VSWR, 반사 손실 및 반사 전력 가이드

모든 RF 설계에서 VSWR이 여전히 중요한 이유

VSWR (전압 정재파 비율) 은 아마도 RF 엔지니어링에서 가장 먼저 알게 된 것 중 하나일 것입니다. 솔직히 말해서 이 점에 대해 신경 쓸 일이 없을 것입니다.셀룰러 기지국 안테나를 튜닝하고 계신가요?커넥터 인터페이스 확인 중이신가요?햄 라디오 설정이 작동하지 않는 이유를 디버깅하고 계신가요?VSWR은 전송 라인과 부하가 잘 맞는지 여부를 알려주는 숫자입니다.모든 것이 완벽하게 일치하면 모든 전력이 부하에 전달됩니다.그렇지 않으면 일부는 되돌아옵니다. 즉, 전력이 낭비되고, 앰프에 부하가 걸리고, 일반적으로 시스템 성능이 예상보다 나빠집니다.

성가신 부분은 다음과 같습니다. VSWR은 현재 상황을 설명하는 한 가지 방법일 뿐입니다.반사 손실, 반사 계수, 불일치 손실, 반사 전력 대 투과 전력 백분율도 있습니다. 이 모든 것이 서로 다른 관점에서 보면 완전히 동일한 물리적 현실을 나타냅니다.이 둘을 손으로 변환하고 싶으신가요?물론이죠. 간단합니다.하지만 정말 지루한 일이에요. 특히 벤치 세션 도중에 답을 찾고 있을 때는 말이죠.그래서 VSWR 및 수익 손실 계산기 를 만들었습니다. VSWR을 입력하면 모든 관련 지표를 즉시 확인할 수 있습니다.더 이상 데이터시트 뒷면에 낙서를 하지 않아도 됩니다.

핵심 관계

이 모든 수량을 연결하는 수학을 살펴보겠습니다.반사 계수$\Gamma$은 VSWR에서 직접 가져온 것입니다.

충분히 간단합니다.반사 손실 (RL) 은 데시벨로 표시되는 것과 동일한 정보입니다.여기서 부호 규칙을 살펴보세요. 반사 손실은 입사 전력에 비해 반사 전력이 얼마나 낮은지를 나타내는 dB 단위의 양수로 정의됩니다.반사 손실이 클수록 매칭이 더 잘 됩니다.일부 문헌에서는 이 기호를 뒤집어서 끝없는 혼란을 야기하기도 합니다.

불일치 손실은 임피던스 불일치로 인해 얼마나 많은 전송 전력을 포기하고 있는지를 나타냅니다.

마지막으로, 반사 전력과 투과 전력의 백분율:이 다섯 가지 출력은 사용자가 입력하는 모든 VSWR에 대해 계산기가 출력하는 것과 정확히 같습니다.입력 하나, 유용한 숫자 다섯 개

작업 예제: 1. 5:1 VSWR 안테나 매치 평가

옥상에 900MHz 안테나를 방금 설치했다고 가정해 보겠습니다.사이트 스윕 분석기를 실행하면 원하는 대역에서 1. 5:1 VSWR을 읽습니다.충분히 괜찮은가요?한 번 알아보죠.

반사 계수부터 시작하세요.

이제 손실을 반환합니다:반사 전력:즉, 전송된 전력은 다음과 같습니다.그리고 미스매치 손실:따라서 1. 5:1 VSWR에서는 불일치 손실로 약 0.18dB의 손실이 발생합니다. 즉, 전력의 약 4% 가 되돌아옵니다.대부분의 상용 시스템에서는 이 방법이 실제로 적절한 궁합이라고 할 수 있습니다.대부분의 안테나 사양은 전체 작동 대역폭에서 최대 1. 5:1 까지 허용합니다.링크 버짓이 매우 적거나 파워 앰프가 부하 불일치에 특히 민감한 경우에만 걱정하기 시작할 수 있습니다.대부분의 최신 PA는 땀을 흘리지 않고도 이 문제를 처리할 수 있습니다.

실용적인 VSWR 벤치마크

다음은 빠르게 참조할 수 있도록 정리해 둔 표입니다.다양한 VSWR 값이 실제로 관심 있는 지표로 어떻게 변환되는지 보여줍니다.

여기서 눈에 띄는 점이 몇 가지 있습니다.1. 5:1 에서 2. 0:1 로 급등한 것을 보세요. 반사력이 4% 에서 11% 로 거의 3배 가까이 증가했습니다.정말 대단한 일이죠.그리고 3. 0:1 에?전송 전력의 4분의 1은 안테나에도 도달하지 못하죠.이는 케이블 손실에 대해 생각하기도 전에 PA 출력을 1.25dB 떨어뜨리는 것과 같습니다.대부분의 최신 송신기는 VSWR이 2:1 ~ 3:1 사이에 도달하면 출력 전력을 줄이거나 완전히 종료하기 시작합니다.이는 출력 트랜지스터의 과열 또는 손상을 초래할 수 있는 과도한 반사 전력으로부터 최종 스테이지를 보호하기 위한 것입니다.

1. 1:1 라인도 흥미롭습니다. 정밀 실험실 구성 요소나 정말 잘 조정된 필터에서 볼 수 있는 것과 같은 일치를 볼 수 있습니다.현장에서요?그런 건 거의 안 맞을 거예요.그렇다면 캘리브레이션을 다시 한 번 확인해 보세요. 너무 좋아서 사실이라고 할 수 없으니까요.

반사 손실이 더 좋은 지표인 경우

VSWR은 데이터시트, 현장 측정, 일상적인 대화 등 어디에나 있습니다.하지만 솔직히 말해서 수익률 손실은 시스템 수준의 분석을 할 때 더 유용할 때가 많습니다.그 이유는 매우 간단합니다. 데시벨이 더해지기 때문입니다.

커넥터 인터페이스에서 반사 손실이 20dB이고 케이블의 각 방향에서 손실이 3dB라고 가정해 보겠습니다.송신기에서 볼 수 있는 유효 반사 손실은 대략$20 + 2 \times 3 = 26$dB입니다.반사된 신호는 안테나로 나가면서 감쇠되고 또 되돌아옵니다.dB 단위로 작업하면 VSWR과 반사 계수 사이를 전환하지 않고도 이러한 효과를 빠르게 캐스케이드할 수 있습니다.

반사 손실은 벡터 네트워크 분석기 (VNA) 를 사용하여$S_{11}$을 측정할 때 실제로 보게 되는 것이기도 합니다.실제로$|S_{11}|$단위의 dB는 반사 손실의 음수에 불과합니다.VNA가$S_{11} = -18$dB로 표시되면 반사 손실은 18dB이며, 이는 약 1. 29:1 의 VSWR에 해당합니다.반사 손실을 생각하는 데 익숙해지면 많은 캐스케이드 분석이 훨씬 빨라집니다.

흔히 범하는 함정

표지판 규칙으로는 문제가 될 수 있습니다. 일부 레퍼런스 (및 일부 구형 테스트 장비) 에서는 반사 손실을$S_{11}$(dB) 과 같은 음수로 정의합니다.IEEE 표준에서는 이를 양수로 정의합니다.이 계산기는 양의 규칙을 사용합니다. 숫자가 클수록 더 잘 일치합니다.데이터시트나 계측기가 어떤 규칙을 사용하고 있는지 항상 확인하세요. 그렇지 않으면 혼란스러워질 수 있습니다. 케이블이 손실되면 VSWR이 실제보다 더 멋지게 보입니다. 이 제품은 항상 사람들의 마음을 사로잡습니다.분석기와 안테나 사이에 손실이 심한 케이블이 있는 경우 분석기의 VSWR 판독값이 안테나 포트의 실제 VSWR보다 더 좋아 보입니다.케이블 손실로 인해 반사된 신호가 두 번 (나가는 길에 한 번, 돌아올 때 한 번) 감쇠되므로 VSWR이 인위적으로 낮아집니다.가능하면 항상 안테나 레퍼런스 플레인에서 보정하거나 최소한 케이블 손실을 수학적으로 디임베딩하십시오. VSWR이 전체 주파수에서 일정하다고 가정하면 단일 주파수 VSWR 판독값은 오해의 소지가 있을 수 있습니다.안테나, 필터, 매칭 네트워크는 모두 주파수에 따라 동작합니다.중심 주파수에서 1. 3:1 을 측정하면 자신이 최고라고 생각할 수도 있지만 20MHz 거리에서는 2. 5:1 일 수도 있습니다.최악의 경우를 찾으려면 항상 전체 작동 대역폭을 샅샅이 뒤지세요.대부분의 엔지니어는 이 과정을 건너뛰고 나중에 시스템이 승인 테스트에 실패하면 후회합니다.

직접 해보기

다음에 현장이나 벤치에 가서 빠른 온전성 검사가 필요할 때는 VSWR 및 반사 손실 계산기 열기 로 측정된 VSWR을 연결하세요.반사 손실, 반사 계수, 불일치 손실 및 전력 백분율을 한 번에 확인할 수 있습니다. 산술이나 공식을 파헤칠 필요도 없습니다.즐겨찾기에 추가하세요.이 툴은 생각보다 훨씬 더 자주 찾게 되는 도구 중 하나입니다. 특히 누군가에게 “충분히 좋은” 2. 5:1 VSWR이 실제로 시스템에 실제 문제를 일으키는 이유를 설명하려고 할 때 더욱 그렇습니다.