straty odbiciowe.pdf

Co to s straty odbiciowe RL i jaki jest ich stosunek do SWR

W numerze 6 naszego Biuletynu z grudnia 2006 roku opisałem współczynnik fali

stoj cej „SWR”. Biuletyn jest dost pny na naszym portalu, dla przypomnienia pod adresem:

http://sp8-ral.com/images/biuletyny/2006/Biuletyn6/Biuletyn6_2006.htm .

Poni szy opis, jest kontynuacj opisu SWR i powi zanych z nim innych okre le .

W instrukcji producentów sprz tu radiowego, czy w danych technicznych np.

tranzystora, cz sto mo emy spotka okre lenie „return loss” w skrócie RL, zamiast znanego

nam dobrze terminu SWR.

Return loss, to po polsku straty odbiciowe (nie straty powrotu, jak prosto mo na by

przetłumaczy ).

Zacznijmy od typowej linii transmisyjnej. Dla przypomnienia, je li obci enie Z L ma tak

sam impedancj jak charakterystyczna impedancja Z 0 linii transmisyjnej, to cała przenoszona

moc jest wydzielona w obci eniu linii. Je li obci enie ma inn impedancj , wi ksz lub

mniejsz od Z 0 , to jaka cz przekazywanej energii b dzie odbita z powrotem do ródła.

Fala padaj ca i fala odbita zakłócaj si wzajemnie tworz c w linii transmisyjnej tzw. fal

stoj c . Im wi ksza jest ró nica w impedancjach pomi dzy lini a obci eniem, tym wi ksza

b dzie amplituda interferencji – fali stoj cej.

Je eli charakter napi (padaj cego i odbitego) w linii jest pomierzony, to ich

wzajemny stosunek nazywa si napi ciowym współczynnikiem fali stoj cej VSWR. Odnosi

si to równie do pr du płyn cego w linii, i pomierzony ich stosunek oznaczamy jako ISWR.

Poniewa łatwiej jest mierzy napi cie w linii ni pr d, to zwykle u ywamy VSWR. W tych

samych warunkach ISWR i VSWR maja te same warto ci, ale zwykle u ywamy poj cia SWR

jako bardziej znanego i ogólnego.

Bardzo rzadko napi cie i pr d w linii transmisyjnej mierzymy bezpo rednio. Zwykle

u ywamy tzw. sprz gaczy kierunkowych aby zmierzy napi cie, które jest proporcjonalne do

mocy padaj cej i odbitej. W mierniku SWR stosunek tych napi zamieniamy na pomiar

SWR’a. Rodzi si pytanie, czy nie pro ciej byłoby zmierzy i zobrazowa moc padaj c i

odbit ? W warunkach amatorskich jest to do trudne, i dlatego u ywamy mierników SWR,

które opisuj zwi zek mi dzy Z L a Z O , tak wi c nasz miernik pokazuje nam współczynnik fali

stoj ce - SWR.

W radiokomunikacji profesjonalnej sytuacja jest inna. Profesjonali ci chc wiedzie

ile mocy z linii transmisyjnej jest dostarczane do urz dzenia lub anteny a ile jest odbijane z

powrotem. Nie stosuj poj cia SWR a poj cie RL. S zainteresowani bardziej efektywno ci

systemów. Do bezpo rednich pomiarów mocy u ywaj bardziej wyrafinowanych systemów

pomiarowych, ni amatorzy.

Straty odbiciowe (Return Loss) RL jest to stosunek mocy sygnału odbitego od ko ca

linii transmisyjnej do mocy sygnału wej ciowego. RL jest mierzony w dziedzinie

cz stotliwo ci i podaje si go w dB.

Straty odbiciowe RL i SWR w zasadzie mierz t sam „rzecz” – ile mocy w linii

transmisyjnej jest wysyłane do obci enia, a ile jest odbite. Natomiast wynik pomiarów

wyra any jest w innych jednostkach.

odb

Straty odbiciowe: (RL) =

log

pad

Poniewa P odb nigdy nie jest wi ksze od P pad , to RL jest zawsze ujemne. Im wi ksza jest

ujemna warto RL, tym mniejsza jest moc odbita w porównaniu do mocy przesłanej. Je li

cała moc jest przeniesiona do obci enia w przypadku gdy Z L = Z O to wówczas RL= dB.

Je eli adna moc nie jest przesłana do obci enia, np. w przypadku linii otwartej lub zwartej

to RL = 0dB.

Dla wprawy mo na pokusi si i obliczy RL dla nast puj cych warto ci P pad i P odb :

1. P pad = 100W, P odb = 25W

2. P pad = 100W, P odb = 1W

3. P pad = 1W, P odb = 0,1W

Poni sza tabela pokazuje seri warto ci dla ró nych P pad i P odb i odpowiadaj cej im

warto ci RL. Zauwa my, e RL zale y tylko od stosunku warto ci mocy. RL ma t sam

warto je li P odb /P pad ma t sam warto .

P pad (W)

P odb (W)

P odb / P pad

RL (dB)

0,1

-10

0,5

-3

0,1

-10

100

0,2

0,002

-27

100

0,01

-20

100

0,05

-13

100

0,5

-3

100

0,2

-7

RL mo e by obliczony bezpo rednio ze stosunków mocy w dBm ( w odniesieniu do

1mW), lub w dBW ( w odniesieniu do 1W). W tym przypadku, RL = P odb – P pad , poniewa

logarytm był ju wcze niej obliczony dla dBm lub dBW. Nie obliczamy przez dzielenie, ale

przez odejmowanie. Na przykład je eli P pad = 10dBm a P odb = 0,5dBm, to:

RL = 0,5-10 = - 9,5dBm.

Oczywi cie obliczenia przeprowadzamy w tych samych jednostkach, nie mo na

bezpo rednio odj dBW od dBm. Ale mo na zamieni jedn z jednostek odpowiednio na

drug i wówczas przeprowadzi odejmowanie. Np. je eli mamy P pad =10dBW a P odb =

20dBm, to: 1W=1000x1mW, i aby zamieni dBW w dBm nale y doda log 10 (1000)=30dB i

otrzymujemy P pad =40dBm, czyli RL=20dBm - 40dBm= -20dBm.

Nasuwa si oczywisty wniosek, e je eli RL ma wi ksz warto ujemn , to mniejsza cz

mocy jest odbita od obci enia. Korzystna jest wi ksza warto ujemna RL, tak jak korzystny

jest ni szy SWR.

Konwersja SWR do RL.

Je eli SWR i RL mierz t sam „rzecz” – moc odbit , jako cz mocy padaj cej, to

czy mo na wzajemnie ich zamieni ? Oczywi cie tak. (polecam stron :

http://www.minicircuits.com/pages/pdfs/dg03-111.pdf ). Jakie równanie musimy zastosowa ?

Zaczniemy od zamiany RL odwrotnie do stosunku mocy:

odb

log

(0.1 x RL)

pad

Teraz mo emy u y równania do obliczenia SWR z mocy padaj cej i odbitej:

odb

pad

SWR=

odb

pad

Poni sza tabela pokazuje relacje pomi dzy SWR a RL (przykład):

Podb/Ppad

RL (dB)

SWR

0,0001

-40

1.02

0,0100

-20

1.22

0,1000

-10

1.92

0,6310

-2

8.72

0,9772

-0,1

173.72

Mo emy spróbowa zrobi to w inny sposób, z SWR do RL.

Zacznijmy od równania opisuj cego SWR ze stosunku mocy padaj cej i odbitej:

SWR

odb

SWR

pad

Teraz mo emy przekonwertowa do RL u ywaj c równania do obliczenia strat odbicia:

odb

RL=

log

pad

odb

W tabeli poni szej pokazano seri warto ci dla stosunku

i RL w odniesieniu do SWR

pad

SWR

Podb/Ppad

RL (dB)

1.01

0.005

-23.0

1.2

0.091

-10.4

0.333

-4.8

0.500

-3.0

0.818

-0.9

Stosuj c powy sze wzory mo na samemu w arkuszu kalkulacyjnym automatycznie

przekonwertowa warto SWR do RL.

Wi kszo profesjonalnych przyrz dów stosowanych w technice pomiarowej takich

jak generatory, analizatory widma etc, kalibrowanych jest w jednostkach dB i pokrewnych im

np. dBm. Wielko ci wyra one w decybelach lepiej opisuj zjawiska, których zakres mo e

przekracza zjawiska wyra one „linearnie” tak jak w przypadku pomiaru SWR.

Przykładem mog by du e warto ci ujemne RL, przy których warto SWR staje si bliska

zeru, i jest coraz mniejsza i mniejsza (trudna do odczytu na mierniku). Du o łatwiej jest

pracowa z wi kszymi warto ciami RL okre lonymi w dB, tak jak powszechnie robimy to w

przypadku wzmocnienia czy tłumienia.

Innym powodem jest to, e o urz dzeniach mo emy my le jako o „czarnych

skrzynkach”, które maj dwa porty – wej ciowy 1 i wyj ciowy 2. Zachowanie urz dzenia

mo emy opisa matematycznie poprzez zwi zki pomi dzy sygnałami w tych portach.

Dla uproszczenia pomijamy zasilanie tej „czarnej skrzynki”.

S techniki opisuj ce relacje pomi dzy portami. Ka da z tych relacji polega na zbiorze

konstrukcji matematycznych zwanych parametrami. Parametry takie jak Z, H czy T, opisuj

urz dzenia, które pod pewnymi wzgl dami okre laj typ produktu lub urz dzenia. Np.

parametr T opisuje urz dzenie w warunkach odnosz cych si do transmisji sygnałów, a np.

parametr Z opisuje urz dzenie charakteryzuj ce jego impedancj . Ka dy typ parametru jest

matematycznym zbiorem u ywanym w stosownym rodowisku.

Najbardziej wspólnym zbiorem parametrów, u ywanym przez projektantów systemów

w.cz. jest parametr S, zwany parametrem rozpraszania. Parametry S opisuj zdarzenia, które

wynikaj z przenikania (rozpraszania) sygnałów pomi dzy portami urz dzenia, lub nawet w

tym samym porcie. Mamy cztery parametry S: S 11 , S 12 , S 21 i S 22 tak jak opisane jest na

rysunku powy ej. Indeksy cyfrowe pokazuj kierunek rozpraszania. Pierwsza liczba, to port,

w którym mierzymy sygnał, a druga, to port do którego sygnał podajemy. Na przykład S 21

opisuje sygnał w porcie 2, który wynika z sygnału podanego do portu 1. W przypadku np.

„czarnej skrzynki” pracuj cej jako wzmacniacz, S 21 opisuje jego wzmocnienie. Je li „czarna

skrzynka” jest lini transmisyjn , to parametr S 21 opisuje straty tej linii.

We wzmacniaczu, S 12 opisuje izolacj pomi dzy portem wyj ciowym a portami

wej ciowymi. S 11 opisuje zdarzenia w porcie wej ciowym, przy podaniu sygnału do niego i

pomiary tego sygnału, który wraca z powrotem do tego portu. I to jest wła nie definicja strat

odbiciowych RL. Podobnie S 22 okre la straty odbiciowe w porcie wyj ciowym. Tak wi c,

uło one te cztery parametry - S w macierz, okre laj – wzmocnienie, izolacj i dwie straty

powrotu i opisuj wzmacniacz, lini transmisyjn , filtr, etc.

Na podstawie QST jan. 2009

Jacek SP8BAI

sp8bai@arrl.net

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: