¿Cómo funciona el acoplador direccional en un medidor de swr? ¿Cómo se separan las ondas delanteras y reflejadas de la onda estacionaria en el alimentador?
Me gustaría una respuesta en términos de ondas sinusoidales (coseno), fasores y números complejos, así como una descripción no matemática. por favor.
No sé si es común, pero a diferencia de la respuesta de Dave Tweed, al menos según Wikipedia, algunos medidores SWR están construidos con acopladores direccionales, como usted dice.
Antes de comenzar, no estoy seguro de si tiene una idea errónea acerca de lo que está sucediendo:
¿Cómo se separan las ondas delanteras y reflejadas de la onda estacionaria en el alimentador?
Las ondas delanteras y reflejadas no son distintas de la onda estacionaria. La "onda estacionaria" es justo lo que observamos cuando tenemos una onda que se desplaza hacia delante y una onda que se desplaza hacia atrás superpuestas entre sí.
Ahora, para beneficio de los futuros lectores, ¿qué es la relación de onda estacionaria o SWR? Básicamente, es la relación entre la amplitud máxima y la amplitud mínima a medida que se mueve una sonda a lo largo de una línea de transmisión. Está dado por
\ $ VSWR = V_ {max} / V_ {min} \ $
Las amplitudes de voltaje máximo y mínimo se producen cuando las ondas de avance y retroceso interfieren entre sí de forma constructiva o destructiva.
\ $ V_ {max} = V_f + V_r \ $ y \ $ V_ {min} = V_f - V_r \ $.
Entonces
\ $ VSWR = (V_f + V_r) / (V_f - V_r) \ $,
o, para acercarse a nuestra fórmula habitual para calcular el VSWR:
\ $ VSWR = \ frac {1 + V_r / V_f} {1 - V_r / V_f} \ $.
Entonces, ¿cómo podemos extraer las ondas separadas para compararlas? El acoplador direccional es en realidad conceptualmente muy simple. Si colocamos dos guías de onda o líneas de microcinta (o trazas de PCB) que llevan señales de RF lo suficientemente cerca una de la otra, parte de la onda evanascente en la dirección transversal (ortogonal a la línea) se superpondrá con el modo de propagación de la otra línea, y así se transferirá parte de la potencia de la señal principal a una señal de desplazamiento paralelo en la "línea acoplada".
(CC
Desafortunadamente, expresar esto matemáticamente en realidad requiere resolver el problema del campo electromagnético transversal en 2-d para la estructura de la línea de transmisión, que ni siquiera se puede hacer analíticamente para muchas estructuras importantes (como la línea de microcinta).
La mayor parte de la potencia simplemente continuará propagándose en la misma dirección general que tenía, de modo que, naturalmente, la onda de avance se acopla a solo uno de los puertos de salida, y la onda de retroceso se acopla a la otra . Por supuesto, también hay algunas reflexiones que ocurren en las discontinuidades de esta estructura, por lo que el acoplador direccional no puede tener una perfecta directividad .
Además, si busca acopladores direccionales en Wikipedia, verá que hay muchos otros tipos más allá de los más simples. uno que he mostrado aquí, y varios trucos para permitir que el acoplador de línea acoplada funcione en más de una pequeña banda de frecuencia.
Un medidor SWR no mide realmente la potencia "directa" y "reflejada" directamente, sino que mide la relación de fase entre el voltaje y la corriente en la línea. En la posición "adelante", muestra el componente de la fase inicial de la corriente, y en la posición "inversa", muestra el componente de la fase retrasada. Es el valor relativo de estas dos medidas lo que representa el SWR.
Otra forma de verlo es pensar en un codificador de cuadratura usado para detectar movimiento físico. En una línea de transmisión con una carga adaptada, la corriente en la dirección desde la fuente a la carga alcanza un pico de 90 ° antes de que lo haga el voltaje. Si la energía fluye en la otra dirección, esta relación se invierte, lo que permite que el medidor los distinga, al igual que el codificador en cuadratura puede detectar la dirección del movimiento.
Me metí en un lío al intentar hacer esto en los comentarios, así que esto es lo que pretendía decir.
Gracias, ThePhoton y DaveTweed. Usted dio respuestas parciales a mi pregunta, lo suficiente para enviarme en una búsqueda en Internet más informada, donde encontré tres sitios web, que se enumeran a continuación, que me han acercado a una comprensión completa de lo que sucede. Cuando los haya digerido, lo escribiré todo y lo publicaré aquí.
Una vista interior de los vatímetros de Warren B. Bruene enlace
Un moderno medidor de potencia direccional / SWR por Bill Kaune W7IEQ enlace
Zo: Líneas de transmisión, reflexiones y terminación enlace
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