Потеря несоответствия

Потери из-за несоответствия в теории линий передачи — это количество мощности, выраженное в децибелах , которое не будет доступно на выходе из-за несоответствия импеданса и отражения сигнала . Линия передачи, которая оконцована должным образом, то есть с тем же импедансом, что и характеристическое сопротивление линии передачи, не будет иметь отражений и, следовательно, потерь из-за рассогласования. Потери из-за несоответствия представляют собой количество энергии, потраченной впустую в системе. ^{[ сомнительно – обсудить ]}. Его также можно рассматривать как количество энергии, полученной, если система была идеально согласована. ^{[ сомнительно – обсудить ]}. Согласование импеданса является важной частью проектирования радиочастотной системы; однако на практике, вероятно, будет некоторая степень потери несоответствия. ^[1] В реальных системах относительно небольшие потери обусловлены потерями из-за несоответствия и часто составляют порядка 1 дБ. ^{[ сомнительно – обсудить ]}.По словам Уолтера Максвелла ^[2] несоответствие не приводит к каким-либо потерям («потерям» сигнала), кроме как через линию передачи. Это связано с тем, что сигнал, отраженный от нагрузки, передается обратно к источнику, где он повторно отражается из-за реактивного сопротивления, создаваемого источником, обратно в нагрузку, пока вся мощность сигнала не будет излучена или поглощена нагрузкой. .

Расчет

Потери из-за рассогласования (ML) — это отношение разницы между падающей и отраженной мощностью к падающей мощности:

ML_{\mathrm {dB} }=10\log _{10}{\bigg (}{\frac {P_{i}-P_{r}}{P_{i}}}{\bigg )}\,

P_{r}=P_{i}-P_{d}\,

где

$P_{i}$ = падающая мощность
$P_{r}$ = отраженная мощность
$P_{d}$ = доставленная мощность (также называемая принятой мощностью )

Доля падающей мощности, передаваемая в нагрузку, равна

{\frac {P_{d}}{P_{i}}}=1-\rho ^{2}

где $\rho$ – величина коэффициента отражения . Обратите внимание, что когда коэффициент отражения приближается к нулю, мощность нагрузки максимальна.

Если коэффициент отражения известен, рассогласование можно рассчитать по формуле

ML_{\mathrm {dB} }=10\log _{10}{\bigg (}1-\rho ^{2}{\bigg )}\,

С точки зрения коэффициента стоячей волны по напряжению ( КСВН ):

ML_{\mathrm {dB} }=10\log _{10}{\bigg (}1-{\bigg (}{\frac {VSWR-1}{VSWR+1}}{\bigg )}^{2}{\bigg )}\,

^[3]

Источники потерь несоответствия

Любой компонент линии передачи, имеющий вход и выход, будет способствовать общим потерям из-за несогласования в системе. Например, потеря рассогласования в смесителях возникает при несоответствии импеданса между портом RF и портом IF смесителя. ^{[ сомнительно – обсудить ]}. ^[4] Это одна из основных причин потерь в смесителях. Аналогичным образом, большая часть потерь в усилителях возникает из-за несоответствия между входом и выходом. Следовательно, не вся доступная мощность, генерируемая усилителем, передается в нагрузку. ^[5] Это особенно важно в антенных системах, где потери из-за несогласования в передающей и приемной антеннах напрямую влияют на потери в системе, включая коэффициент шума системы . Другие распространенные компоненты радиочастотной системы, такие как фильтры , аттенюаторы , разветвители и сумматоры , будут генерировать некоторую долю потерь из-за несоответствия. Хотя полностью устранить потери из-за несоответствия в этих компонентах практически невозможно, вклад потерь из-за несоответствия каждого компонента можно свести к минимуму, выбрав качественные компоненты для использования в хорошо спроектированной системе.

Ошибка несоответствия

^[6] Если в каскаде есть два или более компонентов, как это часто бывает, результирующие потери из-за рассогласования обусловлены не только несоответствиями отдельных компонентов, но также тем, как отражения от каждого компонента комбинируются друг с другом. Общие потери от несоответствия не могут быть рассчитаны путем простого сложения отдельных вкладов потерь от каждого компонента. Разница между суммой потерь рассогласования в каждом компоненте и общими потерями рассогласования из-за взаимодействия отражений известна как ошибка рассогласования. В зависимости от того, как объединяются множественные отражения, общие потери системы могут быть ниже или выше суммы потерь из-за рассогласования каждого компонента. Ошибка несоответствия возникает в парах, поскольку сигнал отражается от каждого несовпадающего компонента. Итак, в примере на рисунке 3 каждая пара компонентов генерирует ошибки несоответствия. ^[7] Неопределенность рассогласования увеличивается с увеличением частоты, а также в широкополосных приложениях. Фазировка отражений особенно затрудняет моделирование.

Общий случай расчета ошибки несоответствия (ME):

ME_{\mathrm {dB} }=20\log _{10}{\bigg (}1-\rho _{1}\rho _{2}\,e^{-j2\theta }{\bigg )}\,

где $\theta$ - сложное изменение фазы из-за второго отражения

См. также

Вносимая потеря

Ссылки

^ Дэниэлс, Дэвид Дж. (2004). Георадар (2-е издание). Институт техники и технологий. ISBN 978-0-86341-360-5
^ Максвелл, М. Уолтер (2010). Размышления III. ISBN 0-943016-43-6
^ Ло Ю.Т. и Ли С.В., Справочник по антеннам, 1988 г.: теория, применение и конструкция.
^ Карр, Джозеф Дж. (2002). Радиочастотные компоненты и схемы. Оксфорд: Ньюнс. ISBN 0-7506-4844-9
^ Скольник, Меррилл И. (2001). Введение в радиолокационные системы (3-е издание). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-288138-0
^ Уайт, Джозеф Ф. (2004). Высокочастотные методы: введение в радиочастотную и микроволновую технику. Хобокен: Уайли. ISBN 0-471-45591-1
^ Бриггс, Джон Н. (2004). Обнаружение целей морским радаром. Институт техники и технологий. ISBN 978-0-86341-359-9

[1] Дэниэлс, Дэвид Дж. (2004). Георадар (2-е издание). Институт техники и технологий. ISBN 978-0-86341-360-5

[2] Максвелл, М. Уолтер (2010). Размышления III. ISBN 0-943016-43-6

[3] Ло Ю.Т. и Ли С.В., Справочник по антеннам, 1988 г.: теория, применение и конструкция.

[4] Карр, Джозеф Дж. (2002). Радиочастотные компоненты и схемы. Оксфорд: Ньюнс. ISBN 0-7506-4844-9

[5] Скольник, Меррилл И. (2001). Введение в радиолокационные системы (3-е издание). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-288138-0

[6] Уайт, Джозеф Ф. (2004). Высокочастотные методы: введение в радиочастотную и микроволновую технику. Хобокен: Уайли. ISBN 0-471-45591-1

[7] Бриггс, Джон Н. (2004). Обнаружение целей морским радаром. Институт техники и технологий. ISBN 978-0-86341-359-9

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]