De los fundamentos de VSWR a la evaluación del rendimiento de antenas
VSWR es un indicador importante en el diseño y evaluación de antenas y líneas de transmisión de alta frecuencia. Este artículo explica el concepto de VSWR, sus métodos de medición y el proceso para mostrar un gráfico de VSWR a partir de los parámetros S de una antena usando QucsStudio.
¿Qué es VSWR?
VSWR (Relación de Onda Estacionaria de Voltaje) representa la relación entre el valor máximo y mínimo de la amplitud de las ondas estacionarias que se forman cuando una parte de una señal de alta frecuencia se refleja al pasar por una línea de transmisión. Idealmente, el valor de VSWR es 1, lo que indica una perfecta adaptación de impedancia entre la línea de transmisión y la carga. Un valor de VSWR más alto indica una peor adaptación y un aumento de las reflexiones, lo que afecta negativamente a la calidad de la comunicación.
Medición y cálculo de VSWR
La medición de VSWR se realiza utilizando un medidor de VSWR dedicado o un analizador de redes. Estos dispositivos miden la amplitud de las ondas directas y reflejadas, y calculan VSWR usando la siguiente fórmula:
Aquí, Γ (gamma) es el coeficiente de reflexión. Un valor absoluto más pequeño del coeficiente de reflexión indica una mejor adaptación.
Importancia de VSWR
Cuando el valor de VSWR se acerca a 1, es decir, se logra una adaptación de impedancia ideal, casi toda la potencia suministrada es utilizada por la antena. Esto significa un estado de alta eficiencia de transmisión o sensibilidad de recepción, lo que permite optimizar la calidad y el alcance de la comunicación. Por el contrario, a medida que el valor de VSWR aumenta, indicando una peor adaptación, una parte de la potencia suministrada a la antena se refleja y se pierde sin utilizarse. Esto reduce el rendimiento del sistema de antena, causando una disminución en la eficiencia de transmisión y empeorando la sensibilidad de recepción.
Por ejemplo, se considera deseable que el valor de VSWR de una antena sea inferior a 1.5, lo que significa que la potencia reflejada es inferior al 4%.
VSWR y pérdida de retorno
Otro indicador estrechamente relacionado con VSWR es la pérdida de retorno. La pérdida de retorno indica cuánta potencia suministrada a la línea de transmisión se consume en la carga sin reflejarse, y generalmente se expresa en decibelios (dB). Una mayor pérdida de retorno significa menos reflexiones y una mejor adaptación. La pérdida de retorno se calcula usando la siguiente fórmula:
Pérdida de retorno = -20 log10 |Γ|
VSWR y pérdida de retorno se utilizan de manera complementaria para evaluar el estado de adaptación de una línea de transmisión.
Mostrar gráficos de VSWR usando QucsStudio
QucsStudio es una herramienta de software para el diseño y simulación de circuitos electrónicos. Mide los parámetros S (parámetros de dispersión) de antenas y otros componentes de alta frecuencia y calcula y muestra VSWR basándose en ellos.
A continuación, explicamos cómo mostrar un gráfico de parámetros S usando QucsStudio.
Los parámetros S utilizados en este artículo son de una antena de chip de banda de 2.4GHz de JHOHANSON 2450AT07A0100001T. Los parámetros S se pueden descargar de la web.
- Abrir QucsStudio: Inicia QucsStudio y crea un nuevo proyecto.
- Importar el archivo de parámetros S: Ve a la pestaña ‘Components’ de la vista ‘Project’, selecciona ‘s-parameter file’ de ‘system components’, coloca el componente de archivo de parámetros S en el diagrama, doble clic para abrir la ventana de propiedades, configura el número de ‘Ports’ y selecciona el archivo de parámetros S en la propiedad ‘File’.
- Ejecutar simulación: Agrega una fuente de poder y realiza una simulación de parámetros S.
- Crear gráfico: Desde el menú ‘Insert’, selecciona ‘Diagram’ y añade un ‘Cartesian Diagram’ al proyecto. Entra en la configuración del diagrama, elige los datos de pérdida de retorno dB(S[1,1]) desde la pestaña ‘Data’ y crea el gráfico. (Esto puede crearse automáticamente después de ejecutar la simulación.)
El gráfico mostrado aquí es de pérdida de retorno. Aunque se puede ver que hay menos reflexiones entre 2.4～2.5GHz, es visualmente difícil de juzgar, por lo que lo cambiaremos a un gráfico de VSWR.
Doble clic en el gráfico para mostrar propiedades.
Selecciona el gráfico de dB(S[1,1]) y cámbialo a vswr(S[1,1]).
Con solo este cambio es posible convertir a un gráfico de VSWR. En comparación con la visualización de pérdida de retorno, el gráfico de VSWR hace que el rango de resonancia de la antena sea visualmente más fácil de ver.
Este artículo ha introducido desde los principios básicos de VSWR y su método de cálculo hasta el proceso de mostrar gráficos de VSWR usando QucsStudio. VSWR es un indicador esencial para evaluar el estado de adaptación de impedancia de una antena y optimizar el rendimiento de los sistemas de comunicación. Esperamos que esta guía te ayude a profundizar tu comprensión de VSWR y aplicarlo en el diseño y evaluación de antenas.
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