VSWR và tổn hao phản xạ: giá trị tham chiếu thực tế và cách quy đổi

VSWR và tổn hao phản xạ mô tả cùng một điều theo hai cách: bao nhiêu tín hiệu bị dội lại tại chỗ trở kháng không phối hợp. Bảng dữ liệu thường chỉ nêu một trong hai nên bạn hay phải quy đổi. Hướng dẫn này đưa ra các công thức, bảng quy đổi, một ví dụ tính toán và các giá trị tham chiếu thường gặp trong thực tế.

1. Định nghĩa và công thức

• Hệ số phản xạ Γ = (ZL − Z0) / (ZL + Z0), trong đó Z0 là trở kháng tham chiếu (thường là 50 Ω) và ZL là tải.
• VSWR = (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|), và ngược lại |Γ| = (VSWR − 1) / (VSWR + 1).
• Tổn hao phản xạ RL = −20·log₁₀|Γ| (dB). Được viết là số dương, giá trị càng lớn thì phản xạ càng ít. S11 (dB) = −RL.
• Tỷ lệ công suất phản xạ = |Γ|². Tổn hao không phối hợp = −10·log₁₀(1 − |Γ|²) (dB).

2. Bảng quy đổi

(Máy tính: VSWR ↔ tổn hao phản xạ ↔ hệ số phản xạ)

3. Ví dụ tính toán: tải 75 Ω trên hệ 50 Ω

Γ = (75 − 50) / (75 + 50) = 0.2. VSWR = 1.2 / 0.8 = 1.5 và RL = −20·log₁₀(0.2) = 13.98 dB, xấp xỉ 14 dB. Công suất phản xạ là 0.2² = 4% và tổn hao không phối hợp là −10·log₁₀(1 − 0.04) = 0.18 dB.

Xét theo công suất: máy phát 10 W cấp cho anten có VSWR 2:1 sẽ phản xạ 10 × 0.111 = 1.11 W, và 8.89 W đến được anten. Tổn hao là 10·log₁₀(8.89 / 10) = −0.51 dB, đúng bằng tổn hao không phối hợp trong bảng.

4. Các giá trị tham chiếu dùng trong thực tế

• VSWR 2:1 (RL khoảng 9.5 dB) thường được nêu là giới hạn chấp nhận được trong thông số anten. Khoảng 11% công suất bị phản xạ và tổn hao khoảng 0.5 dB.
• VSWR 1.5:1 (RL khoảng 14 dB) phổ biến trong các thông số chặt chẽ hơn.
• Dưới VSWR 1.22 (RL 20 dB), chỉ còn khoảng 1% bị phản xạ nên cải thiện thêm chỉ giảm tổn hao chưa đến 0.05 dB. Hiệu quả thu được giảm dần.
• Các giá trị này là quy ước thiết kế, không phải giới hạn do một tiêu chuẩn EMC như CISPR đặt ra. Hãy theo yêu cầu trong thông số kỹ thuật của sản phẩm hoặc anten và kế hoạch thử nghiệm của bạn.

5. Tổn hao cáp che giấu sự không phối hợp

Tổn hao phản xạ đo tại đầu vào cáp bằng RL của chính anten cộng hai lần tổn hao cáp (tín hiệu đi và về). Nếu anten có RL 6 dB (VSWR 3.0) và bạn đo qua cáp 3 dB, bạn sẽ thấy 6 + 2×3 = 12 dB, tức VSWR khoảng 1.67. Hãy đo tại đầu nối anten hoặc hiệu chỉnh tổn hao cáp trước khi đánh giá.

Sự không phối hợp cũng xuất hiện trong độ không đảm bảo đo. Nếu hệ số phản xạ ở hai phía là |Γ1| và |Γ2|, sai số do không phối hợp nằm trong khoảng 20·log₁₀(1 ± |Γ1|·|Γ2|) dB. Chẳng hạn, nối VSWR 1.5 (|Γ| = 0.2) với VSWR 1.22 (|Γ| = 0.1) cho tích bằng 0.02, nên sai số nằm giữa +0.17 dB và −0.18 dB. Cách đưa giá trị này vào bảng tính độ không đảm bảo đo tuân theo tiêu chuẩn liên quan và phương pháp của phòng thử nghiệm. (Máy tính: độ không đảm bảo đo tổng hợp)

6. Những lỗi thường gặp

• Dấu: RL thường được viết là số dương (10 dB) còn S11 là số âm (−10 dB). Giá trị là như nhau, chỉ khác dấu.
• Đọc tổn hao không phối hợp thành tổn hao phản xạ: tổn hao phản xạ 10 dB tương ứng với tổn hao không phối hợp chỉ 0.46 dB.
• Chỉ nhìn một tần số: thông số phải được đáp ứng trên toàn băng tần hoạt động, vì vậy hãy kiểm tra giá trị xấu nhất trong băng.
• VSWR không thể nhỏ hơn 1. Nếu nhận được giá trị dưới 1, hãy kiểm tra dữ liệu đầu vào hoặc đơn vị.

7. Cần kiểm tra gì khi nhận được một giá trị

• Xác nhận con số đó là VSWR hay RL, và dùng quy ước dấu nào.
• Xác nhận mặt phẳng tham chiếu là đầu nối anten hay đầu cuối của cáp.
• Dùng bảng hoặc máy tính để tìm công suất phản xạ và tổn hao không phối hợp, rồi quyết định có đưa chúng vào ngân sách đường truyền hay không.
• So với thông số bằng giá trị xấu nhất trên toàn băng tần hoạt động.