie 0.41W. Dalej niewiele dodatkowych

strat przy SWR 3:1. W normalnych warunkach propagacyjnych strata o 0.9dB jest zupełnie niezauwa alna.

Czy to ju wszystko?

Przy długiej i bardzo stratnej linii transmisyjnej, nawet przy bardzo dobrym dopasowaniu, mo e okaza si , e do

anteny nie dochodzi adna moc.

Wyobra my sobie anten na 2m, która zasilana jest kablem RG8X (odpowiednikiem jest RG213) o długo ci 40m.

Producent okre la, e na 144MHz i na tej długo ci starty wynios 4.5dB, co wydaje si do zaakceptowania. Pomiary

SWR przy nadajniku wskazuj 2:1, co równie jest do zaakceptowania, chocia mogłoby by lepiej. Co jest złe w tym

przypadku? Pami tamy, e fala odbita w druje tam i z powrotem wzdłu linii. Wcze niej, powiedziane było, e w

ko cu i tak zostanie ona wypromieniowana, ale to było przy zało eniu, e linia jest bez strat. Teraz historia jest zupełnie

inna – mamy kabel ze startami. Ka da fala odbita jest tłumiona o 4.5dB, lub o 9dB przy powrocie do anteny itd. Straty

w kablu spowoduj , e , fala odbita jest całkowicie stłumiona, a nie wypromieniowana. Ale có w tym złego?

Popatrzmy na rysunek 2, z SWR’em przy nadajniku 2:1 i stratami w kablu 4.5dB, wykres pokazuje, e SWR przy

antenie wynosi 20:1 !. To znacznie, znacznie wi cej ni przy nadajniku. Wracamy do rysunku 1 i widzimy, e SWR

20:1 przy antenie dodaje dodatkowo 7dB start z powodu niedopasowania. Praktycznie, system antenowy, o którym

my leli my, e ma tylko 4 dB strat, w rzeczywisto ci ma 11dB strat. W konsekwencji mniej ni 1/10 mocy naszego

nadajnika zostanie wypromieniowana!.

Je li ten sam kabel jest otwarty na ko cu (antena nie jest podł czona) i mierzy kilkaset metrów, to SWR mierzony przy

nadajniku poka e SWR 1:1. Dlaczego? Poniewa tworzy si linia długa o charakterystycznej impedancji kabla, a starty

odbiciowe „zdychaj ” w odpowiednio długim kablu.

Wniosek z tego taki, e pomiary SWR powinny by robione przy antenie, szczególnie, je li u ywamy długiego kabla

koncentrycznego. Pomiar SWR’a przy nadajniku mo e by zawodny. A drugi wniosek to taki, e dobrze jest zna straty

w kablu, które podaje producent kabla, a które odnosz si do SWR’a 1:1 lub doskonałego dopasowania. Wszystko to,

co powoduje niedopasowanie, daje dodatkowe straty.

Na podstawie QST nov 06 K5DVW

SP8BAI Jacek

sp8bai@arrl.net

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: