الفيزياء

نسبة الموجة الثابتة

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

عندما نتحرّك على طول خطّ الإرسال من طرفٍ إلى طرفٍ آخر، يمكننا قياسُ التيّار والفولطية عند نقاطٍ متنوّعة.

نستطيع بعدَها حسابَ نسبةِ الفولطية الأعظميّة إلى الفولطية الأصغريّة لنحصلَ على مقدارٍ يُدعى بـ نسبة موجة الفولطية الثابتة (VSWR).

يمكننا أيضاً حسابُ نسبةِ شدّة التيّار الأعظميّة إلى شدّة التيّار الأصغريّة فنحصلَ على مقدارٍ آخَر يُدعى نسبةَ موجة التيّار الثابتة (ISWR).

لدينا نظريّاً VSWR=ISWR بقطع النظر عن ممانعة الخطّ التخصصية، وبغضّ النظر عن مدى حدّة عدم مطابقة الممانعة بين الخطّ والحِمْل. لهذا، يدعو المهندسون عموماً هذا المقدارَ بـنسبة الموجة الثابتة (SWR)

تُساوي نسبةُ الـ (SWR) (Standing Wave Radio) من أجل أيّ خطّ إرسال RF – سواء أكان عديم الهدر(الحالة المثاليّة) أم لا (حالة العالَم الحقيقي)- القيمةَ 1:1 إذا وفقط إذا بقيت نسبةُ الفولطية إلى التيّار نفسَها عند أيّ نقطة على طول الخطّ.

عندما تُساوي نسبةُ الـ SWR قيمةَ 1:1 فإن خطَّ الإرسال يشتغل بأحسن فعاليّةٍ ممكنة. لا يمكن وجودُ هذه الحالة الأمثليّة من الأوضاع إلاّ إذا أنهَينا خطَّ الإرسال بحِملِ مقاومةٍ صرفة تساوي قيمتُها الأوميّةُ ممانَعةَ الخطِّ التخصصية، بحيث تساوي نسبةُ فولطيةُ الـ RF إلى تيّار الـ RF قيمةَ Z0 عند كلّ نقطة على طول الخطّ من المذياع إلى الهوائيّ.

 

يندر أن نلاقيَ في الأوضاع العمليّة قيمةَ 1:1 للـ SWR على خطّ إرسال. في الحقيقة، يجب أن نتوقّع ملاحظةَ قيمٍ للـ SWR عاليةٍ لغايةِ 1.5:1 أو حتى 2:1. وبينما قد تبدو مستوياتُ عدمِ المُطابقةِ هذه عاليةً وحادّةً للوهلة الأولى، فإنها قلّما تُسبِّب أذى.

ولكن بمجرّد تجاوزنا للنسبة 2:1، يبدأ أداءُ الخطّ يسوء. إذا بلغت نسبةُ الـ SWR قيمةَ 3:1 أو أعلى، أمكن حدوث مشاكِل حقيقيّة. يمكن لقيمةٍ مُفرطةٍ وعاليةٍ جداً للـ SWR أن تتسبّب بهدر كبيرٍ لقدرةالإشارة، علاوةً على الهدر المتأصِّل في الخطّ الذي يحدث تحت شروطِ المُطابقة الكامِلة في الممانعة.

يُدعى الهدر الإضافيّ هذا بــهدر الـ SWR، أو بـهدر عدم مُطابقة الممانعة، أو هدر عدم مُطابقة خطّ التغذية. يمكننا أن نعبِّر عن هدر الـ SWR   وأن نحسبَه  ونقيسَه بالديسيبل (Db)، تماماً كما نفعل مع الاكتساب أو الهدر في أيّ شكلٍ آخر.

يعطي الشكلُ 12-16 تخطيطيّاً قيماً تقريبيّةً لهدر عدم مطابقة خطّ التغذية في خطوط الإرسال ذات التردّد RF من أجل قيمٍ متنوّعة لهدر الـ SWR ولهدر الخطّ المُطابَق.

يشتقّ المهندسون مخطّطاتٍ من مثل هذا النوع عبر إجراء الآلاف من التجارب المختبريّة المتضمِّنة لخطوطِ إرسالٍ مادية، ولمولِّداتِ إشارةِ RF، ولأجهزةِ قياسٍ مُعقَّدةٍ للقدرة بالتردّد RF.

 

إذا اشتغل خطُّ الإرسال بنسبة SWR عاليةٍ، واقتربت قدرةالخرجِ للمُرسِل من القيمة التقديريّة الأعظميّة للخطّ، أمكن لشدّات التيّار والفولطيات الذرويّة أن تؤذيَ الخطّ. إذا غدت شدّةُ التيّار عاليةً جداً فإن النواقِل سوف تسخن بإفراط بشكلٍ يمكن أن يصهر العازِلَ الكهربائي ويتسبّب بقصْرٍ للدارة في نقطةٍ أو عدّة نقاط.

إذا أضحت الفولطيةُ عاليةً جداً أمكن حدوثُ قوسٍ – يُعرَف أحياناً باسم ومضة فوقيّة  (Flashover)– عبر العازِل الكهربائي متسبِّبةً بضررٍ دائمٍ له.

ولهذا السبب، يَستخدِم المهندسون المشتغلون بالتردّد RF خطوطَ إرسالٍ قادِرةً على التعامُل مع استطاعاتٍ أكبر بكثير ممّا يتعاملون معه في الشروط الطبيعيّة.

تسمح هذه الممارسةُ بوجود "دارئ أمان" يُنقِص خطرَ الضرر لخطّ الإرسال في حالة حدوث شيءٍ خاطئٍ في الهوائيّ يتسبّب برفع قيمة الـ SWR

 

 

ألا تزال تكافح؟

يُمثِّل التغيُّر بمقدار زائد أو ناقص ديسيبل واحد (±1 dB) أصغرَ زيادةٍ أو نقصانٍ مفاجئ في شدّة الإشارة المُستقبَلة، يمكن للمستمع التقاطه في حال كان يستبق هذا التغيُّر.

إذا لم يكن المستمِع يتوقّع تغيُّراً ما، فإن أصغرَ تغيُرٍ مفاجئ يمكنه التقاطه يساوي تقريباً ±3 dB، بما يساوي زيادةً أو نقصاناً بمقدار 50% في قدرة الإشارة.

 

– مسألة 12-10 :

تخيّل أن قيمة الهدر في خطِّ إرسال تبلغ 3dB عندما يكون مُطابَقاً (في ممانعته) بشكل كامِل (أي عندما SWR=1:1). يتغيّر الوضع بحيث تصبح نسبةُ الـ SWR مساويةً لـ 7:1. ما مقدار الهدر الإضافيّ الذي يتسبّب به عدمُ المُطابقة هذا؟ ما مقدار الهدر الإجمالي في الخطّ عندما تكون نسبةُ الـ SWR مساوية لـ 7:1؟

الحلّ: 

عُد الى الشكل 12-16، وحدِّد النقطةَ الموافقة لـ 3dB على المحور الأفقي. سِر إلى الأعلى حتى تلاقي المنحني الموافِق لـنسبةِ SWR مساوية لـ 7:1.

سِر بعدها أفقيّاً نحو اليسار إلى أن تلاقي المحور الشاقولي. اقرأ هدر الـ SWR من المقياس الشاقولي، لتجدَه في حالتنا مساوياً تقريباً لـ 2dB. من أجل ذلك يساوي الهدر الإجمالي في الخطّ قيمةَ 3dB (الهدر تحت شروط المُطابَقة المثاليّة) مجموعاً لها القيمة 2dB (هدر الـ SWR)، مّما يعطي القيمةَ الإجمالية 5dB.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق