¿Podemos medir la potencia reflejada en una línea de transmisión?

La energía reflejada por una terminación de línea no coincidente puede separarse por completo de la onda que viaja hacia adelante y luego disiparse en una resistencia calibrada en temperatura y medirse con precisión como calor I^2R.

Esto es más o menos correcto, con un par de advertencias.

En primer lugar, es posible separar en su mayor parte, pero no por completo, la onda reflejada. Esto se hace un acoplador direccional . Los acopladores direccionales prácticos tienen un error de aislamiento , lo que hace que aparezca una pequeña porción de la señal de entrada en el puerto de medición, además de la señal reflejada que se pretende medir.

En segundo lugar, la medición no suele realizarse calentando un elemento resistivo. Esto se puede hacer y se llama sensor de potencia bolométrica . Sin embargo, en mi experiencia, es más común usar un detector de rf basado en un diodo. La respuesta no lineal del diodo convierte parte de la energía de radiofrecuencia en un voltaje de CC, que se lee con un voltímetro.

Los sensores bolométricos pueden usarse para condiciones de muy alta potencia, o cuando se requiere calibración a un estándar no eléctrico (por ejemplo, un termómetro).

Editar Respondiendo a su comentario, "el generador suministra solo la potencia real que se transmite a la carga".

Esto depende mucho de los detalles del generador. Hace referencia a un libro blanco que sugiere el siguiente escenario:

Suponga que una línea sin pérdidas termina en un circuito abierto puro, y suponga que la línea tiene exactamente una longitud de onda en la frecuencia de operación. En este caso, la corriente en el generador será cero, por lo que la corriente en su impedancia interna será cero, por lo que no se disipará potencia en él.

Esto es correcto si el generador es en realidad una fuente de voltaje perfecta con una resistencia en serie de 50 ohmios. Pero un generador de sobremesa real puede contener otros circuitos como un circuito de nivelación o un monitor de potencia entre el generador real y el puerto del panel frontal. Además, rara vez conoce la longitud real de la línea a la carga; tal vez haya alguna línea de transmisión interna entre la fuente real y su puerto del panel frontal. Si no sabe que ha ajustado perfectamente la longitud de la línea de transmisión, entonces la potencia reflejada es la potencia que debe estar preparado para absorber en el generador, incluso si no tiene que absorber tanto en todos los casos.

Además, el caso de una terminación de circuito abierto y una línea de media longitud de onda significa que el generador ve una carga efectiva de circuito abierto (es por eso que la corriente es 0). Pero no todos los tipos de generadores están diseñados para funcionar correctamente con una carga de circuito abierto. Un circuito práctico podría terminar demandando más potencia de otros elementos dentro de él, o generando más contenido armónico cuando se termina incorrectamente. Esto aún podría dañar el generador incluso si la vista de los componentes ideales del circuito dice que no hay transferencia de energía en la onda estacionaria.

Finalmente, si insertó un acoplador direccional en este escenario, transferiría energía a través del puerto acoplado y hacia lo que sea que termine ese puerto (suponiendo que no sea un perfecto abierto o corto). Esto significa que habría "separado las ondas directa e inversa" como lo sugirió el autor que citó, aunque lo hizo en un sistema que no estaba transfiriendo energía antes de insertar el acoplador direccional.

Sí tu puedes. Se pueden fabricar medidores de ROE y la forma tradicional en que los radioaficionados lo hacen es insertando dos tramos de alambre de cobre esmaltado entre la trenza y el aislamiento del conductor de un tramo de cable coaxial. Estos cables se terminan en un extremo y se coloca un detector de picos en el extremo opuesto.

Es más probable que las unidades comerciales utilicen una placa de circuito impreso cuidadosamente fabricada.

No hay nada malo con el método descrito en el libro, aunque solo funcionaría bien para potencias relativamente altas.

Podría decirse que el instrumento más utilizado en la ingeniería de antenas/RF es un analizador de red vectorial que puede medir con precisión la potencia reflejada hasta una fracción de mW. Por ejemplo, un método simple de sintonizar un monopolo se logra conectando la antena (un poco más larga que 1/4 de longitud de onda) al VNA y midiendo la potencia reflejada. Siga recortando la antena hasta que se minimice la potencia reflejada (debería decir coeficiente reflejado, es decir, potencia reflejada normalizada). http://en.wikipedia.org/wiki/Vector_network_analyzer#VNA

Hay una serie de dispositivos de RF (acopladores direccionales, aisladores, etc.) que discriminan las ondas en función de la dirección de propagación. Por supuesto, nada es perfecto, pero es bastante común ver 20-30 dB de aislamiento.

MikeJ-UK tiene toda la razón: funciona y funciona con una señal de onda sinusoidal continua. Si tiene la intención de comprender la teoría, hay un artículo decente llamado "Análisis de un vatímetro portátil por Frederick Glenn, K9SO". Aquí hay un enlace a su sitio web. Cubre toda la información necesaria para comprender la teoría del medidor SWR.

En primer lugar, me gustaría agradecer a todos los que contribuyeron con la pregunta, en particular a The Photon, que me guió a los artículos que dieron una solución al problema.

Aquí está mi opinión sobre la idea de ondas reflejadas y directas en un alimentador desde un generador de rf hasta una carga.

Usaré "c" para la velocidad de las ondas electromagnéticas a lo largo del alimentador.

Creo que la clave para reconciliar los puntos de vista aparentemente diferentes sobre esto es considerar lo que sucede cuando el transmisor aplica inicialmente una onda sinusoidal al alimentador. El frente viaja por la línea en c, con voltaje y corriente en fase. Lo que suceda a continuación depende de la terminación de la línea. Si es la impedancia característica (resistiva) Z0 de la línea, entonces no hay cambio de fase, y la energía transportada por la línea se disipa como calor o se irradia desde la antena (¿o un poco de ambos?) y esta situación continúa indefinidamente. .

Si la línea no termina en Z0, entonces hay un cambio de fase debido a este desajuste, y el efecto de esto viaja de regreso en c como el frente de una onda reflejada inversa. Hasta que este frente llega al transmisor, la energía aún se envía al alimentador como una onda sinusoidal con voltaje y corriente en fase.

Cuando este frente de retorno llega al transmisor, la impedancia de línea ya no se ve como Z0 debido a este cambio de fase. Por lo tanto, hay una reflexión adicional hacia abajo en el alimentador, que se refleja nuevamente en la carga, y así sucesivamente. Esto finalmente da como resultado un estado estable, con un flujo de energía reducido hacia la carga y (en principio) un número infinito de ondas que viajan en sentido contrario. El único efecto observable de esta suma de ondas directas y reflejadas es cambiar la impedancia de entrada de la línea. El proceso se analiza y explica en: http://www.qsl.net/zl1an/Downloads/Bruene_explanation_V13.pdf . En general, este es un artículo excelente, bastante matemático, que disipa muchos de los mitos y conceptos erróneos comunes sobre este tema.

Para citar de este artículo, para una línea normal, inevitablemente con pérdidas, "Esta derivación muestra que las ondas directas y reflejadas "estándar" tardan un tiempo finito, aunque pequeño, en formarse, ya que la energía tiene que viajar arriba y abajo de la línea para crear Sin embargo, este proceso puede considerarse bastante "instantáneo" en hf, ya que normalmente se viaja un máximo de 10 o más longitudes de línea antes de que las contribuciones se vuelvan extremadamente pequeñas: alrededor de medio microsegundo en un típico 10 metros longitud de cable coaxial que tiene un factor de velocidad del 66%".

En el estado estacionario resultante, no fluye más energía en la dirección inversa, desde la carga hasta el transmisor. Si pensamos que hay una onda reflejada, podemos decir que la energía que transporta se resta de la energía directa que habría fluido, si la línea terminara en Z0, para dar el flujo neto, que siempre es del transmisor al carga. El transmisor nunca envía más que la diferencia entre las potencias directa y reflejada teóricas.

El estado estacionario tiene una onda estacionaria establecida en el alimentador, gobernada por la situación en el extremo de la carga. Lo que ve el transmisor está determinado por la longitud del alimentador y depende de la relación de fase en ese punto. En un nodo de voltaje, el voltaje es alto y la corriente es baja, y el transmisor ve la línea como una impedancia alta. En un antinodo de voltaje es lo contrario, bajo voltaje y alta corriente, por lo que la línea se ve como una baja impedancia. Notamos que la onda estacionaria tiene valores promedio, generalmente rms.

La onda estacionaria se puede resolver matemáticamente en componentes directos y reflejados, también en forma de ondas. En el componente directo, el voltaje y la corriente están en fase, y en el componente inverso están desfasados ​​180 grados.

La corriente en la onda de rf que viaja hacia adelante se puede analizar usando fasores, en dos componentes, esa parte (hacia adelante) en fase con el voltaje y esa parte (reflejada) desfasada 180°. Al muestrear estas corrientes, se pueden medir como voltajes y se puede hacer un cálculo del flujo de energía, es decir, potencias directas y reflejadas, que se pueden mostrar en medidores de bobina móvil con escalas calibradas adecuadas. Para usar medidores de CC para medir los voltajes de rf, los diodos rectificadores se encuentran comúnmente en los medidores SWR, nada que ver con la separación de los componentes directos y reflejados. Hay una serie de advertencias para el cálculo de la potencia, pero a todos los efectos prácticos es lo suficientemente cerca.

Para ir más allá, para un enfoque menos matemático, lo remito a este artículo de Bruene, que lo explica muy bien usando fasores gráficos: http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-diklat/teknik/arrl/ usando-equipo/5904024.pdf

Nota: Mis referencias funcionaron el 23 de mayo de 2013. Descubrí que algunas otras referencias a estos artículos ya no son válidas.