اقرأ في هذا المقال
- ما هي نسبة الموجة الدائمة للجهد – Voltage Standing Wave Ratio؟
- أساسيات الموجة الدائمة
- الفرق بين VSWR وSWR
- كيف يؤثر VSWR على الأداء
- معامل انعكاس نسبة الموجة الدائمة للجهد – Reflection coefficient
تُعتبر الموجات الدائمة مشكلة مهمة عند النظر إلى المغذيات أو خطوط النقل، ونسبة الموجة الواقفة أو بشكل أكثر شيوعاً نسبة الموجة الدائمة للجهد (VSWR) هي بمثابة قياس لمستوى الموجات الواقفة على وحدة التغذية، كما تمثل الموجات الواقفة القوة التي لا يقبلها الحمل وتنعكس مرة أخرى على طول خط النقل أو المغذي.
ما هي نسبة الموجة الدائمة للجهد – Voltage Standing Wave Ratio؟
نسبة الموجة الدائمة للجهد (VSWR): هي مؤشر على مقدار عدم التطابق بين الهوائي وخط التغذية المتصل به، ويُعرف أيضاً باسم نسبة الموجة الدائمة (SWR) حيث يتراوح نطاق قيم (VSWR) من (1 إلى ∞).
تُعتبر قيمة (VSWR) الأقل من 2 مناسبة لمعظم تطبيقات الهوائي حيث يمكن وصف الهوائي بأنّه تطابق جيد، لذلك عندما يقول شخص ما أنّ الهوائي غير مطابق بشكل جيد فغالباً ما يعني ذلك أنّ قيمة (VSWR) تتجاوز 2، أمّا خسارة العودة هي مواصفات أخرى ذات أهمية والتحويل المطلوب بشكل شائع هو بين خسارة العودة و(VSWR)، وعلى الرغم من أنّ الموجات الواقفة و(VSWR) مهمان جداً إلّا أنّ نظرية وحسابات (VSWR) غالباً ما تخفي رؤية لما يحدث بالفعل.
أساسيات الموجة الدائمة:
عند النظر إلى الأنظمة التي تتضمن خطوط النقل، فمن الضروري أن نفهم أنّ المصادر وخطوط النقل أو المغذيات والأحمال جميعها لها ممانعة مميزة، أمّا (50Ω) هو معيار شائع جداً لتطبيقات التردد الراديوي على الرغم من إمكانية رؤية ممانعات أخرى في بعض الأنظمة، ومن أجل الحصول على الحد الأقصى من نقل الطاقة من المصدر إلى خط النقل أو من خط النقل إلى الحمل، سواء كان مقاوماً أو مدخلاً لنظام آخر أو هوائياً، فإنّه يجب أن تتطابق مستويات المعاوقة.
أمّا بالنسبة لنظام (50Ω) فيجب أن يكون للمصدر أو مولد الإشارة مقاومة مصدر تبلغ (50Ω) ويجب أن يكون خط النقل (50Ω) وكذلك يجب أن يكون الحمل، كما تنشأ المشكلات عند نقل الطاقة إلى خط النقل أو وحدة التغذية وتنتقل نحو الحمل، وإذا كان هناك عدم تطابق أي أنّ مقاومة الحمل لا تتطابق مع مقاومة خط النقل فلا يمكن نقل كل الطاقة، ولأنّ الطاقة لا يمكن أن تختفي كما إنّ الطاقة التي لا يتم نقلها إلى الحمل يجب أن تذهب إلى مكان ما وتنتقل مرة أخرى على طول خط النقل باتجاه المصدر.
عندما يحدث هذا، تضيف الفولتية والتيارات للموجات الأمامية والمنعكسة في وحدة التغذية أو تطرح عند نقاط مختلفة على طول وحدة التغذية وذلك وفقاً للمراحل حيث تُعد هذه الطريقة بقدرتها على القيام في إعداد الموجات الواقفة، كما يمكن إظهار الطريقة التي يحدث بها التأثير بطول الحبل، وإذا تُرك أحد الطرفين مجاناً وتم تحريك الطرف الآخر لأعلى فيمكن رؤية حركة الموجة وهي تتحرك لأسفل على طول الحبل، أمّا إذا تم إصلاح أحد الطرفين يتم إعداد حركة موجة ثابتة، ويمكن رؤية نقاط الاهتزاز الأدنى والأقصى.
عندما تكون مقاومة الحمل أقل من جهد مقاومة المغذي، فإنّه يتم ضبط مقادير التيار حيث يكون إجمالي التيار عند نقطة التحميل أعلى من الخط المتطابق تماماً بينما يكون الجهد أقل، كما تختلف قيم التيار والجهد على طول وحدة التغذية، أمّا بالنسبة للقيم الصغيرة للقوة المنعكسة يكون شكل الموجة شبه جيبي تقريباً ولكن بالنسبة للقيم الأكبر يصبح أشبه بموجة جيبية كاملة الموجة مصححة، كما يتكون شكل الموجة هذا من الجهد والتيار من الطاقة الأمامية بالإضافة إلى الجهد والتيار من الطاقة المنعكسة.
على مسافة ربع الطول الموجي من الحمل، تصل الفولتية المجمعة إلى أقصى قيمة بينما يكون التيار عند الحد الأدنى، أمّا على مسافة نصف طول موجة من الحمل يكون الجهد والتيار متماثلين عند الحمل، كما تحدث حالة مماثلة عندما تكون مقاومة الحمل أكبر من ممانعة وحدة التغذية، ولكن هذه المرة يكون الجهد الإجمالي عند الحمل أعلى من قيمة الخط المتطابق تماماً.
كما يصل الجهد إلى الحد الأدنى عند مسافة ربع الطول الموجي من الحمل ويكون التيار عند الحد الأقصى، ولكن على مسافة نصف طول الموجة من الحمل يكون الجهد والتيار متماثلين عند الحمل.
الفرق بين VSWR وSWR:
نسبة (SWR): هي نسبة الموجة الواقفة حيث يصف موجات الجهد والتيار الدائمة التي تظهر على الخط، كما إنّه وصف عام لكل من موجات التيار والجهد الدائمة وغالباً ما يستخدم مع العدادات المستخدمة للكشف عن نسبة الموجة الدائمة، ويرتفع وينخفض كل من التيار والجهد بنفس النسبة لعدم تطابق معين.
تتميز نسبة (VSWR) أو نسبة الموجة الدائمة بالقدرة على الإنطباق على موجات الجهد الدائمة التي يتم إعدادها على وحدة التغذية أو خط النقل، ونظراً لأنّه من الأسهل اكتشاف موجات الجهد الدائمة وفي كثير من الحالات تكون الفولتية أكثر أهمية من حيث تعطل الجهاز، غالباً ما يستخدم مصطلح (VSWR) خاصةً في مناطق تصميم الترددات اللاسلكية.
يظهر مصطلح موجات الطاقة الدائمة في بعض الأحيان، ومع ذلك فهذه مشكلة كاملة حيث أنّ القوة الأمامية والمنعكسة ثابتة بافتراض عدم وجود خسائر في وحدة التغذية، والقوة لا ترتفع وتنخفض بنفس الطريقة مثل أشكال الموجة الدائمة والجهد التي تمثل مجموع العناصر الأمامية والمنعكسة.
كيف يؤثر VSWR على الأداء:
توجد العديد من الطرق التي يتم من خلالها التأثير بها في (VSWR) على أداء نظام الإرسال أو أي نظام قد يستخدم الترددات اللاسلكية والممانعات المتطابقة، أمّا على الرغم من استخدام (VSWR) بشكل طبيعي إلّا أنّ كل من موجات الجهد والتيار الدائمة يمكن أن تسبب مشاكل.
1. يمكن أن تتلف مضخمات طاقة المرسل:
تتسبب المستويات المتزايدة من الجهد وكذلك التيار التي تقوم بالظهور على وحدة التغذية بسبب الموجات الدائمة إلى إتلاف الترانزستورات الناتجة لجهاز الإرسال، كما تُعد أجهزة أشباه الموصلات موثوقة بشكل كبير إذا تم تشغيلها ضمن حدودها المطلوبة، لكن موجات الجهد والتيار الدائمة على وحدة التغذية يمكن أن تسبب أضراراً كارثية إذا تسببت في تشغيل الجهاز خارج حدودها.
2. تقلل حماية PA من طاقة النواتج:
في ضوء الخطر الحقيقي للغاية المتمثل في ارتفاع مستويات (SWR) التي تسبب تلفاً لمضخم الطاقة، فإنّ العديد من أجهزة الإرسال تتضمن دوائر حماية تقلل من الإنتاج من جهاز الإرسال مع ارتفاع (SWR)، ممّا يعني أنّ التوافق السيئ بين وحدة التغذية والهوائي سيؤدي إلى ارتفاع معدل (SWR) وممّا يؤدي إلى تقليل النوانج وبالتالي خسارة كبيرة في القدرة المرسلة.
3. يمكن أن تتسبب مستويات الجهد والتيار العالية في إتلاف وحدة التغذية:
من الممكن أن تتسبب مستويات الجهد والتيار العالي الناتجة عن ارتفاع نسبة الموجة الدائمة في تلف وحدة التغذية، وكما أنّه يتم تفعيل المغذيات بشكل مضمون داخل حدودها بحيث يجب أن يتم استيعاب مضاعفة الجهد والتيار، إلّا أنّ هناك بعض الظروف التي يمكن أن يحدث فيها ضرر حيث يمكن أن يسبب الحد الأقصى الحالي تسخيناً محلياً مفرطاً يمكن أن يشوه أو يذوب البلاستيك المستخدم، ومن المعروف أنّ الفولتية العالية تسبب الانحناء في بعض الظروف.
4. يمكن أن تتسبب التأخيرات التي تسببها الانعكاسات في حدوث تشوه:
عندما تنعكس الإشارة عن طريق عدم التطابق، فإنّها تنعكس مرة أخرى باتجاه المصدر ويمكن بعد ذلك أن تنعكس مرة أخرى باتجاه الهوائي، كما يتم إضافة تأخير يساوي تقريباً ضعف وقت إرسال الإشارة على طول وحدة التغذية، وإذا تم إرسال البيانات فقد يتسبب ذلك في حدوث تداخل بين الرموز.
5. انخفاض في الإشارة مقارنة بالنظام المطابق تماما:
إنّ الخسارة في مستوى الإشارة الناتجة عن ضعف (VSWR) ليست كبيرة كما قد يتصور البعض، وأي إشارة تنعكس بواسطة الحمل تنعكس مرة أخرى على المرسل، وبما أنّ المطابقة في المرسل يمكن أن تتيح انعكاس الإشارة مرة أخرى على الهوائي مرة أخرى، فإنّ الخسائر المتكبدة هي في الأساس تلك التي أدخلتها وحدة التغذية.
كما أنّ طول (30 متراً) من (RG213 الكابل المحوري) مع خسارة حوالي (1.5 ديسيبل) عند (30 ميجاهرتز) سيعني أنّ الهوائي الذي يعمل مع (VSWR) لن يؤدي إلّا إلى خسارة تزيد قليلاً عن (1 ديسيبل) عند هذا التردد مقارنة بهوائي مطابق تماماً.
معامل انعكاس نسبة الموجة الدائمة للجهد – Reflection coefficient:
معامل الانعكاس (Reflection coefficient): هو معلمة تعمل على وصف مقدار الموجة الكهرومغناطيسية التي تنعكس من خلال انقطاع المقاومة في وسط الإرسال.
تُعد خسارة العودة كمعامل وثيق الصلة بـ (VSWR) حيث إنّه مقياس للإشارة التي تنعكس عند مقارنتها بإشارة الحادث أي إنّه فقدان الإشارة المنعكسة عند مقارنتها بالحادث، ويتم التعبير عنها عادةً بالديسيبل.
تًعتبر نسبة الموجة الدائمة معلمة مهمة لأي نظام تغذية، وعلى الرغم من إعداد كل من موجات الوقوف الحالية والجهد، إلّا أنّه غالباً ما تتم مناقشة نسبة الموجة الدائمة للجهد على نطاق واسع نتيجةً لحقيقة أنّه من السهل اكتشافها وقياسها.
