¿Cuál es la relación de onda estacionaria (SWR)?

En electrónica rf, a menudo caracterizamos un componente o antena por su relación de onda estacionaria (SWR). ¿Cuál es la definición de este parámetro y cómo afecta a un circuito?

La motivación para esta pregunta es que, al responder a otra pregunta , hubiera sido útil poder referirse a una definición de ROE dentro del sitio para explicar cómo se mide la ROE.

Cualquier línea de transmisión tiene una impedancia característica, generalmente denotada Z ₀ . Si una línea de transmisión termina con impedancias que coinciden con Z ₀ , una señal lanzada en un extremo se absorberá completamente en el otro extremo y no se reflejará energía de regreso a la fuente. El voltaje y / o la corriente medidos en cualquier punto a lo largo de la línea serán los mismos que en cualquier otro punto.

Sin embargo, si una impedancia de terminación no coincide con la línea de transmisión, la energía se reflejará de nuevo en la línea, y esta señal "inversa" interferirá (sumará o sustraerá) la señal "directa".

Si la señal es una onda sinusoidal de frecuencia fija, esta interferencia producirá "ondas estacionarias" en la línea de transmisión. Esto significa que el voltaje medido o la corriente medida en la línea variará periódicamente con la distancia desde la discontinuidad de la impedancia. Si la impedancia de terminación es mayor que Z ₀ , habrá un voltaje máximo en ese punto; si es menor, habrá un máximo actual allí.

La definición de "relación de onda estacionaria" (SWR) es la relación entre el voltaje máximo (o corriente) encontrado en cualquier punto a lo largo de la línea al valor mínimo encontrado en cualquier otro punto a lo largo de la línea. A veces, el término VSWR se usa para denotar explícitamente la relación de voltaje. El valor de esta relación está directamente relacionada con la relación de Z ₀ a la impedancia de terminación Z _T . Específicamente,

SWR = Z _T / Z ₀ , si Z _T > Z ₀

SWR = Z ₀ / Z _T , si Z _T <Z ₀

Cuando un componente o antena se caracteriza con una medición SWR, esto siempre se especifica con respecto a una impedancia de línea de transmisión nominal particular (generalmente 50Ω o 75Ω, dependiendo de la aplicación prevista). Esta es solo otra forma de establecer qué tan cerca está la impedancia del dispositivo al valor nominal.

Como Dave Tweed mostró en su respuesta, la relación de onda estacionaria (SWR) es una forma de caracterizar la calidad de una carga en un sistema rf. Es decir, caracteriza qué tan cerca coincide un componente de carga con la impedancia característica del sistema.

El SWR puede especificarse en términos de las señales de voltaje o corriente en la línea de transmisión, aunque la mayoría de las veces usamos el voltaje y luego nos referimos específicamente al VSWR.

El SWR proporciona información similar a la impedancia de carga Z _L o el coeficiente de reflexión (también conocido como el parámetro s S ₁₁ ). Sin embargo, el SWR no especifica completamente esos parámetros porque aunque la impedancia de carga y el coeficiente de reflexión son números complejos, el SWR es un número real. El valor de SWR puede determinarse completamente por la magnitud del coeficiente de reflexión (la fase de no afecta a la SWR).$\Gamma$$\Gamma$

VSWR se usó históricamente porque se puede medir utilizando un método manual simple. Se utiliza una línea de transmisión coaxial dieléctrica de aire, con una ranura en el conductor externo que permite insertar una sonda para contactar con el conductor central. La sonda se mueve a lo largo de la línea para encontrar los puntos de amplitud de señal máxima y mínima, lo que, por supuesto, proporciona inmediatamente el VSWR. Esta técnica no se usa para líneas coaxiales hoy en día debido a la disponibilidad de analizadores de red automatizados, pero aún se usa en sistemas de guía de onda con una configuración de sonda como esta:

VSWR a menudo se usa para caracterizar componentes rf cuando queremos especificar qué tan bien coinciden como cargas en una línea de transmisión, sin referencia a si producen reflexiones negativas o positivas.

VSWR también se usa a menudo para caracterizar antenas, porque solo es necesario conocer la magnitud de la reflexión para determinar la fracción de la fuente de energía irradiada desde la antena.