Расчет и связь между КСВ, коэффициентом отражения и возвратными потерями
- Радиоэлектроника
- Высокочастотная техника
Добавлено 1 апреля 2017 в 16:10
Возвратные потери, коэффициент отражения и коэффициент стоячей волны служат для оценки согласованности/совпадения комплексных сопротивлений (электрических импедансов) источника, нагрузки и линии передачи. Рассмотрим физический смысл данных параметров и их взаимосвязь.
Определения
Возвратные потери (обратные потери, return loss) – это потери мощности в сигнале, возвращенном/отраженном от неоднородности в линии передачи или оптоволокне. Данная величина, как правило, выражается в децибелах (дБ):
\[RL_{дБ} = 10 \log_{10} { P_{пад} \over P_{отр}}\]
где
- RLдБ – возвратные потери в децибелах;
- Pпад – падающая мощность;
- Pотр – отраженная мощность.
Коэффициент отражения по напряжению, Γ – отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной и падающей волн.
\[Γ = { U_{отр} \over U_{пад} }\]
Коэффициент отражения определяется комплексными сопротивлениями нагрузки Zнагр и источника Zист:
\[Γ = { {Z_{нагр} — Z_{ист}} \over { Z_{нагр} + Z_{ист} } }\]
Обратите внимание, что отрицательный коэффициент отражения означает, что отраженная волна сдвигается по фазе на 180°.
Коэффициент стоячей волны (КСВ, КСВН, коэффициент стоячей волны по напряжению, SWR, VSWR) – отношение наибольшего значения амплитуды напряжения стоячей волны к наименьшему.
\[КСВ = { U_{ст.волн.max} \over U_{ст.волн.min} }\]
Поскольку неравномерность распределения амплитуды стоячей волны вдоль линии обусловлена интерференцией («сложением и вычитанием») падающей и отраженной волн, то наибольшее значение амплитуды Uст.волн.max волны вдоль линии (то есть значение амплитуды в пучности) составляет:
Uпад + Uотр
а наименьшее значение амплитуды (то есть значение амплитуды в узле) составляет
Uпад – Uотр
Следовательно
\[КСВ = { {U_{пад} + U_{отр}} \over {U_{пад} — U_{отр}} }\]
Взаимосвязь между КСВ, возвратными потерями и коэффициентом отражения
С помощью подстановки в формулы, приведенные ниже, и их простого преобразования можно получить следующее:
\[Γ = { {КСВ-1} \over {КСВ+1} }\]
\[КСВ = { {1+Γ} \over {1-Γ} }\]
\[Γ = 10^{{-RL} \over 20}\]
\[RL = -20\lg\left({ {КСВ-1} \over {КСВ+1} }\right)\]
\[RL = -20\lg(Γ)\]
\[КСВ = { {1 + 10^{{-RL} \over 20}} \over {1 — 10^{{-RL} \over 20}} } \]
Таблица преобразования значений КСВ, возвратных потерь и коэффициента отражения
| Коэффициент отражения |Γ| в % | Возвратные потери, дБ | Коэффициент стоячей волны |
|---|---|---|
| 100,0000 | 0 | ∞ |
| 89,1251 | 1 | 17,3910 |
| 79,4328 | 2 | 8,7242 |
| 70,7946 | 3 | 5,8480 |
| 63,0957 | 4 | 4,4194 |
| 56,2341 | 5 | 3,5698 |
| 50,1187 | 6 | 3,0095 |
| 44,6684 | 7 | 2,6146 |
| 39,8107 | 8 | 2,3229 |
| 35,4813 | 9 | 2,0999 |
| 31,6228 | 10 | 1,9250 |
| 28,1838 | 11 | 1,7849 |
| 25,1189 | 12 | 1,6709 |
| 22,3872 | 13 | 1,5769 |
| 19,9526 | 14 | 1,4985 |
| 17,7828 | 15 | 1,4326 |
| 15,8489 | 16 | 1,3767 |
| 14,1254 | 17 | 1,3290 |
| 12,5893 | 18 | 1,2880 |
| 11,2202 | 19 | 1,2528 |
| 10,0000 | 20 | 1,2222 |
| 8,9125 | 21 | 1,1957 |
| 7,9433 | 22 | 1,1726 |
| 7,0795 | 23 | 1,1524 |
| 6,3096 | 24 | 1,1347 |
| 5,6234 | 25 | 1,1192 |
| 5,0119 | 26 | 1,1055 |
| 4,4668 | 27 | 1,0935 |
| 3,9811 | 28 | 1,0829 |
| 3,5481 | 29 | 1,0736 |
| 3,1623 | 30 | 1,0653 |
| 2,8184 | 31 | 1,0580 |
| 2,5119 | 32 | 1,0515 |
| 2,2387 | 33 | 1,0458 |
| 1,9953 | 34 | 1,0407 |
| 1,7783 | 35 | 1,0362 |
| 1,5849 | 36 | 1,0322 |
| 1,4125 | 37 | 1,0287 |
| 1,2589 | 38 | 1,0255 |
| 1,1220 | 39 | 1,0227 |
| 1,0000 | 40 | 1,0202 |
| 0,8913 | 41 | 1,0180 |
| 0,7943 | 42 | 1,0160 |
| 0,7079 | 43 | 1,0143 |
| 0,6310 | 44 | 1,0127 |
| 0,5623 | 45 | 1,0113 |
| 0,5012 | 46 | 1,0101 |
Теги
Return Loss (возвратные потери)VSWR / КСВН / КСВ (коэффициент стоячей волны по напряжению)Коэффициент отраженияНа сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять
комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.
com.
В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.
Как выбрать антенну для телевизора: советы и нюансы выбора
1 Типы антенн и волн
2 Прием: активный vs пассивный
3 Характеристики: коэффициент усиления и импеданс
4 Установка: внутри или снаружи?
5 Защита от ветра и грозы
6 Выводы
В чем разница между цифровой и радиоантенной? Что такое радиофобия? Что лучше: активный или пассивный прием? Зачем знать коэффициент усиления и импеданс? Как защитить наружную антенну?
На эти и другие вопросы ответим в нашей статье.
Антенны делят на 2 типа: для цифрового ТВ и радиоантенны.
Они нужны для приема разных по форме сигналов. Радиоантенны уходят в прошлое, а цифровые практически незаменимы для хорошего телевидения.
Разные антенны принимают сигнал на разных частотах. Для телевизионной трансляции используются два вида волн: метровые и дециметровые. Метровые волны передаются и принимаются на частоте 30–300 Гц, а дециметровые — на частоте 300–3000 Гц. Цифровое телевидение транслируется через дециметровые волны.
В зависимости от типа принимаемых волн антенны делятся на:
- дециметровые — небольшие, используются только для принятия цифрового сигнала;
- всеволновые — в конструкции имеют более длинные элементы и могут принимать как дециметровые, так и метровые волны.
Если вы собираетесь подключать только цифровое ТВ, то лучше приобрести дециметровую антенну, потому что длинные элементы всеволновой могут создавать дополнительные помехи.
Интересно знать: кто-то боится пауков, кто-то — насекомых, а кто-то боится антенн.
У этого страха есть даже свое название: радиофобия. Это боязнь источников излучения. Она появилась во время «холодной войны», а позже этот термин часто звучал после аварии на Чернобыльской АЭС. В современном же мире радиофобией называют неоправданный страх перед базовыми станциями радиосвязи, антеннами, микроволновками и подобными устройствами. Эта фобия признана болезнью и лечится она тяжело.
По способу приема сигнала антенны делятся на:
- пассивные — не имеют электронных усилителей, а прием осуществляют за счет своей конструкции. Их плюс в том, что они не имеют элементов, которые вносили бы помехи в сигнал. При этом зачастую собственного усиления подобных устройств недостаточно для получения качественного изображения;
- активные — имеют встроенный усилитель — электронный компонент, который не только помогает, но и создает дополнительные помехи.
Выбирая между пассивными и активными устройствами учтите, как далеко находится ретранслятор и где расположен дом с телевизором, для которого вы приобретаете антенну.
Если ретранслятор близко, то можно приобретать пассивную антенну и она справится с принятием сигнала. Если ретранслятор расположен далеко, то без усилителя при просмотре телика, вы рискуете потерять свои нервы. Также активную антенну лучше покупать, если дом находится в низине.
Помните, что если расположить активное устройство в зоне сильного ТВ сигнала, то велика вероятность появления помех и искажений. В случае с пассивной антенной такое тоже может происходить, если сигнал с ретранслятора слишком сильный. Но в этом случае проблема решается с помощью аттенюатора — устройства, которое приглушает получаемый сигнал до приемлемого уровня.
Коэффициент усиления показывает, какое усиление создает антенна. Измеряется этот параметр в дБ. Децибелы можно перевести в разы, чтобы лучше понимать, насколько усиливается сигнал. Так, коэффициент 3 дБ значит, что антенна усиливает сигнал в 2 раза, 15 дБ — усиление в 32 раза, а 30 дБ — в 1000 раз.
Но будьте осторожны при покупке: если на упаковке указан коэффициент усиления больше 45 дБ, скорее всего вас обманывают. Также не забывайте, что чрезмерное усиление тоже может навредить.
Импеданс — это входное сопротивление антенны. Оно должно быть согласовано с сопротивлением кабеля. Производители выпускают устройства, согласующиеся с волновым сопротивлением кабеля. Но если вдруг случилось, что эти параметры оказались не совместимы, придется применять согласующие устройства.
Комнатные (внутренние) антенны компактные, не требуют много места, специальных приспособлений и инструментов для установки. Бывают следующих типов:
- стержневые (штырьковые) — имеют в конструкции 2 или 4 «рожка» или телескопических трубки. Такие модели легко складываются и занимают мало места;
- рамочные — выглядят как рамка из металлического стержня на подставке. Они, пусть и ненамного, но ловят сигнал лучше, чем стержневые модели.
Такого типа устройства просто ставятся на подоконник или рядом с телевизором. Подходят они лишь тем, у кого ретранслятор находится на небольшом расстоянии, не больше 20 км. В загородных домах такие устройства оказываются практически бесполезны. Также на качество сигнала влияет и количество преград между антенной и ретранслятором.
Наружные антенны лучше справляются с передачей сигнала. Места для их установки — балконы и крыши домов. Размер такого устройства зависит от количества преград на пути сигнала: чем их больше, тем выше должна быть антенна. В любом случае такие антенны ловят сигнал лучше, чем комнатные. Однако нужно учитывать, что для их монтажа нужно место и специальные крепления.
Сильный ветер может снести антенну, поэтому нужно позаботиться о том, чтобы у нее была защита от ветра.
Нагрузка определяется скоростью ветра, а также показателем разрушения. Если дом невысокий и расположен в низине, то можно брать устройство с нагрузкой 20 м/с и показателем разрушения 40 м/с. Если дом высокий или находится на возвышенности, защита должна быть лучше.
Еще одна важная вещь — защита от молний. Разряд молнии создает магнитный импульс такой силы, что способен уничтожить электронную технику в радиусе нескольких километров от места удара. Поэтому важно не только заземление, но и дополнительная защита.
Наиболее важный и распространенный элемент защиты от молнии — молниеотвод. Именно он принимает на себя удар и отводит энергию. При устройстве заземления нужно помнить, что нельзя:
- крепить стойку к дымоходу или системе домовой вентиляции;
- закреплять антенные растяжки рядом с высоковольтными кабелями и водопроводными трубами;
- использовать для заземления домовые инженерные системы.
Все это очень опасно и может привести не только к поломке техники, но и к ситуациям, опасным для жизни людей.
Еще один важный элемент защиты от грозы — защита видеоцепей. Для это устанавливаются микроустройства, нейтрализующие электромагнитное влияние. Если молния попадает напрямую в антенну, то в этот момент через цепь проходит высокое напряжение. Защитный элемент — плавкая пластина или же колба с газом — разрушается, что приводит к размыканию цепи.
Итак, чтобы выбрать антенну, нужно:
- 1. Определиться с видом и типом. Это зависит от того, какой сигнал должно принимать устройство: если цифровой, то нужна антенна для цифрового ТВ, если аналоговый — то радиоантенна. Также учитывать нужно и частоту сигнала: для частот от 300 до 3000 Гц, на которых работает цифровое ТВ, нужны дециметровые антенны, а если сигнал идет на более низких частотах, то нужны всеволновые.
- 2.
Учесть способ приема сигнала. Он бывает активным и пассивным. В первых нет электронных усилителей, поэтому они не производят дополнительные помехи. Но такое оборудование хорошо работает только при условии, что ретранслятор находится недалеко от дома. В активных установлен усилитель. Он создает небольшие собственные помехи, но при этом гораздо лучше ловит сигнал, если вышка расположена далеко. - 3. Изучить технические характеристики. Остановить внимание стоит на коэффициент усиления и импеданс. Коэффициент усиления покажет, насколько устройство усилит сигнал. Опасайтесь устройств, на которых значится коэффициент усиления больше 45 дБ: скорее всего вас пытаются обмануть. И помните, что не всегда большое усиление идет во благо. Входной импеданс антенны должен быть согласован с сопротивлением кабеля. Если сопротивления разные, придется использовать согласующие приспособления.
- 4. Подумать о месте установки. Комнатные устройства компактны и не требуют специальных креплений.
Но сигнал они хорошо улавливают только на расстоянии не больше 20 км от вышки. Если вы остановили свой выбор на комнатной модели, то лучше приобрести рамочную разновидность, так как она лучше ловит сигнал. Наружные модели размещаются на крышах или балконах при помощи специальных креплений. Длина устройства зависит от количества преград для между ретранслятором и антенной: чем их больше, тем длиннее должен быть штырь. - 5. Не забыть о защите. Нужно позаботиться о том, чтобы устройство выдержало ветровую нагрузку. Для этого нужно учитывать, что чем выше установлена антенна и чем выше место, где расположен дом, тем сильнее ветер будет воздействовать на антенну. Также надо позаботиться о защите от молнии. Для этого рядом с антенной должен быть установлен молниеотвод, а в видеоцепях — защитные элементы, предотвращающие поломку оборудования при прямом попадании молнии в антенну. Также не забывайте, что крепить антенну к дымоходу, вблизи высоковольтных кабелей и к домовым инженерным системам с целью заземления категорически нельзя.
Теперь вы знаете все для того, чтобы выбрать надежную и бюджетную антенну. Покупайте и наслаждайтесь просмотром любимых передач!
Рейтинг статьи:
рейтинг: 5 голосов: 5
Калькулятор преобразования данных | Design Center
Ниже приведен список, описывающий, что означает каждое преобразование в калькуляторе.
Децибел (дБ) — Единица относительной амплитуды, определяемая в логарифмическом масштабе. Для значений напряжения дБ определяется как 20log(VA/VB). Для мощности это 10log(PA/PB). Когда дБ относится к несущему сигналу, он называется дБн; аналогично, дБ, относящийся к 1 мВт, называется дБм. Для дБм необходимо знать сопротивление нагрузки, чтобы в спецификации можно было определить эквивалентность напряжения или тока (то есть 1 мВт на 50 Ом).
Эффективное число битов (ENOB) — Измеренная производительность (в битах) аналого-цифрового преобразователя (АЦП) по отношению к входной частоте (fIN).
По мере увеличения fIN общий шум (особенно компоненты искажения) также увеличивается, тем самым уменьшая ENOB и SINAD. См. также отношение сигнал/шум и искажения (SINAD). ENOB связан с SINAD следующим уравнением:
Разрешение — Когда аналоговый сигнал оцифровывается, он представляется конечным числом дискретных уровней напряжения. Разрешение — это количество дискретных уровней, которые используются для представления сигнала. Для более точного воспроизведения аналогового сигнала необходимо увеличить разрешение. Разрешение обычно определяется в битах. Использование преобразователей с более высоким разрешением уменьшит ошибку квантования.
RMS — См. среднеквадратичное значение (RMS).
Среднеквадратичное значение (RMS) — Эффективное значение или эффективное значение постоянного тока, которое представляет сигнал переменного тока. Для синусоидального сигнала среднеквадратичное значение в 0,707 раз превышает пиковое значение или в 0,354 раза превышает размах.
SFDR — см. динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR).
Отношение сигнал-шум и искажение (SINAD) — Среднеквадратичное значение синусоиды fIN (входная синусоида для АЦП, реконструированная выходная синусоида для АЦП/ЦАП) к среднеквадратичному значению шума преобразователь постоянного тока в частоту Найквиста, включая содержание гармоник. Обычно выражается в децибелах. См. также среднеквадратичное значение (RMS) и полное гармоническое искажение.
Отношение сигнал/шум (SNR) — среднеквадратичное значение синусоиды fIN (входная синусоида для АЦП, восстановленная выходная синусоида для ЦАП) к среднеквадратичному значению шума преобразователя от постоянного тока до частоты Найквиста, исключая шум на постоянном токе и содержание гармонических искажений. Обычно выражается в децибелах. См. также среднеквадратичное значение (RMS).
Идеальный теоретический минимум шума преобразования вызван только ошибкой шума квантования и напрямую зависит от разрешения преобразователя данных.
(N): SNR = (6,02N +1,76)дБ
Динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR) выходной синусоидальный сигнал для ЦАП) к среднеквадратичному значению пикового выброса, наблюдаемого в частотной области. Обычно выражается в децибелах. SFDR важен в некоторых коммуникационных приложениях, которые требуют максимизации динамического диапазона преобразователя.
Суммарные гармонические искажения (THD) — Среднеквадратичное значение искажения, появляющегося на кратных (гармониках) входной (или выходной для ЦАП) частоте среднеквадратичному значению входной (или выходной) синусоиды. В измерения включаются только гармоники в пределах предела Найквиста. Обычно это выражается в децибелах:
Здесь от V2 до Vx — гармоники основного тона V1.
Общие сведения о мощности РЧ и преобразовании дБ
ВЧ-сигнал должен быть достаточно сильным, чтобы его можно было полностью обработать. Сила радиочастотного сигнала может быть измерена в ваттах (Вт) с использованием амплитуды или формы волны сигнала от верхнего пика до высоты нижнего пика.
Преобразование децибел (дБ) используется для экспоненциальных значений.
Ватт (Вт) и милливатт (мВт) — это абсолютные измерения мощности, что означает, что количество энергии в РЧ-сигнале должно быть точно измерено. Это довольно просто, когда измерение производится на выходе передатчика, поскольку уровень мощности передачи часто известен заранее.
Часто бывает необходимо сравнить уровни мощности различных передатчиков. Например, передатчик А передает на уровне 10 мВт, а передатчик В передает на уровне 30 мВт. Если вычесть два значения (B-A), вы увидите, что B на 20 мВт сильнее, чем A. Если вы разделите (B/A), вы увидите, что B в 3 раза сильнее, чем A.
Значения измерения абсолютной мощности могут различаться на порядок. В другом примере ниже есть два передатчика, C и D. Вычитание их значений дает 499,999 мВт, но с делением D в 500 000 раз сильнее, чем передатчик C.
десятичного до огромного целого числа.
Поэтому для экспоненциальных чисел используется логарифмическая функция, преобразование в децибелы.
Децибел (дБ)
Децибел (дБ) указывает отношение мощностей двух значений, которые указывают мощность сигнала, включая электрическую мощность и звуковое давление. Значение логарифмической единицы дБ можно определить с помощью следующего определяющего уравнения, где P1 и P2 — абсолютные уровни мощности от двух отдельных источников:
дБ = 10 (log 10 P2 — log 10 P1)
P2 представляет интересующий источник, тогда как P1 упоминается как источник сравнения или эталонное значение. Формула также может быть записана как:
дБ = 10log 10 (P2/P1)
Сначала вычисляется отношение мощности двух абсолютных значений, а результат преобразуется в логарифмическую шкалу. Оба уравнения дают одинаковые результаты, но формула деления больше используется в беспроводных технологиях.
Законы децибел (дБ)
Существует три закона дБ, которые основаны на изменении дБ на 0, 3 и 10:
- Закон нуля значения интересующего источника (P2) и эталонного значения (P1) совпадают (P2 = P1). Если два значения мощности одинаковы, отношение внутри логарифма равно 1, а log 9.0094 10 (1) равно нулю.
- Закон троек – Значение 3 дБ указывает, что значение мощности P2 в два раза больше P1, а отношение внутри логарифма всегда будет равно 2, поэтому 10log 10 (2) = 3 дБ . Если значение мощности P2 составляет половину мощности P1, результат будет -3 дБ.
- Закон 10 с – Значение 10 дБ указывает, что значение мощности P2 в 10 раз больше, чем P1, и отношение всегда будет 10, поэтому 10log 10 (10) = 10 дБ. Значение -10 дБ указывает, что значение мощности P2 составляет одну десятую от мощности P1. Отношение будет 1/10, и 10 log 10 (1/10) = −10 дБ.
При умножении абсолютных значений мощности значение в дБ является положительным и может быть добавлено. Когда значения мощности делятся, значение дБ является отрицательным и может быть вычтено. В таблице ниже показано обобщенное сравнение дБ:
Имеется три передатчика, E, F и G, с 9мВт, 18 мВт и 27 мВт соответственно. Значение устройства F в два раза превышает значение E. Используя закон 3 с дБ, F будет на 3 дБ больше, чем E. Таким образом, с передатчиком G, поскольку оно в 2 раза больше значения F, оно будет на 3 дБ больше, чем F. Чтобы сравнить E и G, это будет E x 2 x 2 или E + 3 дБ + 3 дБ. Следовательно, G на 6 дБ больше, чем E.
В следующем примере у нас есть передатчики H и I. Значения в дБ можно последовательно складывать и вычитать. Здесь значение H можно умножить на 2, чтобы получить 16, затем снова умножить на 2, чтобы получить 32, и на 10, чтобы получить 320 мВт. Используя преобразование дБ, это будет H + 3 дБ + 3 дБ + 10 дБ = 16 дБ. Вы также можете иметь H x 10 x 2 x 2 или H x 2 x 10 x 2, что дает 16 дБ точно так же.
Чистые потери
На приведенном ниже рисунке показаны передатчик и приемник, и на пути сигнала будут чистые потери. Уровень сигнала на приемнике уменьшится. Предположим, что выходная мощность передатчика составляет 500 мВт, а уровень мощности поступающего сигнала на приемник составляет 0,00123 мВт.
Для сравнения уровня принимаемого и передаваемого сигнала можно использовать следующую формулу:
Чистые потери = 10log 10 (мощность принятого сигнала/мощность переданного сигнала)
Используя значения из примера, чистые потери составят 56 дБ. Для достижения оптимальной мощности сигнала между передатчиком и приемником можно использовать другие уровни мощности передачи или что-то изменить в тракте.
Чистые потери = 10 log 10 (0,00123 мВт/500 мВт) = -56 дБ
Другой способ заключается в сравнении абсолютной мощности на пути прохождения сигнала с общим эталонным значением.
