Utrata niedopasowania

Utrata niedopasowania w teorii linii transmisyjnych to ilość mocy wyrażona w decybelach , która nie będzie dostępna na wyjściu z powodu niedopasowania impedancji i odbić sygnału . Linia transmisyjna, która jest prawidłowo zakończona, to znaczy zakończona z taką samą impedancją jak impedancja charakterystyczna linii transmisyjnej, nie będzie miała odbić, a zatem nie będzie strat z powodu niedopasowania. Utrata niedopasowania reprezentuje ilość energii traconej w systemie ^{[ wątpliwe – dyskutuj ]} . Można to również traktować jako ilość mocy uzyskanej, gdyby system był idealnie dopasowany ^{[ wątpliwe – dyskutuj ]} . Dopasowanie impedancji jest ważną częścią projektowania systemu RF; jednak w praktyce prawdopodobnie wystąpi pewien stopień utraty niedopasowania. W rzeczywistych systemach stosunkowo niewielka strata wynika z niedopasowania i często jest rzędu 1 dB.

Obliczenie

Utrata niedopasowania (ML) to stosunek mocy padającej do różnicy między mocą padającą a mocą odbitą:

Rysunek 1. Prosty obwód przedstawiający impedancję charakterystyczną Z _o oraz impedancję obciążenia Z _L . W idealnie dopasowanym systemie Z _L = Z _o i nie ma utraty niedopasowania.

{\ Displaystyle ML _ {\ operatorname {dB}} = 10 \ log _ {10} {\ bigg (} {\ Frac {P_ {i} {P_ {i} -P_ {r}}} {\ bigg)} \,}

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

Gdzie

${\ Displaystyle P_ {i}}$ = moc padająca ${\ Displaystyle P_ {r}}$ = moc odbita ${\ Displaystyle P_ {d}}$ = moc dostarczona (zwana także mocą akceptowaną )

Ułamek mocy padającej dostarczanej do obciążenia wynosi

Rysunek 2. Prosty obwód pokazujący moc padającą P _i na obciążenie. Moc odbita będzie różnicą między P _i a dostarczoną mocą P _d .

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

gdzie jest $odbicia$ współczynnika . Należy zauważyć, że gdy współczynnik odbicia zbliża się do zera, moc do obciążenia jest maksymalizowana.

Jeśli znany jest współczynnik odbicia, niedopasowanie można obliczyć za pomocą

{\ Displaystyle ML _ {\ operatorname {dB}} = - 10 \ log _ {10} {\ bigg (} 1 - \ rho ^ {2} \bigg )}\,}

Pod względem współczynnika fali stojącej napięcia ( VSWR ):

{\ Displaystyle ML _ {\ operatorname {dB}} = - 10 \ log _ {10} \bigg (}1-{\bigg (}{\frac {VSWR-1}{VSWR+1}}{\bigg)}^{2}{\bigg)}\,}

Źródła utraty niedopasowania

Każdy element linii transmisyjnej, który ma wejście i wyjście, przyczyni się do ogólnej utraty niedopasowania w systemie. Na przykład w mikserach utrata niedopasowania występuje, gdy występuje niedopasowanie impedancji między portem RF a portem IF miksera ^{[ wątpliwe – dyskusja ]} . Jest to jedna z głównych przyczyn strat w mieszalnikach. Podobnie duża ilość strat we wzmacniaczach wynika z niezgodności między wejściem a wyjściem. W rezultacie nie cała dostępna moc generowana przez wzmacniacz jest przekazywana do obciążenia. Jest to najważniejsze w systemach antenowych, w których utrata niedopasowania w antenie nadawczej i odbiorczej bezpośrednio przyczynia się do strat w systemie — w tym współczynnika szumów systemu . Inne popularne elementy systemu RF, takie jak filtry , tłumiki , rozgałęźniki i sumatory wygeneruje pewną ilość strat z powodu niedopasowania. Całkowite wyeliminowanie strat spowodowanych niedopasowaniem w tych komponentach jest prawie niemożliwe, ale wkład każdego komponentu w straty wynikające z niedopasowania można zminimalizować, wybierając wysokiej jakości komponenty do użytku w dobrze zaprojektowanym systemie.

Błąd niezgodności

Jeśli w kaskadzie występują dwa lub więcej elementów, jak to często bywa, wynikająca z tego utrata niedopasowania wynika nie tylko z niedopasowania poszczególnych elementów, ale także z tego, jak odbicia od każdego składnika łączą się ze sobą. Całkowitej straty z tytułu niedopasowania nie można obliczyć, po prostu sumując poszczególne udziały w stratach z każdego składnika. Różnica między sumą utraty niedopasowania w każdym składniku a całkowitą utratą niedopasowania spowodowaną interakcjami odbić jest znana jako błąd niedopasowania. W zależności od tego, jak łączą się wielokrotne odbicia, ogólna strata systemu może być niższa lub wyższa niż suma strat niedopasowania z każdego komponentu. Błąd niedopasowania występuje parami, gdy sygnał odbija się od każdego niedopasowanego komponentu. Tak więc w przykładzie na rysunku 3 występują błędy niedopasowania generowane przez każdą parę komponentów. Niepewność niedopasowania wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości oraz w zastosowaniach szerokopasmowych. Fazowe odbicia sprawiają, że modelowanie jest szczególnie trudne.

Ogólny przypadek obliczania błędu niedopasowania (ME) jest następujący:

Rysunek 3. Prosty obwód pokazujący wielokrotne odbicia z powodu więcej niż 1 niedopasowanego urządzenia.

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

gdzie $złożoną$ zmianą fazy spowodowaną drugim odbiciem

Zobacz też

Strata wtrąceniowa