VSWR e perdite del cavo

Il punto di più facile accesso per la misura del rapporto di onde stazionarie è all'estremità del cavo che entra nella nostra stazione, ma la misura che si ottiene è falsata per le perdite sul cavo.

Il valore di VSWR o ROS, è legato al rapporto fra il segnale diretto, l'energia che dal generatore (la radio) viaggia verso il carico (l'antenna o il PA), e l'energia che viene riflessa dal carico a causa di un disadattamento di impedenze. In caso di perdite nel cavo l'energia (o se si preferisce la potenza) che giunge al carico è minore di quella iniettata nel cavo. Allo stesso modo l'energia riflessa al carico  è maggiore di quella che ritorna all'inizio del cavo, pertanto il rapporto potenza riflessa / potenza diretta (Pr/Pd) all'ingresso del cavo è minore dell'equivalente rapporto al carico, ne consegue che il valore VSWR misurato in stazione è minore di quello effettivo all'antenna.

Un esempio è più immediato.
Prendiamo dei valori di comodo. Potenza in ingresso 100W, perdita del cavo 3dB, valore misurato all'ingresso di VSWR 1.5.
In questo esempio, il coefficiente di riflessione in ingresso di Γ= Vr/Vd=0,2. Se ci si riferisca alla potenza, Pr/Pd=0,04=4% della potenza iniettata nel cavo ritorna al generatore. I calcoli sono relativamente semplici e sono riportati alla fine del documento con le relative formule. Si può eventualmente utilizzare uno dei tanti calcolatori presenti on-line.

Il comportamento della linea con perdita

Con 100W all'ingresso, 4W sono riflessi al generatore. Il cavo perde 3bB, che equivale a dimezzare la potenza, dei 100W iniettati solo 50W arrivano all'antenna.
Stessa sorte spetta la segnale riflesso, se 4W è la potenza che ritorna all'ingresso, al carico la potenza riflessa deve essere doppia, metà si perderà nel cavo nel cammino di ritorno.

Quindi al carico, l'antenna, ci si ritrova con 50W incidenti e 8W riflessi.

Il calcolo del valore di VSWR all'antenna sarà di:  2.3

Ci si può attendere un risultato simile ragionando per estremi. Se il cavo perde molto, l'energia che arriverà al carico sarà minima e ancor più piccola quella di ritorno quindi il valore di VSWR all'ingresso del cavo risulterà molto buono, ma l'energia al carico pessima. In sostanza il cavo si comporta come un carico fittizio.

Il ROS, l'VSWR, non sono l'unico modo per valutare le riflessioni dovute al disaccoppiamento con il carico.

Il Return Loss (RL) esprime lo stesso concetto, ma con dati numericamente diversi. Il RL valuta il rapporto fra la potenza riflessa e la potenza diretta, espresso in dB

RL = 10log(Pr/Pd) = 10log(Pr)-10log(Pd) .

Il valore di RL è negativo perché la potenza riflessa sarà sempre minore di quella diretta. Se RL è 0 (zero) tutta la potenza diretta viene riflessa (es. il cavo che non ha perdite ed è aperto). RL ha valori molto alti (e negativi) per VSWR prossimi a 1.

L'uso del RL, consente calcoli più semplici, in quanto basta aggiungere il doppio delle perdite del carico (ricordare che sia il segnale diretto, che riflesso, subiscono attenuazione sul cavo) al valore di RL.

Per l'esempio fatto, al generatore si ha RL=10*log(4/100) = 10*log(0,04) = 10*(-1,398)= -13,98 dB . Circa 14 dB
La perdita del cavo (3dB) contribuisce in negativo sia il segnale diretto che quello riflesso. Il RL al carico sarà peggiore di 2x3dB=6 dB, quindi al carico RL=-14 + 6 = -8dB

Una precisazione, in radiotecnica il RL rappresenta il rapporto Pr/Pd ed il valore in dB è negativo. In molte altre applicazioni, ad esempio in ottica, il RL rappresenta il rapporto Pd/Pr (una perdita) ed il valore in dB è positivo.

Per chi non ama fare calcoli ai link può trovare alcuni utili strumenti di calcolo:

http://www.microwaves101.com/encyclopedias/vswr-calculator
http://www.changpuak.ch/electronics/calc_14.php

Per chi ama i calcoli, quelli usati qui:

Formule calcolo VSWR

Dove Γ è il coefficiente di riflessione, Vd è la tensione diretta, Vr la tensione riflessa, Pd la potenza diretta, Pr la potenza riflessa.

All'ingresso:

All'ingresso

Al carico:

VSWR al carico

 

 

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Commenti

VSWR e perdite del cavo

Semplice e chiaro.

Complimenti.

 

'73 de iw2fnd Lucio

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