Genel olarak yüksek frekanslı bir işaret bir ortamdan diğerine geçerken bir miktar işaret yansıyarak geri döner. Ortam değişikliğine örnek olarak bir kuvvetlendiriciden çıkan işaretin antene gitmesi gösterilebilir. Kuvvetlendiricinin çıkış empedansıyla (Z0) antenin empedansı (ZL) uyumlaştırılmamışsa uyumsuzluk oranında işaret kuvvetlendiriciye geri yansır. Bu yazıda yansıma katsayısı (Reflection Coefficient), geri dönüş kaybı (Return Loss) ve uyumsuzluk kaybı (Mismatch Loss) tanımlarından bahsedeceğim.
Kuvvetlendirici ve anten örneğiyle devam edelim. Yansıma katsayısı, yansıyan işaretin genliğinin gönderilen işaretin genliğine oranı olarak tanımlanır. Karmaşık bir sayı olabilir. Empedanslar yardımıyla daha kolay hesaplanabilir. Bu örnek için yansıma katsayısını aşağıdaki şekilde bulunur.
Şekildeki kuvvetlendiricimiz 50 Ω olsun, antenimiz de 96,2 Ω (rakamı özel olarak seçtim, sebebini göreceğiz). Bu durumda yansıma katsayısı:
olacaktır. Anlamı da işaretimizin genliğinin %31.6’sı geri yansıyarak kuvvetlendiriciye dönmektedir. Bunu dB olarak ifade ederek daha kullanışlı hale getiririz. Böylece geri dönüş kaybını (Return Loss) hesaplayabiliriz:
Antenimiz 50 Ω bir kuvvetlendiriciye bağlı olduğu için, kuvvetlendirici ile anten arasında 10 dB geri dönüş kaybı vardır. 10 dB, düşük güçlü devrelerde ve sistemlerde uygulamada kabul edilen en alt sınırdır. Geri dönüş kaybı araya girme kaybıyla (Insertion Loss) karıştırılmamalıdır. Geri dönüş kaybı toplam güç hesaplamalarına doğrudan girmez. İlerleyen bölümlerde yansıma kayıplarını nasıl hesaplayacağımızı da örnekle açıklayarak gösterdim.
Bildiğiniz gibi genel olarak 10 dB geri dönüş kaybına sahip devreler empedansı uyumlaştırılmış olarak kabul edilir. Tabiki daha büyük rakamlar tercih sebebidir, çünkü giderek 50 Ω değerine doğru yaklaşan bir empedansa işaret edecektir. Örneğin yüksek güçlü kuvvetlendiricilerde yansıma katsayısının en az 15 dB olması istenir.
Yansıma katsayısı güç cinsinde de ifade edilebilir.
Bu ifade RF devre ve sistemlerde genelde güç üzerinden konuştuğumuz için daha kullanışlıdır. Çıkan sonuca göre işaretimizin gücünün %10’u yansımakta ve kuvvetlendiriciye geri dönmektedir. Antene de kuvvetlendiriciden çıkan işaretim %90’ı ulaşmaktadır. Eğer yansıma katsayısı 0,178 olsaydı (15 dB), güç olarak değeri de 0,03 olacaktı, yani işaretin gücünün sadece % 3’ü geri yansıyacaktı.
Yansıma katsayısının dB değeri, yani geri dönüş kaybı benzetimlerde de sıklıkla kullandığımız S11 parametresinin negatif dB değerine eşittir. Genelde benzetim araçları S11’i hesaplayıp otomatik olarak dB cinsinden vermektedir. Ama S-parametrelerinin küçük işaret parametreleri olduğunu unutmamamız gerekir. Eğer yüksek güçlü kuvvetlendirici gibi doğrusal olmayan devrelerle çalışıyorsak S-parametrelerinden yola çıkarak yansıma katsayısı hesaplamak uygun değildir.
Empedans uyumsuzluğundan kaynaklanan kayba uyumsuzluk kaybı (Missmatch Loss) denir ve sistemdeki toplam gücün hesaplanması sırasında dikkate alınmalıdır. Uyumsuzluk kaybı aşağıdaki şekilde kolaylıkla hesaplanır:
Yani işaretimizin gücünün 0,46 dB’i geri yansımaktadır.
Örneğimize bir çıkış gücü ekleyerek hesaplamaları genişletelim. Kuvvetlendiricimizin çıkış gücü 1W (30 dBm) olsun ve 10 dB geri dönüş kaybına sahip antenimize ne kadar güç aktarıldığını hesaplayalım:
