RL - Return Loss: pierderile de retur

Literatura de specialitate şi echipamentele de măsură profesionale din radioelectronică nu mai promovează ca parametru şi unitate de măsură SWR-ul, raportul de unde staţionare (VSWR sau ISWR) şi valorile acestuia în diverse situaţii: filtre, antene, etc.

În locul acestuia se regăseşte parametrul RL - Return Loss, în traducere “pierderile de retur”. El nu a intrat încă în mod curent în lumea radioamatorilor dar este bine cunoscut în industrie. Este bine însă să reamintim câteva elemente de bază.

Pe o linie de transport de RF avem la capătul ei o sarcină Z₀. Dacă sarcina are aceiaşi valoare cu impedanţa caracteristică a liniei toată puterea transportată pe linie va fi transferată pe sarcină. În cazul în care sarcina Z_s are o impedanţă, mai mare sau mai mică, diferită de Z₀, o parte din energie va fi reflectată înapoi spre sursă - generator.

Unda directă de la generator la sarcină şi unda reflectată de la sarcină la generator se vor interfera şi vor crea undele staţionare de tensiune şi de curent. Cu cât diferenţa între Z₀ şi Z_s este mai mare şi amplitudinea undelor staţionare este mai mare.

Din valorile maximă şi minimă ale tensiunii undelor staţionare pe linie se determină VSWR - Voltage Stationary Wave Ratio sau RUS - Raportul de Unde Staţionare în tensiune. Aceiaşi măsurătoare făcută pentru curent este ISWR, dar cea pentru tensiune este mult mai uşor de determinat. VSWR şi ISWR au aceiaşi valoare şi se regăsesc ambele sub denumirea generică de SWR.

Tensiunea şi curentul sunt foarte rar măsurate direct în linia de transmisie în afara laboratoarelor specializate. Aparatura de măsură a raportului de unde staţionare, SWR-metrul pentru radioamatori foloseşte circuite de cuplare direcţionale pentru a crea tensiuni proporţionale cu puterea transmisă din fiecare direcţie şi o scală specială pentru conversia tensiunilor la SWR.

SWR-ul este un model pe care radioamatorii îl folosesc pentru a defini relaţia dintre Z₀ şi Z_s şi există tabele de conversie între SWR şi puteri.

Se pune întrebarea dacă nu ar fi mai realist să încecăm să afişăm direct puterea directă şi cea reflectată?

În acest sens inginerii angajaţi în tehnologiile de RF sunt mai preocupaţi direct de eficienţa sistemului, să măsoare cât din puterea livrată de un generator printr-o linie de transport este transmisă la sarcină şi cât va fi reflectată. Se gândeşte direct în termeni de putere iar în laboratoare se folosesc instrumente complexe pentru a măsura direct puterea. De fapt se urmăreşte în esenţă determinarea puterii reflectate şi prin măsuri adecvate, diminuarea acesteia.

Puterea reflectată sau pierderile de retur RL - Return Loss se măsoară în dB. Pierderile de retur şi SWR sunt de fapt acelaşi lucru dar exprimarea este diferită.

RL=10.[log(P_ref/P_dir)] [dB] [1] sau

RL=10.log(P_ref) - 10.log(P_dir) [dB] [1’] unde

P_dir = puterea directă, puterea sursei

P_ref = puterea reflectată

log = logaritm în baza 10

Deoarece P_ref nu poate fi niciodată mai mare decât P_dir, RL este întotdeauna negativ.

Cu cât RL este mai negativ cu atât mai mică este cantitatea de energie reflectată.

Dacă toată puterea este transferată în sarcină atunci când Z_s=Z₀ atunci RL=∞ dB.

Dacă toată puterea este reflectată, ca de exemplu un circuit deschis cu Z_s=∞, atunci RL=0 dB. În tabelul anexat, sunt date exemplificativ, o serie de valori RL funcţie de P_dir şi P_ref. De notat că RL depinde numai de raportul puterilor şi nu de valoarea absolută a puterilor vehiculate.

RL se calculează şi direct din diferenţa puterilor exprimate în dBm (decibeli miliwatti cu referinţă la 1mW) sau în dBw (decibel watti cu referinţă la 1W). În acest caz RL=P_ref - P_dir deoarece logritmul este deja în conversia la dBm sau dBw. Valoarea în dB se obţine prin scădere.

Exemplu:

- Exprimarea puterii în dBm:

P(dBm)=10.log[P(mW)/1(mW)]

P(mW)=1000mW P(dBm)=10.log(1000/1)=30dBm

P(mW)=100mW P(dBm)=10.log(100/1)=20dBm

P(mW)=10mW P(dBm)=10.log(10/1)=10dBm

- Dacă P_dir=100mW=20dBm şi P_ref=10mW=10dBm atunci

- RL=P_ref(dBm) - P_dir(dbm)=10 - 20 = − 10dB

În mod identic se calculează în watt sau kwatt. Toate măsurătorile şi calculele trebuie făcute ăn aceleaşi unităţi de măsură.

Cu cât valoarea lui RL este mai negativă cu atât fracţiunea de putere reflectată este mai mică. Valorile negative crescătoare ale lui RL sunt în acelaşi sens cu cele mai scăzute valori ale SWR.

Conversia între RL şi SWR.

- Conversia înapoi de la RL la raportul puterilor P_ref/P_dir se face cu formula:

P_ref/P_dir = 1/log(0,1.RL) [1]

- Ecuaţia de calcul al SWR pornind de la puterea directă şi reflectată este:

SWR = (1 + (P_ref/P_dir)^1/2)/(1 - (P_ref/P_dir)^1/2) [2]

- O altă legatură între RL şi SWR se poate face cu relaţiile:

P_ref/P_dir = ((SWR-1)/(SWR+1))² [3]

şi cu relaţia [1] se poate scrie:

RL = 10.log(((SWR-1)/(SWR+1))²) [4]

Cu relaţiile 3 şi 4 se poate construi imediat un tabel de calcul Excel din care să rezulte conversia între cele trei elemente importante: RL, P_ref/P_dir, SWR precum şi graficul de corelare între SWR şi RL.

SWR	RL(dB)	Pref/Pdir
1,01	-46,1	0,00002
1,1	-26,4	0,00227
1,2	-20,8	0,00826
1,3	-17,7	0,01701
1,4	-15,6	0,02778
1,5	-14,0	0,04000
1,6	-12,7	0,05325
1,7	-11,7	0,06722
1,8	-10,9	0,08163
1,9	-10,2	0,09631
2	-9,5	0,11111
3	-6,0	0,25000
4	-4,4	0,36000
5	-3,5	0,44444
6	-2,9	0,51020
7	-2,5	0,56250
8	-2,2	0,60494
9	-1,9	0,64000
10	-1,7	0,66942

Vă întrebaţi la ce foloseşte parametrul RL în activitatea noastră? Analizoarele de antenă moderne de tipul „miniVNA”, care funcţionează prin eşantionarea formei undei staţionare, împreună cu programe adecvate care prelucrează valorile memorate ale eşantioanelor pot afişa pe ecranul PC o multitudine de parametrii şi grafice pentru antenele măsurate printre care SWR şi RL. Despre echipamentul miniVNA şi performanţele acestuia într-o expunere viitoare. În captura de ecran pentru o măsurătoare făcută la o antenă de 7MHz cu miniVNA se văd traectoriile similare pentru cele două mărimi SWR şi RL.

Despre o unitate de măsură

RL - Return Loss: pierderile de retur

Scrieti un mic comentariu la acest articol!