O que é VSWR?

Postado por leopedrini terça-feira, 14 de dezembro de 2010 07:40:00 Categories: Curso
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Todo mundo pelo menos já ouviu falar. Muitos sabem que uma medida de VSWR ruim afeta a Performance da Rede. Mas e você: sabe o que significa isso, e porque precisamos saber como usar essas medidas?

 

 

Hoje vamos tentar ver de uma forma bem simples o que é VSWR.

 

VSWR

Para entendermos o que é VSWR, vamos antes relembrar um pouquinho sobre propagação de sinal em sistemas de rádio frequência.

De forma simplificada, os sinais de radio frequência são conduzidos por cabos elétricos entre os transmissores/receptores até as suas respectivas antenas.

 

Pela sua definição, VSWR ou Voltage Standing Wave Ratio é uma taxa da amplitude máxima de tensão sobre a amplitude mínima de tensão. Não ajuda muito, não é mesmo?

Tudo bem, vamos tentar ver como isso se relaciona...

Em sistemas de radio frequência a impedância característica é um dos fatores mais importantes a serem considerados. No nosso caso esse fator típico é de 50 Ohms. Este é um parâmetro construtivo, ou seja, é determinado pelas caracteríticas de sua construção. No caso de um cabo por exemplo, depende das dimensões dos condutores interno e externo, e também pelo tipo de isolação existente entre eles. Todos os componentes de um enlace – cabos, conectores, antenas – são construídos de forma a terem a mesma impedância.

Quando inserímos um elemento no nosso sistema, temos o que chamamos de perda de inserção, que pode ser entendido como aquilo que é perdido, levando-se em conta o que entrou e o que efetivamente saiu.

E essa perda se dá de duas formas – por Atenuação – principalmente nos cabos - e por Reflexão.

Quanto à Atenuação ao longo dos cabos, não há muito o que possamos fazer. Parte do sinal é perdido ao longo do cabo pela geração de calor e também pela irradiação indesejada para fora do cabo. Esta perda é característica do mesmo, e definida em termos de dB por unidade de comprimento - quanto maior o tamanho do cabo, maior será a perda. Essa atenuação aumenta também com o aumento da temperatura e da frequência. Infelizmente, esses fatores também não estão muito ao alcance do nosso controle, já que a frequência já está pré-definida pelo sistema que usamos, e a temperatura estará exposta as variações climáticas dos locais onde o cabo passar.

O máximo que podemos fazer é tentar usar cabos com menor atenuação, ou seja, cabos com materiais de qualidade utilizados em sua construção dos condutores interno, externo e do isolante dielétrico. Por regra geral, quanto maior o diâmetro do cabo, menor a sua atenuação. Os valores típicos de diâmetros são de 1/2", 7/8" e 1 5/8".

A escolha do cabo coaxial para o sistema é um processo que exige uma análise bem abrangente, levando-se em conta as suas características (mais maleável, etc...) e os custos das ínumeras opções de cabos existentes, além do comprimento do cabo necessário – e a consequente perda que o mesmo vai introduzir, o carregamento da torre ou suportes onde os cabos serão afixados, entre outros.

 

Mas a outra forma de perda que podemos ter no nosso sistema, e que pode ser um pouco mais controlada é a perda por Reflexão, ou seja, perda de parte do sinal, que acaba retornando, perdido, pela extremidade onde foi injetado. Por esse motivo chamamos de Perda de Retorno.

Se houver qualquer problema no meio entre o transmissor/receptor e as antenas - como por exemplo uma dobra ou infiltração de água - o meio acaba com descasamento de impedância. E aí, parte do sinal que idealmente deveria sair pela antena, acaba retornando refletido!

Falando em termos de casamento das impedâncias, se o valor de X, Y e Z forem iguais, temos o seguinte.

Já com valores próximos do real, impedâncias não casadas, temos o seguinte.

 

Se considerarmos uma linha de transmissão ideal, o VSWR seria de 1:1, ou seja, toda a potência chegaria ao seu destino, com nenhuma reflexão (nada perdido).

 

E no pior meio de transmissão do mundo, teríamos o VSWR infinito, ou seja, toda a potência seria refletida (perdida).

 

 

Na prática

É claro que não existe um sistema ideal, nem um que seja o pior do mundo. O que ocorre é que existem valores máximos de VSWR que cada aplicação pode aceitar. O valor típico no nosso caso é 1.5:1.

Então, quais são os problemas que podemos de um VSWR ruim (muito grande)? Além da potência efetivamente irradiada ser bem menor que a que deveria ser, pode também ocorrer a queima dos componentes eletrônicos que não tiverem proteção para esse sinal refletido indesejado.

Então, como recomendações básicas:

  • Evitar dobrar os cabos ao máximo – fazer curvas o mais suave possível - e Apertar bem os conectores: isolando o sistema para que não sofra problemas como infiltração de água ou poeira.
    • Além disso, os conectores e cabos devem ser feitos por profissionais, e utilizando equipamentos profissionais. Não adianta nada apertar um conector mal feito.
  • Usar sempre componentes da melhor qualidade possível: nenhum equipamento é perfeito, e até mesmo nos processos de produção surgem pequenas falhas. A qualidade do material, e do processo de produção dos elementos é primordial para que se consiga uma melhor qualidade de sinal.
  • Verificar que todos os elementos do sistema tenham a mesma impedância.

 

 

Tabelas e Gráficos

Não é o objetivo aqui explicar o que são as ondas estacionárias, pois o entendimento requer bastante teoria de ondas, mas uma forma simples e muito interessante de você ver – e entender – como essas ondas são formadas é mostrada no site bessernet.com. Não deixe de visitar o link abaixo. Digite um valor de perda de retorno, tecle enter, e confira!

http://www.bessernet.com/Ereflecto/tutorialFrameset.htm

 

As grandezas de de reflexão VSWR, Perda de Retorno dB e Potência Refletida % são relacionadas, e uma pode ser convertida na outra, usando as fórmulas ou tabelas abaixo.

Para a onda estacionária:

 

 

E para as potências transmitidas e refletidas:

 

 

Com alguns valures tabulados temos a tabela abaixo.

 

Aqui vem uma boa dica: Entenda a perda de retorno como 'O quanto mais fraco, em dB, está o sinal refletido indesejado, comparado com o sinal transmitido?'

No caso de 1.5:1, a energia é 14 db abaixo do valor original, ou 4% foi perdido. Veja que um VSWR de 1.9:1 praticamente 10% da energia é perdida!

 

Conclusão

Para concluir, podemos entender o VSWR então como um indicador do sinal refletido de volta ao transmissor de rádio frequência, sempre tendo o valor 1 no denominador. E quanto menor esse indicador, melhor!

Dessa forma: um sistema de rádio frequência com VSWR 1.4:1 é Melhor do que outro com 1.5:1!

E outro com VSWR 1:1 teria um casamento de impedância perfeito. Em outras palavras, só ocorre na teoria.

Para terminar, o VSWR em um sistema de rádio frequência pode ser medido através de equipamentos específicos.

Um deles, e bem conhecido, é o Site Master. Com o modo "Distance-To-Fault" é possível identificar a localização de problemas em um sistema danificado.