اقرأ في هذا المقال
- ما هو مقياس SWR؟
- أساسيات عداد أو جسر SWR
- مكونات جسر SWR
- تعويض الخساره في عداد VSWR
- طبولوجيا عدادات SWR المشتركة
تتكون الدائرة الخاصة بمقياس (VSWR) البسيط أو جسر (SWR) أو مقياس الانعكاس من عدة مكونات ويمكن أن تكون سهلة الإنشاء، أمّا نهج خسارة العودة يشبه (VSWR) ولكنّه يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي لا يتم فيها استخدام المغذيات أو تكون قصيرة جداً مقارنة بطول الموجة، وبالتالي فإنّ مفهوم الموجات الدائمة غير قابل للتطبيق.
ما هو مقياس SWR؟
مقياس (SWR): هو أداة اختبار إلكترونية توفر مؤشراً جيداً على مستوى نسبة الموجة الواقفة الموجودة في وحدة التغذية، وغالباً ما تُترك جسور (SWR) هذه في الدائرة كمؤشر مستمر لأداء نظام الهوائي بما في ذلك ظهور أي أعطال قد تتجلى مع مستوى (VSWR) مرتفع.
أساسيات عداد أو جسر SWR:
تستند جسور (SWR) أو عدادات (SWR) حول ما يسمى مقرنة الاتجاه، كما تعمل قارنات التوصيل الاتجاهية على أخذ عينات من كمية صغيرة من الطاقة التي تمر في اتجاه واحد، ويمكن استخدام ذلك لتوفير مؤشر على القدرة في هذا الاتجاه، وباستخدام قارنتين واحد لكل اتجاه أو تبديل تكوين قارنة التوصيل، ومن الممكن الحصول على إشارة إلى مستويات الطاقة الأمامية والخلفية عند تلك النقطة ومن ثم (VSWR).
يُظهر الرسم البياني جسر (SWR) بسيطاً أو دارة مقياس انعكاس (SWR)، كما لديها خطان مقرن اتجاهي يعملان بالتوازي مع الخط الرئيسي من خلال خط طاقة التردد اللاسلكي حيث تأخذ هذه كمية صغيرة من الطاقة التي يتم تصحيحها وتمريرها إلى متر لتوفير القراءة، كما سيتبين أن تكوين المقرنين مختلف تماماً أحدهما يحتوي على المقاوم في أحد طرفيه بينما يحتوي الآخر على المقاوم في الطرف الآخر، وهذا لتمكين الطاقة في اتجاهات مختلفة ليتم مراقبتها.
مكونات جسر SWR:
1. المقاومات – Resistors:
يتم اختيار المقاومين (R) لتوفير الحمل المطلوب لعنصر الجسر للمقرن، وهي عادةً (150Ω) لخط (50Ω).
2. الصمام الثنائي – Diodes:
هذه هي أنواع الإشارات الصغيرة، أمّا (Diodes) الجرمانيوم أو شوتكي هي الأفضل لأنّها تحتوي على جهد كهربائي صغير ومناسب للإشارات الصغيرة.
3. متر – Meter:
لم يتم تعريف القيمة المطلقة، ولكن يجب أن يكون لها حساسية عالية بشكل مناسب والعدادات ذات الانحراف الكامل للمقياس (100Ω) هي ما يتم استخدامه عادةً.
4. خطوط المقرنة الاتجاهية – Directional coupler lines:
هناك عدة طرق لإنشاء خطوط المقرنة، أمّا الطريقة الأكثر شيوعاً هي استخدام لوحة الدوائر المطبوعة وتشغيل خط المطابقة الرئيسي (50Ω) على لوحة الدوائر المطبوعة مع مستوى أرضي على الجانب الآخر، كما يؤدي هذا إلى إنشاء خط (50Ω) من عرض الخط الصحيح وسمك (PCB) حيث يمكن بعد ذلك تشغيل خطوط قارنة التوصيل جنباً إلى جنب.
طريقة أخرى كانت استخدام اقناع شبه متباعد، وكان يحتوي على أنابيب مجوفة أسطوانية صغيرة تمر عبر العازل الكهربائي لتوفير مساحة شبه هوائية، كما يمكن تشغيل الأسلاك الصغيرة خلال طول قصير من هذا لتوفير الالتقاط المطلوب، وطريقة أخرى هي استخدام التقاطات حلقية حيث تميل هذه إلى الحصول على استجابة أكثر انبساطاً وتمكن أيضاً من تحديد مستويات الطاقة الفعلية، كما تعتمد الخطوط على التردد.
جسور (SWR) هي عناصر منخفضة التكلفة نسبياً، وغالباً ما يتم شراؤها كمجموعات أو عناصر منافسة حيث يتيح ذلك التغلب على مشكلات إنشاء خطوط التوصيل، كما يتم توفير الأعمال المعدنية بشكل طبيعي، ممّا يوفر نهاية عالية الجودة.
(SWR) هو مؤشر على الموجات المنعكسة التي ترتد ذهاباً وإياباً داخل خط النقل، وعلى هذا النحو فإنّ الزيادة في (SWR) تقابل زيادة في الطاقة في الخط بما يتجاوز القدرة المنقولة الفعلية، كما ستؤدي هذه الطاقة المتزايدة إلى زيادة خسائر التردد اللاسلكي حيث تؤدي زيادة الجهد إلى زيادة خسائر العازل الكهربائي ويزيد التيار المتزايد من خسائر المقاومة.
تعويض الخساره في عداد VSWR:
خسارة العودة: هو فقدان القدرة في الإشارة التي يتم إرجاعها أو انعكاسها بسبب انقطاع في خط النقل أو الألياف الضوئية حيث يتم التعبير عن هذا عادة بالديسيبل، أمّا إذا تم نقل كل الطاقة إلى الحمل فستكون هناك خسارة عودة لا نهائية، وعلى العكس من ذلك إذا كان هناك إنهاء دائرة مفتوحة أو قصيرة فسيتم إرجاع كل الطاقة ولن تكون هناك خسارة في العودة.
يُعد نهج خسارة العودة يشبه (VSWR)، ولكنّه يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي لا يتم فيها استخدام المغذيات أو تكون قصيرة جدًا مقارنة بطول الموجة، وبالتالي فإنّ مفهوم الموجات الدائمة غير قابل للتطبيق، وعادةً ما يتم استخدام خسارة العودة في تطبيقات الدوائر بينما يتم استخدام (VSWR) مع المغذيات أو خطوط النقل.
خسارة العودة هي رقم يستخدم على نطاق واسع لتقييم عناصر مثل خصائص الإدخال لمكون (RF) أو عند قياس خصائص شبكة باستخدام محلل شبكة متجه وعلى هذا النحو تُعد خسارة العودة أمراً هاماً، أمّا غالباً ما يكون من الضروري تحويل (VSWR) لإعادة الخسارة إلى (VSWR)، كما يمكن تحقيق التحويل بسهولة تامة باستخدام إمّا الصيغ البسيطة أو باستخدام جدول القيم.
تُعد خسارة الإرجاع و(VSWR) كلاهما معلمتين تُستخدمان لقياس التطابق بين وحدة التغذية والحمل، وعلى الرغم من اختلاف الكميتين قليلاً، كما أنّ (VSWR) هو مقياس للموجات الواقفة التي تم إنشاؤها في وحدة التغذية نتيجة عدم التطابق، في حين تكون خسارة العودة تنظر إلى مقدار الطاقة التي يمتصها الحمل عند إرسال الطاقة من المصدر إليها، كما أنّ خسارة العودة هي الفرق بين قوة الحادث والانعكاس وفي ضوء التداخل بين الكميتين، من المفيد أن تكون قادراً على تحويل (VSWR) لإرجاع الخسارة وعودة الخسارة إلى (VSWR).
لماذا لا تعمل عدادات SWR الشائعة في الموجات الطويلة؟
الغالبية العظمى من عدادات (SWR) للهواة عبارة عن دوائر جسرية تعتمد على محولات التيار على الأقل تلك المصممة للترددات الأعلى بما في ذلك الموجات القصيرة، أمّا محولات التيار تكون محدودة في الطرف العلوي من النطاق بسبب سعتها الشاردة وطول السلك الذي يتكون من اللفات، وفي النهاية السفلية تكون محدودة بسبب محاثة اللفات، وإذا لم تكون هذه المحاثة كبيرة بما يكفي سينتج خطأ كبير في الطور، وسيكون الجسر غير متوازن وستكون القياسات خاطئة.
من أجل جعل المحولات تعمل بتردد منخفض، يجب أن يكون تحريض الملف الثانوي كبيراً بما يكفي، كما أنّ ممانعته يجب أن تكون أكبر بعشر مرات على الأقل من مقاومة النهاية وعادةً (50 Ω) حيث ستؤدي زيادة عدد المنعطفات على المحول إلى زيادة السعة الشاردة وزيادة الطول الكلي للسلك؛ نتيجةً لذلك سينخفض الحد الأقصى لتردد العمل، لكن هذا مقبول لأنّنا نصمم أداة للموجات الطويلة.
بالنسبة للسعة الشاردة الملتفة، يجب أن نتأكد من أنّ الرنين الذاتي للملف يجب أن يكون أعلى بكثير من أعلى تردد عمل مطلوب، كما يجب أن نتأكد من أنّ طول السلك لا يتجاوز عُشر الطول الموجي الأقصر، وللحصول على محاثة عالية مع عدد قليل من المنعطفات وسلك قصير يتعين علينا اختيار نواة مغناطيسية ذات قيمة (AL) عالية، كما يمكن أن تحتوي نوى الفريت على قيم (AL) عالية بينما لا تحتوي نوى مسحوق الحديد عادةً، وبمجرد استيفاء هذه الشروط ستعمل نفس دوائر الجسر المعتادة على النطاق المطلوب.
طبولوجيا عدادات SWR المشتركة:
تقتصر العديد من عدادات (SWR) على نطاق (HF) فقط أو نطاق (VHF) فقط، وغالباً ما تكون دقيقة فقط على نطاق أصغر حيث يأتي هذا القيد من التكنولوجيا التي يستخدمونها، وهناك عدد قليل من طبولوجيا الدوائر شائعة الاستخدام، وواحد هو الجسر الحلقي وهذا في الأساس تصميم يتم فيه أخذ عينة من تيار خط الهوائي عبر محول حلقي، ويتم أخذ عينة من الجهد بواسطة مقسم سعوي.
يتم الجمع بين العينتين حيث كلاهما تم تحويلهما إلى جهد (RF) صغير في علاقة طور وسعة مناسبة باستخدام دائرة جسر ثم يتم تصحيحهما، والنتيجة هي جهدان للتيار المستمر يتناسبان مع اتساع الموجات المباشرة والمنعكسة على خط النقل.
يعمل هذا النهج جيداً على مدى تردد معتدل، ويسمح حتى بقياسات دقيقة للطاقة عبر هذا النطاق ولكن عند الترددات المنخفضة جداً، تتأثر العينة الحالية بشدة بالتيار الممغنط للمحول ويزداد الحاجز السعوي كثيراً في الممانعة بحيث تصبح جهدا العينة غير دقيقة.
على جانب التردد العالي من النطاق تلعب السعة البينية للمحول دوراً كبيراً ويؤثر الحاجز السعوي على الممانعة المقاسة لخط النقل ممّا يجعل القياسات غير دقيقة مرة أخرى، كما يمكن استخدام هذه الدائرة بسهولة على مدى تردد يبلغ (1:10)، ويقوم بعض المصنِّعين بدفعها إلى مسافة تصل إلى (1:100) أي (160 م إلى 2 م شائعة)، لكن هذا يضر بالدقة على كلا الجانبين.
طوبولوجيا عدادات (SWR) التجارية الشائعة الأخرى هي (Monimatch) حيث يصعب فهم الوافدين الجدد لأنّه تصميم خط نقل يستخدم اقتراناً موزعاً بين الخط المحوري وسلك أو سلكين للاستشعار، كما إنّه بسيط للغاية في التصميم، لكنّه يحتاج إلى أن يتم بناؤه بشكل صحيح ليعمل بشكل جيد وله عيب كبير جداً حيث تتباين حساسيته بشكل كبير مع التردد.
