Do Básico do VSWR à Avaliação de Desempenho da Antena
O VSWR é um indicador importante no design e na avaliação de antenas e linhas de transmissão de alta frequência. Neste artigo, explicamos o conceito de VSWR, suas formas de medição e o procedimento para exibir o gráfico de VSWR a partir dos parâmetros S de uma antena utilizando o QucsStudio.
O que é o VSWR?
O VSWR (Voltage Standing Wave Ratio, Relação de Onda Estacionária de Tensão) representa a proporção entre os valores máximos e mínimos de amplitude de ondas estacionárias que surgem quando sinais de alta frequência passam por uma linha de transmissão e são parcialmente refletidos. Idealmente, um valor de VSWR de 1 indica uma correspondência de impedância perfeita entre a linha de transmissão e a carga. Quanto maior o valor de VSWR, pior é a correspondência, o que leva a um aumento nas reflexões e pode prejudicar a qualidade da comunicação.
Medição e Cálculo do VSWR
A medição do VSWR é feita usando um acoplador direcional para diferenciar as ondas incidentes e refletidas. O cálculo do VSWR é então realizado usando um medidor de VSWR dedicado ou um analisador de rede, que mede as amplitudes das ondas incidentes e refletidas, e utiliza a seguinte fórmula para calcular o VSWR:
Aqui, Γ (Gama) representa o coeficiente de reflexão. Um valor absoluto menor de Γ indica uma melhor correspondência de impedância.
Importância do VSWR
Quando o valor de VSWR é próximo de 1, indicando uma correspondência de impedância ideal, quase toda a potência fornecida é utilizada pela antena. Isso significa que o sistema está atingindo alta eficiência de transmissão e sensibilidade de recepção, otimizando assim a qualidade e o alcance da comunicação. Por outro lado, um valor alto de VSWR indica uma má correspondência, resultando na reflexão e perda de parte da potência fornecida, o que reduz o desempenho do sistema de antena.
VSWR e Perda de Retorno
Outro indicador relacionado ao VSWR é a Perda de Retorno, que indica a quantidade de potência fornecida à linha de transmissão que é consumida pela carga sem ser refletida, normalmente expressa em decibéis (dB). Quanto maior a Perda de Retorno, menor é a reflexão e melhor é a correspondência. A Perda de Retorno é calculada pela seguinte fórmula:
Perda de Retorno = -20 log10 |Γ|
VSWR e Perda de Retorno são indicadores complementares usados para avaliar a correspondência de impedância de uma linha de transmissão.
Como Exibir Gráficos de VSWR Usando o QucsStudio
O QucsStudio é uma ferramenta de software para design e simulação de circuitos eletrônicos. Ele pode medir os parâmetros S (parâmetros de espalhamento) de antenas e outros componentes de alta frequência, e exibir o gráfico de VSWR com base nesses parâmetros.
A seguir, explicamos como exibir o gráfico de parâmetros S no QucsStudio. Para este artigo, utilizaremos uma antena chip de banda 2.4GHz da JOHANSON, 2450AT07A0100001T. Os parâmetros S podem ser baixados no site da fabricante.
- Abrir o QucsStudio: Inicie o QucsStudio e crie um novo projeto.
- Importar o arquivo de parâmetros S: Vá para a aba “Components” na visualização do “Project” e selecione “s-parameter file” em “system components”. Coloque o componente “s-parameter file” no diagrama, clique duas vezes para abrir a janela de propriedades, defina o número de portas e selecione o arquivo de parâmetros S nas propriedades “File”.
- Executar a simulação: Adicione uma fonte de alimentação e execute a simulação de parâmetros S.
- Criar o gráfico: No menu “Insert”, selecione “Diagram” e adicione um diagrama cartesiano ao projeto. Acesse as configurações do diagrama, vá para a aba “Data” e selecione os dados de Perda de Retorno dB(S[1,1]) para criar o gráfico (isso pode ser feito automaticamente após a execução da simulação).
O gráfico exibido mostra a Perda de Retorno. Embora ele indique pouca reflexão entre 2,4 e 2,5 GHz, é difícil julgar visualmente, então alteramos o gráfico para VSWR.
Clique duas vezes no gráfico para exibir as propriedades. Selecione o gráfico dB(S[1,1]) e substitua por vswr(S[1,1]).
Isso é tudo o que é necessário para converter o gráfico para VSWR. Em comparação com a exibição de Perda de Retorno, o gráfico de VSWR torna a faixa de ressonância da antena mais visível visualmente.
Neste artigo, apresentamos desde os princípios básicos do VSWR, seu método de cálculo, até o processo para exibir o gráfico de VSWR a partir dos parâmetros S de uma antena no QucsStudio. O VSWR é um indicador indispensável para avaliar o estado de correspondência de impedância de uma antena e otimizar o desempenho do sistema de comunicação. Esperamos que, com este guia, você compreenda melhor o VSWR e possa utilizá-lo na concepção e avaliação de antenas.
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