Несоответствие потерь

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

Расчет

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

Рисунок 1. Простая схема, показывающая характеристическое сопротивление Z _o и сопротивление нагрузки Z _L . В идеально согласованной системе Z _L =Z _o , и потери из-за несогласованности отсутствуют.

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

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

где

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

Доля падающей мощности, подаваемая на нагрузку, составляет

Рисунок 2. Простая схема, показывающая падающую мощность, P _i , на нагрузке. Отраженная мощность будет разницей между P _i и отдаваемой мощностью, P _d .

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

где - величина коэффициента отражения . Обратите внимание, что по мере приближения коэффициента отражения к нулю мощность на нагрузке максимальна. ${\displaystyle \rho }$

Если коэффициент отражения известен, то несоответствие можно рассчитать по формуле

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

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

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

^[3]

Источники потерь из-за несоответствия

Любой компонент линии передачи, имеющий вход и выход, будет способствовать общим потерям из-за рассогласования системы. Например, в смесителях потери из-за рассогласования возникают, когда есть рассогласование импеданса между портом RF и портом IF смесителя ^{[ сомнительно – обсудить ]} . ^[4] Это одна из основных причин потерь в смесителях. Аналогично, большая часть потерь в усилителях происходит из-за рассогласования между входом и выходом. Следовательно, не вся доступная мощность, генерируемая усилителем, передается на нагрузку. ^[5] Это наиболее важно в антенных системах, где потери из-за рассогласования в передающей и приемной антеннах напрямую вносят вклад в потери системы, включая коэффициент шума системы . Другие распространенные компоненты системы RF, такие как фильтры , аттенюаторы , разветвители и сумматоры , будут генерировать некоторую величину потерь из-за рассогласования. Хотя полное устранение потерь из-за рассогласования в этих компонентах практически невозможно, вклад потерь из-за рассогласования каждым компонентом 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 несоответствия обусловлены не только несоответствиями отдельных компонентов, но и тем, как отражения от каждого компонента объединяются друг с другом. Общие потери из-за несоответствия нельзя рассчитать, просто сложив вклады отдельных потерь от каждого компонента. Разница между суммой потерь из-за несоответствия в каждом компоненте и общими потерями из-за взаимодействия отражений известна как ошибка несоответствия. В зависимости от того, как объединяются множественные отражения, общие потери системы могут быть ниже или выше суммы потерь из-за несоответствия от каждого компонента. Ошибка несоответствия возникает парами, поскольку сигнал отражается от каждого несоответствующего компонента. Так, для примера на рисунке 3 существуют ошибки несоответствия, генерируемые каждой парой компонентов. ^[7] Неопределенность несоответствия увеличивается с ростом частоты и в широкополосных приложениях. Фазировка отражений особенно затрудняет моделирование.

Общий случай расчета ошибки несоответствия (ME) следующий:

Рисунок 3. Простая схема, демонстрирующая множественные отражения из-за более чем одного несогласованного устройства.

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

где - комплексное изменение фазы из-за второго отражения ${\displaystyle \theta }$

Смотрите также

• Вносимые потери

Ссылки

1. Дэниелс, Дэвид Дж. (2004). Георадар (2-е издание). Институт инженерии и технологий. ISBN  978-0-86341-360-5
2. Максвелл, М. Уолтер (2010). Размышления III. ISBN 0-943016-43-6 
3. Lo YT и Lee SW 1988 Справочник по антеннам: теория, применение и проектирование
4. Карр, Джозеф Дж. (2002). Радиочастотные компоненты и схемы. Оксфорд: Newnes. ISBN 0-7506-4844-9 
5. Скольник, Меррилл И. (2001). Введение в радиолокационные системы (3-е издание). Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 0-07-288138-0 
6. Уайт, Джозеф Ф. (2004). Высокочастотная техника: Введение в радиочастотную и микроволновую технику. Хобокен: Wiley. ISBN 0-471-45591-1 
7. Бриггс, Джон Н. (2004). Обнаружение целей морским радаром. Институт инженерии и технологий. ISBN 978-0-86341-359-9