Come misurare correttamente il VSWR/Return Loss di una rete

Per poter caratterizzare una rete a microonde occorre saper discriminare onde che viaggiano in avanti e onde che viaggiano all'indietro. Nessun dispositivo direzionale è perfetto, e questo può portare ad errori di misurazione importanti. In questo articolo vedremo che le misure del rapporto di onda stazionaria (VSWR) e dell'attenuazione da segnale di ritorno (Return Loss) possono complicarsi a causa delle prestazioni non ideali dei dispositivi direzionali usati per la rilevazione della potenza riflessa. Espressioni esplicite verranno derivate in funzione della direttività e del Return Loss. Il solo modo accurato e conveniente per effettuare misure di Return Loss è attraverso un accoppiatore o un ponte con direttività altamente direzionale e ben adattato.

Introduzione

Per cominciare, alcuni richiami nozionistici, potranno rendere la lettura a venire più semplice e comprensibile. Si supponga di avere una qualsiasi rete elettrica all'interno di una scatola nera da cui afferiscono due porte denominate 1 e 2, come riportato in figura 1. Si supponga inoltre di collegare una sorgente (S),  la quale fornisce una potenza di  ingresso Pi, alla porta 1 ed un carico (load) alla porta 2. Se l'impedenza del carico è adattata a quella della rete, allora si otterrà il massimo trasferimento di potenza (Pu) sul carico. In caso di carico disadattato invece, parte della potenza verrà riflessa all'interfaccia della porta 2, tornando indietro verso la sorgente (Pr).

Figura 1: esempio di rete elettrica con carico non adattato

Il return loss è un parametro utilizzato per quantificare l'attenuazione del segnale di ritorno e si può calcolare come:

la RL(dB) è una misura del buon adattamento di impedenza, ovvero più è alta migliore sarà l'adattamento e quindi minore sarà la potenza dell'onda riflessa.

Per effettuare le misure di potenza occorre inserire un dispositivo (coupler) all'interno dello schema, ma esso introdurrà anche un'attenuazione. Tale attenuazione viene quantificata tramite il parametro Insertion Loss, descritto come segue:

dove Pt è la potenza trasmessa sul carico prima dell'attenuazione e Po quella ricevuta dal carico dopo l'attenuazione.

Infine il Voltage Standing Wave Ratio  (VSWR) anche noto come rapporto d'onda stazionaria (ROS) è il rapporto tra il valore massimo e minimo di un'onda stazionaria. Questo parametro può essere utilizzato come alternativa lineare al RL(dB) poiché anch'esso misura la bontà di un adattamento: maggiore è il VSWR, peggiore sarà l'adattamento, di contro il valore minimo 1 indica il perfetto adattamento. [...]

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  1. Andrea Salvatori IU6FZL Andrea Salvatori IU6FZL 16 ottobre 2018

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