อ่าน 4 นาที
สัมประสิทธิ์การสะท้อน
ใน วิชาฟิสิกส์ และ วิศวกรรมไฟฟ้า สัมประสิทธิ์ การสะท้อน เป็นพารามิเตอร์ที่อธิบายว่าคลื่นสะท้อนกลับมากน้อยเพียงใดจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในตัวกลางการส่งผ่าน...
สัมประสิทธิ์การสะท้อน
ในวิชาฟิสิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเป็นพารามิเตอร์ที่อธิบายว่าคลื่นสะท้อนกลับมากน้อยเพียงใดจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในตัวกลางการส่งผ่าน โดยมีค่าเท่ากับอัตราส่วนของแอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนต่อคลื่นตกกระทบ โดยแต่ละค่าแสดงในรูปของเฟเซอร์ตัวอย่างเช่น ใช้ในทัศนศาสตร์เพื่อคำนวณปริมาณแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวที่มีดัชนีหักเหต่างกัน เช่น พื้นผิวกระจก หรือในสายส่ง ไฟฟ้า เพื่อคำนวณว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสะท้อนกลับมากน้อยเพียงใดจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน สัมประสิทธิ์การสะท้อนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน บางครั้ง ค่าการสะท้อนของระบบก็เรียกว่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเช่นกัน

แต่ละสาขาวิชามีวิธีการนำคำนี้ไปใช้ที่แตกต่างกัน
สายส่งไฟฟ้า
ใน ทฤษฎี โทรคมนาคมและสายส่ง ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนคืออัตราส่วนของ แอมพลิ จูดเชิงซ้อนของคลื่นสะท้อนต่อแอมพลิจูดเชิงซ้อนของคลื่นตกกระทบ แรงดันและกระแส ณ จุดใดๆ ตามแนวสายส่งสามารถแยกออกเป็นคลื่นเดินทางไปข้างหน้าและคลื่นสะท้อนได้เสมอ โดยกำหนดอิมพีแดนซ์อ้างอิงZ₀ ไว้ อิ มพีแดนซ์อ้างอิงที่ใช้โดยทั่วไปคืออิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่งที่เกี่ยวข้อง แต่เราสามารถพูดถึงค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนได้โดยไม่ต้องมีสายส่งจริง ในแง่ของคลื่นเดินทางไปข้างหน้าและคลื่นสะท้อนที่กำหนดโดยแรงดันและกระแส ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนเชิงซ้อนของแรงดันของคลื่นสะท้อน ( ) ต่อแรงดันของคลื่นตกกระทบ ( ) โดยทั่วไปจะแสดงด้วย ( แกมมาตัวใหญ่) และสามารถเขียนได้ดังนี้:
นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดได้โดยใช้กระแสที่เกี่ยวข้องกับคลื่นสะท้อนและคลื่นส่ง แต่ต้องเพิ่มเครื่องหมายลบเพื่ออธิบายทิศทางตรงกันข้ามของกระแสทั้งสอง:
สัมประสิทธิ์การสะท้อนอาจถูกกำหนดโดยใช้คู่ปริมาณสนามหรือวงจร อื่นๆ ซึ่งผลคูณจะกำหนดกำลังที่สามารถแยกออกเป็นคลื่นไปข้างหน้าและคลื่นย้อนกลับได้ สำหรับคลื่นระนาบแม่เหล็กไฟฟ้า จะใช้อัตราส่วนของสนามไฟฟ้าของคลื่นสะท้อนต่อสนามไฟฟ้าของคลื่นตกกระทบ (หรือสนามแม่เหล็ก โดยใช้เครื่องหมายลบ) อัตราส่วนของสนามไฟฟ้าE ของแต่ละคลื่น ต่อสนามแม่เหล็กHคืออิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของตัวกลาง(เท่ากับอิมพีแดนซ์ของพื้นที่ว่างหากตัวกลางเป็นสุญญากาศ) [ 1 ]

ในรูปที่แสดงประกอบ แหล่งกำเนิดสัญญาณที่มีอิมพีแดนซ์ภายในซึ่งอาจตามด้วยสายส่งที่มีอิมพีแดนซ์เฉพาะจะถูกแทนด้วย ค่า เทียบเท่า Théveninซึ่งขับโหลดสำหรับอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดจริง (ความต้านทาน) ถ้าเรากำหนดโดยใช้อิมพีแดนซ์ อ้างอิง พลังงานสูงสุดของแหล่งกำเนิด จะถูกส่ง ไปยังโหลดซึ่งในกรณีนี้หมายความว่าไม่มีพลังงานสะท้อนกลับ โดยทั่วไปแล้ว กำลังสองของสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะแสดงถึงสัดส่วนของพลังงานนั้นที่สะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิด โดยพลังงานที่ส่งไปยังโหลดจริง ๆคือ
ตลอดแนวสายส่ง (ที่ไม่มีการสูญเสีย) ที่มีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะยังคงเท่าเดิม (กำลังของคลื่นส่งและคลื่นสะท้อนยังคงเท่าเดิม) แต่จะมีเฟสที่แตกต่างกัน ในกรณีที่โหลดลัดวงจร ( ) จะพบว่าที่โหลด ซึ่งหมายความว่าคลื่นสะท้อนจะมีเฟสเปลี่ยน 180° (เฟสกลับด้าน) โดยแรงดันของคลื่นทั้งสองจะตรงข้ามกัน ณ จุดนั้นและรวมกันเป็นศูนย์ (ตามที่การลัดวงจรต้องการ)
ความสัมพันธ์กับอิมพีแดนซ์โหลด
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะถูกกำหนดโดยอิมพีแดนซ์โหลดที่ปลายสายส่ง รวมถึงอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่งด้วย อิมพีแดนซ์โหลดที่ต่อกับสายส่งที่มีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะจะมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเท่ากับ
นี่คือค่าสัมประสิทธิ์ที่จุดโหลด ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนสามารถวัดได้ที่จุดอื่นๆ บนสายส่งด้วยเช่นกันขนาดของค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนในสายส่งที่ไม่มีการสูญเสียจะมีค่าคงที่ตลอดสาย (เช่นเดียวกับกำลังในคลื่นส่งและคลื่นสะท้อน) อย่างไรก็ตามเฟส ของมัน จะเปลี่ยนไปในปริมาณที่ขึ้นอยู่กับระยะทางทางไฟฟ้า จากโหลด หากวัดค่าสัมประสิทธิ์ที่จุดห่างจากโหลด 2.5 เมตร ดังนั้นระยะทางทางไฟฟ้าจากโหลดคือ10 เรเดียน ค่าสัมประสิทธิ์ที่จุดนั้นจะเป็น 100 มิลลิวินาที
โปรดทราบว่าเฟสของสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะเปลี่ยนไปเป็นสองเท่าของความยาวเฟสของสายส่งที่เชื่อมต่ออยู่ ทั้งนี้เพื่อคำนึงถึงไม่เพียงแต่ความล่าช้าของเฟสของคลื่นสะท้อนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเปลี่ยนแปลงเฟสที่เกิดขึ้นกับคลื่นส่งไปข้างหน้าด้วย โดยสัมประสิทธิ์การสะท้อนคือผลหารของค่าทั้งสองนี้ สัมประสิทธิ์การสะท้อนที่วัดได้นี้ จะสอดคล้องกับอิมพีแดนซ์ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะแตกต่างจากอิมพีแดนซ์ที่มีอยู่ทางด้านไกลของสายส่ง
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเชิงซ้อน (ในบริเวณที่สอดคล้องกับโหลดแบบพาสซีฟ) สามารถแสดงผลด้วยกราฟโดยใช้แผนภูมิสมิธแผนภูมิสมิธเป็นแผนภูมิเชิงขั้วของค่าดังนั้นขนาดของค่าจึงกำหนดโดยตรงจากระยะห่างของจุดจากจุดศูนย์กลาง (โดยขอบของแผนภูมิสมิธสอดคล้องกับค่า) การเปลี่ยนแปลงของค่าตามแนวสายส่งก็อธิบายได้ด้วยการหมุนของค่ารอบจุดศูนย์กลางของแผนภูมิเช่นกัน การใช้มาตราส่วนบนแผนภูมิสมิธ ค่าอิมพีแดนซ์ที่ได้ (ปรับให้เป็นมาตรฐานเทียบกับค่า ) สามารถอ่านได้โดยตรง ก่อนการมาถึงของคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ แผนภูมิสมิธมีประโยชน์อย่างยิ่งในฐานะ คอมพิวเตอร์แบบอนาล็อกชนิดหนึ่ง สำหรับวัตถุประสงค์นี้
กำลังสะท้อนในรูปของสัมประสิทธิ์การสะท้อนคือ:
- .
อัตราส่วนคลื่นนิ่ง
อัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) ถูกกำหนดโดยขนาดของสัมประสิทธิ์การสะท้อนเพียงอย่างเดียว:
ในสายส่งที่ไม่มีการสูญเสียซึ่งมีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะZ₀ ค่า SWR หมายถึงอัตราส่วนของค่าสูงสุดต่อค่าต่ำสุดของแรงดัน (หรือกระแส) (หรือค่าที่จะเป็นหากสายส่งยาวเพียงพอที่จะสร้างค่าเหล่านั้นได้) การคำนวณข้างต้นสมมติว่า ได้คำนวณโดยใช้Z₀เป็นอิมพีแดนซ์อ้างอิง เนื่องจากใช้เพียงขนาดของค่า SWR จึงละเลยค่าเฉพาะของอิมพีแดนซ์โหลดZL ที่เป็นสาเหตุ แต่ ใช้เพียงขนาดของความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ ที่เกิดขึ้นเท่านั้น ค่า SWR จะคงที่ไม่ว่าจะวัดที่ใดตามแนวสายส่ง (โดยมองไปยังโหลด) เนื่องจากการเพิ่มความยาวของสายส่งให้กับโหลดจะเปลี่ยนเฉพาะเฟส ไม่ใช่ขนาดของแม้ว่าจะมีความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งกับสัมประสิทธิ์การสะท้อน แต่ SWR เป็นตัวชี้วัดคุณภาพที่ใช้กันมากที่สุดในการอธิบายความไม่ตรงกันที่ส่งผลต่อเสาอากาศวิทยุหรือระบบเสาอากาศ โดยส่วนใหญ่จะวัดที่ด้านตัวส่งของสายส่ง แต่จะมีค่าเท่ากับที่วัดได้ที่เสาอากาศ (โหลด) เอง ดังที่ได้อธิบายไว้แล้ว
โครงข่ายไฟฟ้า
สายส่งเป็นตัวอย่างของเครือข่ายไฟฟ้า2 พอร์ต แต่สัมประสิทธิ์การสะท้อนมีประโยชน์ในการวิเคราะห์เครือข่ายไฟฟ้าใดๆ สัมประสิทธิ์การสะท้อนสำหรับแต่ละพอร์ตในลักษณะเดียวกับขอบเขตของสายส่ง อย่างไรก็ตาม สัมประสิทธิ์การสะท้อนจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการเชื่อมต่อที่พอร์ตอื่นๆ ด้วย ดังนั้นจึงไม่ใช่คุณสมบัติที่แท้จริงของเครือข่ายเอง สำหรับเครือข่าย 2 พอร์ตที่มีเมทริกซ์การกระเจิง 2x2 Sและมีแหล่งกำเนิดและโหลดเชื่อมต่อกับอินพุตและเอาต์พุต โดยที่การสะท้อนจากแหล่งกำเนิดกลับไปยังอินพุตคือและการสะท้อนจากโหลดกลับไปยังเอาต์พุตคือสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่อินพุตและเอาต์พุตจะกำหนดโดย: [ 2 ]
- และ
แผ่นดินไหววิทยา
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนถูกนำมาใช้ในการทดสอบตัวป้อนเพื่อตรวจสอบความน่าเชื่อถือของตัวกลาง
ทัศนศาสตร์และไมโครเวฟ
ในสาขาทัศนศาสตร์และแม่เหล็กไฟฟ้าโดยทั่วไปสัมประสิทธิ์การสะท้อนอาจหมายถึงสัมประสิทธิ์การสะท้อนแอมพลิจูดที่อธิบายไว้ในที่นี้ หรือค่าการสะท้อน ขึ้นอยู่กับบริบท โดยทั่วไป ค่าการสะท้อนจะแทนด้วยตัวอักษรR ตัวใหญ่ ในขณะที่สัมประสิทธิ์การสะท้อนแอมพลิจูดจะแทนด้วยตัวอักษร rตัวเล็กแนวคิดที่เกี่ยวข้องกันเหล่านี้ครอบคลุมอยู่ในสมการเฟรสเนลในทัศนศาสตร์แบบคลาสสิก
อะคูสติก
นักอะคูสติกใช้ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของวัสดุต่างๆ ต่อสภาพแวดล้อมทางอะคูสติก โดยทั่วไปแล้ว คุณสมบัติของสนามที่ใช้ในการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนคือความดันและความเร็วของคลื่นเสียงตกกระทบและคลื่น เสียง สะท้อน
ดูเพิ่มเติม
- ไมโครเวฟ
- การสูญเสียที่ไม่ตรงกัน
- การสะท้อนของสัญญาณบนสายนำไฟฟ้า
- พารามิเตอร์การกระเจิง
- สัมประสิทธิ์การส่งผ่าน
- ความแข็งแรงเป้าหมาย
- ความสัมพันธ์ฮาเกน-รูเบนส์
- การเปลี่ยนแปลงเฟสการสะท้อน
ลิงก์ภายนอก
- บทเรียน Flash เพื่อทำความเข้าใจเรื่องการสะท้อนโปรแกรม Flash นี้แสดงให้เห็นถึงวิธีการเกิดคลื่นสะท้อน สัมประสิทธิ์การสะท้อน และค่า VSWR
- โปรแกรมสำหรับวาดแผนภาพคลื่นนิ่ง รวมถึงค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน อิมพีแดนซ์อินพุต SWR เป็นต้นเก็บถาวรเมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน 2020 ในWayback Machine
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ สัมประสิทธิ์การสะท้อน
ใน วิชาฟิสิกส์ และ วิศวกรรมไฟฟ้า สัมประสิทธิ์ การสะท้อน เป็นพารามิเตอร์ที่อธิบายว่าคลื่นสะท้อนกลับมากน้อยเพียงใดจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในตัวกลางการส่งผ่าน...
สายส่งไฟฟ้า
ใน ทฤษฎี โทรคมนาคม และ สายส่ง ค่า สัมประสิทธิ์การสะท้อนคือ อัตราส่วน ของ แอมพลิ จูดเชิงซ้อน ของคลื่นสะท้อนต่อแอมพลิจูดเชิงซ้อนของคลื่นตกกระทบ แรงดันและกระแส ณ จุดใดๆ ตามแนวสายส่งสามารถแยกออกเป็นคลื่นเดินทางไปข้างหน้าและคลื่นสะท้อนได้เสมอ...
ความสัมพันธ์กับอิมพีแดนซ์โหลด
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะถูกกำหนดโดยอิมพีแดนซ์โหลดที่ปลายสายส่ง รวมถึงอิม พีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ ของสายส่งด้วย อิมพีแดนซ์โหลดที่ต่อกับสายส่งที่มีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะจะมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเท่ากับ ซ แอล {\displaystyle Z_{L}} ซ 0 {\displaystyle Z_{0}\,}
อัตราส่วนคลื่นนิ่ง
อัตราส่วน คลื่นนิ่ง (SWR) ถูกกำหนดโดย ขนาด ของสัมประสิทธิ์การสะท้อนเพียงอย่างเดียว: