Ero sivun ”Seisovan aallon suhde” versioiden välillä

Radioamatööriwikistä
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
>OH2FRV
Ei muokkausyhteenvetoa
(muotoilu, luokittelu, määritelmä, myllätty muutenkin)
Rivi 1: Rivi 1:
[[Category:Yleistieto]][[Category:Suureet]][[Category:Mittayksiköt]] __TOC__
'''Seisovan aallon suhde''', engl. ''standing wave ratio'' ('''SWR''', vanhastaan myös SAS) on yksikötön suhdeluku joka kuvaa, kuinka paljon RF-siirtotielle lähetettyä tehoa heijastuu takaisin epäsovituksen vuoksi. SWR:n pienin arvo 1:1 tarkoittaa, että kaikki lähetetty teho säteilee antennista eikä yhtään tehoa palaa takaisin lähettimeen. Seisovan aallon suhde on aina sama kuin siirtotien ja antennin [[impedanssi]]en välinen suhde.<sup>''[tarkista?]''</sup>
=Seisovan aallon suhde - Standing Wave Ratio=


Oikeastaan pitäisi puhua VSWR:stä (Voltage SWR), mutta useimmat jättävät "Voltage" (eli "jännite") sanan pois.  Tämä on yksikötön suure (suhde on paljas luku, jolla ei ole "yksikköä", vrt. [[desibeli]]).
Oikeampi termi SWR:lle on VSWR (''Voltage SWR'', "jännite-SWR"), mutta jännite jätetään usein mainitsematta.


Tuntemattoman henkilön kuvaus seisovasta aallosta: <i>"Koko ajan tapahtuu jotain, vaikka ei itse asiassa tapahdu yhtään mitään"</i>
Lähettimeen takaisin heijastuva teho on ei-toivottu ilmiö, joka muodostaa siirtotielle seisovia aaltoja eli [[Jännite|jännitteen]] ja [[Virta|virran]] suhteen paikallaan pysyviä maksimi- ja minimikohtia. Pahimmillaan liian suuri heijastuva teho voi rikkoa lähettimen, minkä vuoksi normaali käytäntö on mitata antennit ennen käyttöä ja seurata SWR:ää lähetyksen aikana. SWR voidaan mitata [[SWR-mittari]]lla. Haitallinen SWR:n määrä riippuu lähetintehosta ja lähettimen ominaisuuksista, mutta nyrkkisääntönä on pitää SWR alle 2:1.


Jos [[Antenni|antennin]] ja [[Syöttöjohto|syöttöjohdon]] välillä on epäsovitus, kaikki [[Teho|teho]] ei siirrykään antenniin, vaan osa siitä heijastuu takaisin.
== Korkean SWR:n vaikutukset radioasemaan ==
Tyypillisessä radioamatöörin systeemissä korkea SWR-arvo kertoo epäsovituksesta jossakin antennikaapelin ''suunnalla''. Se ei välttämättä tarkoita, että antennissa olisi vikaa, vaan hämminki voi olla jossakin liitoksessa tai kaapelissa.


Syöttöjohtoon muodostuu [[Jännite|jännitteen]] ja [[Virta|virran]] suhteen maksimi- ja minimikohtia, jotka pysyvät paikallaan. Tätä kutsutaan seisovaksi aalloksi.
Pitkä ja vaimentava kaapeli vähentää lähettimen luona havaittavaa SWR:ää vähentäen sekä epäjatkuvuuskohtaan menevää tehoa, että sieltä palaavaa tehoa. Siirtolinjalla on SWR, vaikka sinne ei lähetettäisikään radiotehoa. Korkea SWR (yli 10) tekee antennista kuin antennista erittäin huonokuuloisen, kun antennin saama radioteho siirtyy huonosti siirtolinjaan.
Seisovan aallon suhde on aina sama kuin syöttöjohdon ja antennin [[Impedanssi|impedanssin]] välinen suhde.
 
SWR on siis suhdetta ilmaiseva yksikkö, joten sen pienin mahdollinen arvo on 1.
Putkilähetin kestää tyypillisesti hetkellisesti (joitakin sekunteja) koko lähetystehonsa paluun ja jatkuvana 5-10 % lähetystehosta ja putkista riippuen jopa enemmänkin. Varovainen lähettimen käyttöönottaja testaa SWR:n määrän lähetintä virittäessään (mm. vaihdettuaan taajuutta!).
SWR:n merkitystä liioitellaan usein.
 
SWR voidaan mitata [[SWR-mittari|SWR-mittarilla]].
Puolijohdelähettimet sietävät jatkuvana tyypillisesti 5-10 % paluutehoa. Modernit kaupalliset puolijohderadiot sisältävät suojauspiirejä, jotka pudottavat lähettimen tehoa tai jopa lopettavat kokonaan lähettämisen, kun ne havaitsevat liikaa paluutehoa. Suojauspiirit ovat tarpeen, sillä isotehoiset puolijohdelähettimet eivät kestä muutamaa millisekuntia pidempään liiallista paluutehoa. Aiemman esimerkin perusteella voidaan todeta, että 10 % paluuteho saavutetaan, kun SWR:n arvo on hieman alle 2.
 
Suurilla, useiden kilowattien lähetystehoilla (esim. yleisradioasemat) liian suuri SWR todennäköisesti vahingoittaa lähetintä tai siirtolinjaa, mutta [[QRP]]-tehoilla tämä vaara on vähäisempi. Monet nykyisistä QRP-radioista on varustettu FET-pääteasteen suojaamiseksi korkean SWR:n tunnistimella tai ylivirran suojauksella ([[ATS3B]]). Esimerkiksi Yaesun [[FT-817]] ei anna täyttä viiden watin tehoa, jos sovitus ei ole riittävän hyvä. Viritetty antenni (jolla on matala SWR) auttaa QRP-asemaa sekä kuulumaan että kuulemaan paremmin.
 
== Heijastuskerroin ==


Heijastuskertoimen avulla saadaan määriteltyä kuormasta heijastuneet jännitteet ja virrat ja siten myös teho.
Heijastuskertoimen avulla saadaan määriteltyä kuormasta heijastuneet jännitteet ja virrat ja siten myös teho.
Rivi 24: Rivi 28:
::<math>\rho = \frac{{\rm SWR} - 1}{{\rm SWR} + 1}</math>
::<math>\rho = \frac{{\rm SWR} - 1}{{\rm SWR} + 1}</math>


::<math>\Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0}
::<math>\Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0}</math>


::<math>{\rm SWR} = \frac{1 + \rho}{1 - \rho}</math>
::<math>{\rm SWR} = \frac{1 + \rho}{1 - \rho}</math>


 
* Heijastuskertoimen arvon lähestyessä nollaa (palaavaa tehoa on hyvin vähän) SWR-arvo lähestyy ykköstä, mutta ei koskaan mene sen alle.
Heijastuskertoimen arvon lähestyessä nollaa (palaavaa tehoa on hyvin vähän) SWR arvo lähestyy ykköstä, mutta ei koskaan mene sen alle.
* Heijastuskertoimen arvon lähestyessä ykköstä (kaiken tehon palatessa), SWR-arvo lähestyy ääretöntä.
 
Heijastuskertoimen arvon lähestyessä ykköstä (kaiken tehon palatessa), SWR arvo lähestyy ääretöntä.


Heijastuskerroin voidaan esittää myös [[desibeli|desibeleinä]].
Heijastuskerroin voidaan esittää myös [[desibeli|desibeleinä]].


=== Heijastuskerrointaulukko ===
{|
{|
|+Heijastuskerrointaulukko
|-
|-
! Kuormaimpedanssi <math>Z_L</math>
! Kuormaimpedanssi <math>Z_L</math>
Rivi 55: Rivi 57:
|}
|}


 
== Esimerkki ==
 
= Esimerkki =


SWR:n ollessa 1,5 saadaan laskettua heijastumiskertoimen arvoksi 0,2.
SWR:n ollessa 1,5 saadaan laskettua heijastumiskertoimen arvoksi 0,2.
Heijastuneelle teholle kerroin korotetaan toiseen potenssiin, eli esimerkiksi 100 [[Watti|Watin]] teholla:
Heijastuneelle teholle kerroin korotetaan toiseen potenssiin, eli esimerkiksi 100 [[Watti|watin]] teholla:


::<math>0,2^2 \cdot 100W = 4W</math>
::<math>0,2^2 \cdot 100W = 4W</math>


Lähettimen teho vähenee heijastuneella teholla.
Lähettimen teho vähenee heijastuneella teholla.
Tässä tapauksessa siis silti noin 96% tehosta menee kuormaan, eli antenniin ja vain 4% tulee takaisin kiusaamaan lähetintä.
Tässä tapauksessa siis silti noin 96 % tehosta menee kuormaan, eli antenniin ja vain 4 % tulee takaisin kiusaamaan lähetintä.
 


Syöttämällä 50 Ohmin siirtolinjalla tehoa 150 Ohmin impedanssiin (vastukseen), saadaan SWR 3:1,  samoin on 50/3 = 16.7 Ohmin vastuksella.
Syöttämällä 50 Ohmin siirtolinjalla tehoa 150 Ohmin impedanssiin (vastukseen), saadaan SWR 3:1,  samoin on 50/3 = 16.7 Ohmin vastuksella.
Tätä tietoa voi halutessaan käyttää ''[[SWR-mittari]]n kalibroinnissa.''
Tätä tietoa voi halutessaan käyttää [[SWR-mittari]]n kalibroinnissa.
 
= Käytäntöä =
Tyypillisessä radioamatöörin systeemissä korkea SWR:n arvo kertoo epäsovituksesta jossakin antennikaapelin ''suunnalla''.
Se ei välttämättä tarkoita, että antennissa olisi vikaa vaan hämminki voi olla jossakin liitoksessa tai kaapelissa.
 
Pitkä ja vaimentava kaapeli vähentää lähettimen luona havaittavaa SWR:ää vähentäen sekä epäjatkuvuuskohtaan menevää tehoa, että sieltä palaavaa tehoa.
 
Haitallinen SWR:n määrä riippuu lähetintehosta ja lähettimen ominaisuuksista.
 
Putkilähettimet kestävät hetkellisiä (sekunti tai pari) liiallisia paluutehoja, mutta kaikki se energia päätyy kuumentamaan jotain mitä ei pitäisi kuumentaa liikaa, eikä sitä saa päästää tapahtumaan liian kauaa.
Varovainen lähettimen käyttöönottaja testaa SWR:n määrän lähetintä virittäessään (mm. vaihdettuaan taajuutta!)
Putkilähetin kestää tyypillisesti hetkellisesti koko lähetetehonsa paluun ja jatkuvana 5-10% lähetetehosta ja putkista riippuen jopa enemmänkin.
 
Modernit kaupalliset puolijohderadiot sisältävät itsesuojelupiirejä, jotka pudottavat lähettimen tehoa tai jopa lopettavat kokonaan lähettämisen, kun ne havaitsevat liikaa paluutehoa. Isotehoiset puolijohdelähettimet eivät kestä muutamaa millisekuntia pidempään liiallista paluutehoa - siksi suojauspiirit. Puolijohdelähettimet sietävät jatkuvana tyypillisesti 5-10% paluutehoa.
 
Edellisen laskuesimerkin perusteella voidaan todeta, että 10% paluuteho syntyy, kun SWR:n arvo on hieman alle 2.
 
Suurilla kilowattien lähetetehoilla (esim. yleisradioasemat) liian suuri SWR todennäköisesti vahingoittaa lähetintä tai siirtolinjaa, mutta [[QRP]]-tehoilla tämä vaara on vähäisempi. Monet nykyisistä QRP-radioista on varustettu FET-pääteasteen suojaamiseksi korkean SWR:n tunnistimella tai ylivirran suojauksella ([[ATS3B]]). Esimerkiksi Yaesun [[FT817ND]] ei anna täyttä viiden watin tehoa, jos sovitus ei ole riittävän hyvä. Viritetty antenni (jolla on matala SWR) auttaa QRP-asemaa sekä kuulumaan että kuulemaan paremmin.


Siirtolinjalla on SWR, vaikka sinne ei lähetettäisikään radiotehoa.
[[Luokka:Yleistieto]]
Korkea SWR (yli 10) tekee antennista kuin antennista erittäin huonokuuloisen, kun antennin saama radioteho siirtyy huonosti siirtolinjaan.
[[Luokka:Suureet]]
[[Luokka:Mittayksiköt]]
[[Luokka:Teoria]]

Versio 9. kesäkuuta 2021 kello 01.45

Seisovan aallon suhde, engl. standing wave ratio (SWR, vanhastaan myös SAS) on yksikötön suhdeluku joka kuvaa, kuinka paljon RF-siirtotielle lähetettyä tehoa heijastuu takaisin epäsovituksen vuoksi. SWR:n pienin arvo 1:1 tarkoittaa, että kaikki lähetetty teho säteilee antennista eikä yhtään tehoa palaa takaisin lähettimeen. Seisovan aallon suhde on aina sama kuin siirtotien ja antennin impedanssien välinen suhde.[tarkista?]

Oikeampi termi SWR:lle on VSWR (Voltage SWR, "jännite-SWR"), mutta jännite jätetään usein mainitsematta.

Lähettimeen takaisin heijastuva teho on ei-toivottu ilmiö, joka muodostaa siirtotielle seisovia aaltoja eli jännitteen ja virran suhteen paikallaan pysyviä maksimi- ja minimikohtia. Pahimmillaan liian suuri heijastuva teho voi rikkoa lähettimen, minkä vuoksi normaali käytäntö on mitata antennit ennen käyttöä ja seurata SWR:ää lähetyksen aikana. SWR voidaan mitata SWR-mittarilla. Haitallinen SWR:n määrä riippuu lähetintehosta ja lähettimen ominaisuuksista, mutta nyrkkisääntönä on pitää SWR alle 2:1.

Korkean SWR:n vaikutukset radioasemaan

Tyypillisessä radioamatöörin systeemissä korkea SWR-arvo kertoo epäsovituksesta jossakin antennikaapelin suunnalla. Se ei välttämättä tarkoita, että antennissa olisi vikaa, vaan hämminki voi olla jossakin liitoksessa tai kaapelissa.

Pitkä ja vaimentava kaapeli vähentää lähettimen luona havaittavaa SWR:ää vähentäen sekä epäjatkuvuuskohtaan menevää tehoa, että sieltä palaavaa tehoa. Siirtolinjalla on SWR, vaikka sinne ei lähetettäisikään radiotehoa. Korkea SWR (yli 10) tekee antennista kuin antennista erittäin huonokuuloisen, kun antennin saama radioteho siirtyy huonosti siirtolinjaan.

Putkilähetin kestää tyypillisesti hetkellisesti (joitakin sekunteja) koko lähetystehonsa paluun ja jatkuvana 5-10 % lähetystehosta ja putkista riippuen jopa enemmänkin. Varovainen lähettimen käyttöönottaja testaa SWR:n määrän lähetintä virittäessään (mm. vaihdettuaan taajuutta!).

Puolijohdelähettimet sietävät jatkuvana tyypillisesti 5-10 % paluutehoa. Modernit kaupalliset puolijohderadiot sisältävät suojauspiirejä, jotka pudottavat lähettimen tehoa tai jopa lopettavat kokonaan lähettämisen, kun ne havaitsevat liikaa paluutehoa. Suojauspiirit ovat tarpeen, sillä isotehoiset puolijohdelähettimet eivät kestä muutamaa millisekuntia pidempään liiallista paluutehoa. Aiemman esimerkin perusteella voidaan todeta, että 10 % paluuteho saavutetaan, kun SWR:n arvo on hieman alle 2.

Suurilla, useiden kilowattien lähetystehoilla (esim. yleisradioasemat) liian suuri SWR todennäköisesti vahingoittaa lähetintä tai siirtolinjaa, mutta QRP-tehoilla tämä vaara on vähäisempi. Monet nykyisistä QRP-radioista on varustettu FET-pääteasteen suojaamiseksi korkean SWR:n tunnistimella tai ylivirran suojauksella (ATS3B). Esimerkiksi Yaesun FT-817 ei anna täyttä viiden watin tehoa, jos sovitus ei ole riittävän hyvä. Viritetty antenni (jolla on matala SWR) auttaa QRP-asemaa sekä kuulumaan että kuulemaan paremmin.

Heijastuskerroin

Heijastuskertoimen avulla saadaan määriteltyä kuormasta heijastuneet jännitteet ja virrat ja siten myös teho.

Heijastuskerroin (tai ) (rho) saadaan helpoimmin lähetetyn ja palaavan tehon mittaustulosten suhteena:

Heijastuskertoimen pienin mahdollinen arvo on nolla, jolloin palaavaa tehoa ei ollenkaan, vaan kaikki menee mitä lähetetään. Vastaavasti jollekin rajapinnalle voidaan myös määrittää läpäisykerroin.

Heijastuskerroin ja SWR suhtautuvat toisiinsa:

  • Heijastuskertoimen arvon lähestyessä nollaa (palaavaa tehoa on hyvin vähän) SWR-arvo lähestyy ykköstä, mutta ei koskaan mene sen alle.
  • Heijastuskertoimen arvon lähestyessä ykköstä (kaiken tehon palatessa), SWR-arvo lähestyy ääretöntä.

Heijastuskerroin voidaan esittää myös desibeleinä.

Heijastuskerrointaulukko

Kuormaimpedanssi VSWR Heijastuskerroin Heijastuksen vaiheensiirto
180,
-0.33 180,
0  0
0.33 0
1 0

Esimerkki

SWR:n ollessa 1,5 saadaan laskettua heijastumiskertoimen arvoksi 0,2. Heijastuneelle teholle kerroin korotetaan toiseen potenssiin, eli esimerkiksi 100 watin teholla:

Lähettimen teho vähenee heijastuneella teholla. Tässä tapauksessa siis silti noin 96 % tehosta menee kuormaan, eli antenniin ja vain 4 % tulee takaisin kiusaamaan lähetintä.

Syöttämällä 50 Ohmin siirtolinjalla tehoa 150 Ohmin impedanssiin (vastukseen), saadaan SWR 3:1, samoin on 50/3 = 16.7 Ohmin vastuksella. Tätä tietoa voi halutessaan käyttää SWR-mittarin kalibroinnissa.