Простой КСВ-метр (ВЧ мост).
Кому утомительно читать мои лирические отступления и пояснение для новичков, могут переходить сразу к картинкам и схемам. Лирика выделена курсивом, важное жирным шрифтом, жирным курсивом для новичков.
В статье возможно содержатся ошибки и не точности, но таково мое понимание и я могу ошибаться.
После приобретения рации, и сляпанной наспех антенне, задумался, ну не может же у меня антенна сразу взять и настроится. Надо КСВ померить. А померить то нечем…
Когда-то давно, лет 10 назад, вещал я на 100 м в АМ с бандитами-хулиганами, радио-пиратами )))
Жил я в частном доме, и «натянуть веревку» между 9-ти этажками не мог, из-за отсутствия таковых вообще. А что нужно для антенны на 100м диапазон? Правильно, подвес антенны на высоту 1/4L волны (25 м, слишком много…). Каких «веревок» я только не вешал, на соседские сараи, выше 5-7 метров я «прыгнуть» не мог, и антенна только грела землю и окружающее пространство. Передатчики были ламповые, и настройку антенны проводил по резонансу контуров на неонках в выходном каскаде, и что бы аноды не плавились, настраивал по току отдачи в антенну.
Пока не поставил хорошую мачту, и не установил Inverted-V, толку не было. В общем, есть такая поговорка «лучшая лампочка, это хорошо настроенная антенна».
К чему это я? А к тому, что без приборов, настроить передатчик и антенну достаточно трудно.
Так как приборов не было, а о приборах ИЧХ, АЧХ, ГКЧ, ГСС я только читал из умных книжек, и приобрести было тогда для меня их невозможно, приходилось делать пробники и тестеры самостоятельно. Вот об одном из них я и расскажу.
Немного теории, как я ее понимаю, кратко на словах, без углубления.
Радиоволны от передатчика передаются по кабелю (фидер, не важно какой) в нагрузку. Нагрузка, это наша антенна. Если волновое сопротивление выхода передатчика, фидера и антенны равны, то КСВ=1, и вся энергия почти без потерь передается в антенну.
Теперь еще один немаловажный фактор, резонанс. В 2х словах, это совпадение величин индуктивного и емкостного сопротивления на определенной частоте. На частоте выше резонансной, индуктивное сопротивление растет, а емкостное падает и наоборот при понижении частоты. Работу на гармониках рассматривать не будем. Соответственно, на резонансной частоте мы получаем максимальное сопротивление антенны, максимальное излучение сигнала в пространство. И вот такая задача у нас стоит, что бы все эти сопротивления были согласованы и равны допустим 50 Ом.
Если мы согласовали передатчик и фидер (мы точно знаем, что выход рации 50 Ом и знаем, что кабель 50 Ом), то нужно подогнать сопротивление антенны к 50 Ом.
Что же происходит, когда КСВ у нас большое (допустим 4 или 5) и чем это чревато.
Волны от передатчика, проходят к нагрузке, но не поглощаются ей (нагрузкой=антенной), а отражаются и приходят обратно в передатчик. Так происходит обычно при обрыве в антенне или КЗ. Напряжение растет на выходе передатчика, и выходной каскад сгорает. На лампах плавятся аноды…
Подробнее можно почитать статью с формулами здесь
Теперь как его измерить, этот КСВ.
Я знаю 2 принципиально разных способа.
1й способ.
Измерение с помощь трансформаторов тока непосредственно на фидере.
Почитать можно здесь и здесь, все остальное вариации на ту же тему.
И 2й способ, измерение с помощью ВЧ моста, он предназначен для настройки на небольшой мощности 0,5-10Вт.
Приведу здесь оригинальную схему, а ниже дополню своими комментариями и ссылками на похожие схемы и реализации. Ну и мою реализацию этого прибора.
Плата делалась методом вырезания пятачков.
Измерение на нагрузке
Измерение на антенне
Начну из далека, в книжке «Юный радиолюбитель» Борисов В. Г. публиковалась схема RLC измерителя, с помощью этого примитивного прибора на НЧ можно было с высокой точностью измерять резисторы, катушки и конденсаторы. Принцип его в том, что, заменив одно плечо моста на неизвестное сопротивление (активное или реактивное), можно вычислить неизвестное сопротивление.
На рисунке ниже видно, что R1 и R2 образуют делитель напряжения. R3 и R4 образуют 2й делитель напряжения. И между точками A и B напряжение будет равно нулю! Если R4 заменить на неизвестное сопротивление не равно 50 Ом, то напряжения на делителе изменится, и между точками AB возникнет разность потенциалов, и что бы вернуть баланс, нужно изменить R3, чтобы оно стало равным R4, и тогда между A и B напряжение снова станет равно нулю. Измерив R3, мы узнаем, чему равно R4! Если изменять R4, то, когда оно станет равным R3, в точках АВ тоже станет ноль.
Вы уже догадались, что если включить вместо R4 антенну, а вместо батареи включить передатчик, то можно либо измерить ее сопротивление, либо подстроить антенну под нужное сопротивление, для согласования с фидером.
Оказывается, точность у этого моста обалденная, мне удалось добиться точности балансировки 0,01V на постоянном токе! На ВЧ влияют емкости и внешние наводки.
Теперь о том, какие резисторы выбрать и как подогнать мост, если резисторы с разбросом.
Резисторы моста МЛТ-2, номиналом 100 Ом, включенные по 2 штуки в параллель. Что бы увеличить сопротивление резистора (а они у меня получились, судя по омметру 48-49 Ом), нужно слегка, без фанатизма поцарапать его надфилем, измерить, еще поцарапать, при необходимости повторить.
Повторюсь, настраивал на постоянном токе, с точностью до 0,01V по мультиметру.
Ну а вот пример на УКВ и СВЧ диапазон (сделано не мной), попробую сделать что то типа такого, а-ля антеноскоп.
Всем 73! Хорошей связи без помех!
Приборы для определения КСВ
Приборы, описание которых приведено в этой статье, позволяют измерить падающую и отраженную от нагрузки мощность и, следовательно, определять КСВ в коаксиальном тракте с волновым сопротивлением 50 Ом.
1. Мостовой КСВ-метр резистивного типа имеет как ряд достоинств:
• независимость выходных сигналов от частоты,
• чрезвычайно широкий рабочий диапазон частот (от долей до многих сотен МГц) при весьма скромных конструктивных требованиях,
• возможность работы при малых (единицы вольт) уровнях сигнала передатчика,
так и ряд недостатков:
• высокое затухание, вносимое в линию,
• подверженность влиянию наводок, принятых измеряемой антенной.
Рис.1 КСВ-метр на основе ВЧ резистивного моста
Работу данного КСВ-метра мы подробно рассмотрели на странице – (Ссылка на страницу), поэтому в рамках данной статьи повторяться не будем. Отметим лишь то, что для настройки антенн такой прибор является лучшим решением, однако он совершенно непригоден для текущего контроля антенн во время штатной работы передатчика. Объясняется это просто – на резисторах R1-R3 рассеивается около 75% мощности передатчика.
2. КСВ-метры с ферритовым трансформатором тока.
В качестве примера такого относительно простого и хорошо работающего устройства с токовым трансформатором приведём схему КСВ-метра В.Скрипника (UY5DJ) (Рис.2). Фото платы позаимствовано с сайта – (Ссылка на страницу).
Рис.2 КСВ-метр c трансформатором тока В.Скрипника (UY5DJ)
Устройство состоит из двух высокочастотных вольтметров на диодах VD1 и VD2, с помощью которых измеряется отраженная и падающая мощность. К каждому из диодов VD1 и VD2 приложено два напряжения: одно, пропорциональное напряжению в передающей линии, поступает на катоды с ёмкостных делителей С1С2 и СЗС4, а второе напряжение, пропорциональное току в центральном проводнике, поступает на аноды со вторичных обмоток трансформатора.
Так как электрическая длина измерительной линии (расстояние между точками подключения С1 и СЗ) невелика по сравнению с длиной волны в кабеле, то напряжения, снимаемые с ёмкостных делителей, практически синфазны.
В то же время напряжения, снимаемые со вторичных обмоток, противофазны. Поэтому на одном диоде результирующее напряжение будет равно сумме двух напряжений, а на другом – разности.
На каком какое – зависит от того, как включены начало и конец вторичной обмотки трансформатора.
Ток, протекающий через тот диод, к которому приложено суммарное напряжение, пропорционален падающей волне, а ток, протекающий через другой – отраженной.
Рис.3 Печатная плата КСВ-метра В.Скрипника (UY5DJ)
Высокочастотные германиевые диоды VD1 и VD2 ГД507 могут быть заменены на Д9, Д18, Д310, Д311 и т. п.
Трансформатор тока выполнен на кольцевом сердечнике типоразмера К12х6х4,5 из феррита марки М50ВН. Первичная обмотка представляет собой отрезок центрального проводника коаксиального кабеля, который вместе с изоляцией продет сквозь кольцо. Предварительно по окружности кольца намотана вторичная обмотка – 30 витков провода ПЭЛШО-0.2 или ПЭВ-2 0.25. Намотка на кольцо производится с таким расчетом, чтобы вся обмотка заняла примерно половину окружности кольца.
Несколько лучший результат даст сердечник побольше, например К20x10x4, и отрезок коаксиального кабеля без снятия экранирующей оплётки, которая в этом случае будет служить электростатическим экраном. Заземлять экранирующую оплётку следует только с одной стороны.
В начале регулировки движок подстроечного резистора R3 устанавливают в левое по схеме положение, соответствующее максимальной чувствительности, движок переменного резистора R4 в верхнее по схеме положение, подстроечные конденсаторы С1 и С3 – в положения, близкие к минимальной емкости. Налаживают прибор в диапазоне 14 или 21 МГц.
При включённом передатчике проверяют показания измерительного прибора в разных положениях переключателя S1. Если в положении «Пад.» показания прибора меньше, чем в положении «Отр.», то изменяют распайку выводов вторичной обмотки трансформатора Т1. После этого мощность передатчика устанавливают такой, чтобы показания прибора РА1 в положении «Пад.» были максимальны и, переведя переключатель S1 в положение «Отр.», подстраивают конденсатор С1 до получения минимальных показаний прибора.
Затем передатчик подключают к разъему ХS2, а эквивалент антенны – к разъему XS1, и в положении переключателя S1 «Пад.» подбором конденсатора С3 снова добиваются минимальных показаний прибора. Процесс подстройки конденсаторов C1 и С3 следует повторить несколько раз.
Положение движка подстроечного резистора R3 определяют в процессе калибровки прибора.
Точность измерения КСВ этим измерительным мостом составляет ~ 10%, но её можно существенно повысить, изготовив устройство по следующей конфигурации:
3. КСВ-метры по схеме Стоктона с двумя трансформаторами.
Другое название данного построения – «тандем матч», основанное на статье «The Tandem Match», опубликованной в журнале QST за январь 1987-го года (автор John Grebenkemper, KA3BLO).
На рисунке Рис.4 приведена схема такого моста, состоящего из двух линий коаксиального кабеля с ферритовыми трансформаторами и предназначенного для измерения КСВ в широком диапазоне частот с очень хорошей равномерностью.
Рис.4 Схема измерительного моста по схеме Стоктона
Оба трансформатора выполнены аналогично. Первичная обмотка образована жилой коаксиального кабеля, продетого в ферритовое кольцо. В качестве последнего рекомендуются ферритовые кольца FT50-43, либо отечественные М30-М50ВН. Вторичная обмотка мотается на кольце 7. 28-ю витками эмалированного провода. Количество витков зависит от максимальной подводимой мощности и указано на схеме (Рис.4).
Диоды D1 и D2 – либо германиевые, либо диоды Шоттки типа BAT43.
В качестве примера на Рис.5 приведена реализация 50-ваттного измерительного моста от DG1KPN (https://dl6gl.de/).
Рис.5 Реализация 50-ваттного КСВ-метра по схеме Стоктона от DG1KPN
Данные:
• Тороидальные сердечники FT50-43, 14 витков CuL 0,5 мм;
• Полужесткий коаксиальный кабель, изоляция под тороидами;
• Диоды: 1N34.
Без всякой настройки погрешность схемы измерения данного измерительного моста всегда остается ниже 5%.
Вносимые потери до 50 МГц не превышают 0,1 дБ.
КСВ на 50-омной нагрузке до 50 МГц находятся в диапазоне от 1,05 до 1,08.
Ещё одна реализация (на этот раз 750-ваттного КСВ-метра) от DG1KPN изображена на Рис.6.
Рис.6 Реализация 750-ваттного КСВ-метра по схеме Стоктона от DG1KPN
По сравнению с предыдущей схемой внесены некоторые изменения:
• На выводе «Incident» установлен подстроечный конденсатор 30p для минимизации отраженного сигнала в желаемом диапазоне частот.
• Жила коаксиального кабеля через нижний трансформатор выводится на коаксиальные разъемы BNC «Reflected» и «Incident». Два нагрузочных резистора 50 Ом или любого другого номинала могут быть подключены туда в виде стандартных нагрузочных штекеров.
• Диодные выпрямители можно подключать или отключать двумя перемычками.
В устройстве были применены тороидальные сердечники FT114-43.
Вторичные обмотки – 30 витков 0,8 мм CuL.
Коаксиальный кабель RG393 (или RG213, RG214).
Диоды 1N34.
При 750 Вт мощности в 50-омной нагрузке и 30 витках вторичных обмоток максимальное выходное напряжение составляет около 9 В постоянного тока. В зависимости от используемого блока обработки (аналоговый или цифровой) может потребоваться замена резисторов 1М на катодах диодов на делители напряжения.
Измерения параметров 750-ваттного КСВ-метра (S11 «пропускание» и S21 «потери на отражение») с помощью DG8SAQ VNWA показали даже лучшие значения, чем у младшего 50-ваттного собрата.
А на следующей странице рассмотрим разнообразные реализации индикаторной части КСВ-метров, построенные на стрелочных приборах, а также на светодиодных линейках.
Что такое КСВ и чем его закусывать?
Так или иначе, любой индивид, интересующийся техникой радиосвязи, рано или поздно, сталкивается с лаконичным термином «КСВ». При этом, если даже ёжику понятно, что значение КСВ должно быть как можно меньше, то какова физическая сущность этого параметра, а также степень его влияния на уровень потерь энергии в линии ясно далеко не всегда и не каждому.
Начнём с торжественного, но малопонятного определения из википедии:
«Коэффициент стоячей волны (КСВ, от англ. standing wave ratio, SWR) – это отношение наибольшего значения амплитуды напряжённости электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему».
Для мало-мальского понимания вышесказанного, давайте представим линию передачи, состоящую из источника сигнала (генератора, передатчика и т.д.), фидера (кабеля, соединяющего источник с антенной) и, собственно говоря, самой антенны.
Фанатично вдаваться в глубину процесса – дело долгое и нудное, поэтому поверим на слово специалистам-теоретикам: при несовпадении входных/выходных сопротивлений всех перечисленных устройств, часть энергии генератора отражается от нагрузки и в виде отражённой волны возвращается обратно в линию.
Таким образом, в результате сложения (по-умному интерференции) падающей и отражённой волн возникает стоячая волна, проявляющаяся в виде периодического изменения амплитуды напряжённости электрического и магнитного полей вдоль направления распространения сигнала в линии передачи.
Рис.1 Напряжённости электрического и магнитного полей в линии
На рисунке показаны эпюры напряжения в линии в различные моменты времени.
Налицо колебательный процесс изменения амплитуды, связанный с тесным взаимодействием входного сигнала постоянной амплитуды с сигналом, отражённым от несогласованной нагрузки и имеющим ту же самую частоту, но сдвинутым по отношению к входному по фазе.
К частоте этого колебательного процесса отнесёмся индифферентно, а вот размах изменения амплитуды как раз и определяет параметр коэффициента стоячей волны.
Формула здесь очень простая:
Величина, обратная КСВ, называется КБВ (коэффициент бегущей волны):
КБВ = 1/КСВ
Рассмотрим две крайние ситуации:
1. Umin=0, соответственно КСВ=∞ – волна чисто «стоячая», переноса энергии нет. На практике возникает в ситуациях КЗ или обрыва в цепи нагрузки.
2. Umin=Umax, КСВ=1, волна чисто «бегущая», отражений нет, вся энергия от источника попадает в нагрузку – можно получить только на резистивной нагрузке, либо идеально согласованных элементах в линии передачи.
А как нам нужно расстараться, чтобы правильно согласовать компоненты связной аппаратуры?
Ответ не сложен – уравнять все входные/выходные импедансы устройств, входящих в приёмо-передающий тракт.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля (как правило, 50 либо 75 Ом) – это величина, зависящая от соотношения диаметров внутреннего и внешнего проводников, и довольно точно соответствует величине, которую указывает производитель.
Входной/выходной импеданс приёмника или передатчика не слишком сложными схемотехническими ухищрениями выводится на уровень сопротивления кабеля, соединяющего радиостанцию с антенной.
Остаётся самое ничего – согласовать антенну со всем остальным хозяйством для минимизации величины коэффициента стоячей волны.
Можно, конечно, сделать страшное лицо и гавкнуть в её сторону: Не гони обратную волну, падла!
Но это вряд ли. Не услышит. Она ж металлическая.
Короче, обсуждать тему проектирования и согласования приёмо-передающих антенн мы в рамках этой статьи не станем. Для этого есть достаточное количество умных и толстых книг, в которых без матерных излишеств и фонетических шероховатостей даны ответы на все касающиеся антенн головоломки.
А нам итак, всё понятно – необходимо стремиться к минимуму значения КСВ.
Если кто не догадался, глядя на формулу, или непринуждённо обошёл её вниманием – меньше единицы нам ужать этот параметр не удастся, как лбом не бейся ты о стенку. Поэтому наша глобальная цель – КСВ=1 .
Ну, а если встал вопрос о том, какое отклонение КСВ от единицы можно считать приемлемым для наших радиолюбительских целей, следует припасть к формуле, позволяющей оценить потери мощности рассеивания за счёт неидеальности согласования входных/выходных сопротивлений устройств:
А слегка поднатужившись на сетевой полянке, пытливый ум отыщет и знаний золотую жилу в виде симпатичной таблички, представляющей из себя графическое выражение данной формулы.
Как можно увидеть, при относительно невысоких подводимых мощностях, потери из-за неединичного КСВ – не так уж и катастрофичны.
Даже при КСВ=5 потери эти составят 2,51дБ (или 44% от поступающей мощности), т. е. 56% всё-таки выскользнет из кабеля и будет доступно для излучения полотном антенны.
А при КСВ=2, вообще получается 0,48дб (или 11%) потерь.
А куда девается энергия потерь?
Бегает по фидеру, и чем больше КСВ, тем большая часть энергии идёт на «обогрев» кабеля. Поэтому при значительных выходных мощностях и высоком КСВ возникает опасность теплового повреждения кабеля.
На практике при проектировании радиопередающих устройств следует исходить из максимальной величины КСВ, не превышающей 2.
Вот что пишет в журнале Радиомир КВ-УКВ 12/2001, с.32-34 автор статьи «ПPOCTO ОБ АНТЕННАХ, ИЛИ ИЗМЕРЯЕМ КСВ» В. Башкатов:
«При КСВ=2, напряжение в максимуме стоячей волны всего лишь на 30% превышает то, что мы наблюдаем при КСВ=1.
Такое превышение, как правило, не опасно для широкополосных транзисторных усилителей мощности, даже если этот максимум напряжения окажется непосредственно в месте подключения фидера. Да и возрастание напряжения на элементах выходного каскада из-за его недогрузки ещё не будет катастрофическим.
Во всяком случае, для аппаратуры заводского изготовления с транзисторными выходными каскадами КСВ=2 устанавливается предельным, при котором гарантируется ее работоспособность».
А чему равен КСВ (SWR) в зависимости от сопротивлений источника и нагрузки?
В линии передачи с волновым сопротивлением ρ, нагруженной на чисто активную (резистивную) нагрузку с сопротивлением R, при R > ρ: КСВ = R/ρ, а при R
 |
 |
Что такое КСВ и чем его закусывать?
Коэффициент стоячей волны, его влияние на потери в линиях приёма и передачи. Онлайн калькулятор для расчёта КСВ при комплексном характере нагрузки
Так или иначе, любой индивид, интересующийся техникой радиосвязи, рано или поздно, сталкивается с лаконичным термином «КСВ». При этом, если даже ёжику понятно, что значение КСВ должно быть как можно меньше, то какова физическая сущность этого параметра, а также степень его влияния на уровень потерь энергии в линии ясно далеко не всегда и не каждому.
Начнём с торжественного, но малопонятного определения из википедии:
«Коэффициент стоячей волны (КСВ, от англ. standing wave ratio, SWR) – это отношение наибольшего значения амплитуды напряжённости электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему».
Для мало-мальского понимания вышесказанного, давайте представим линию передачи, состоящую из источника сигнала (генератора, передатчика и т.д.), фидера (кабеля, соединяющего источник с антенной) и, собственно говоря, самой антенны.
Фанатично вдаваться в глубину процесса – дело долгое и нудное, поэтому поверим на слово специалистам-теоретикам: при несовпадении входных/выходных сопротивлений всех перечисленных устройств, часть энергии генератора отражается от нагрузки и в виде отражённой волны возвращается обратно в линию.
Таким образом, в результате сложения (по-умному интерференции) падающей и отражённой волн возникает стоячая волна, проявляющаяся в виде периодического изменения амплитуды напряжённости электрического и магнитного полей вдоль направления распространения сигнала в линии передачи.
Рис.1 Напряжённости электрического и магнитного полей в линии
На рисунке показаны эпюры напряжения в линии в различные моменты времени.
Налицо колебательный процесс изменения амплитуды, связанный с тесным взаимодействием входного сигнала постоянной амплитуды с сигналом, отражённым от несогласованной нагрузки и имеющим ту же самую частоту, но сдвинутым по отношению к входному по фазе.
К частоте этого колебательного процесса отнесёмся индифферентно, а вот размах изменения амплитуды как раз и определяет параметр коэффициента стоячей волны.
Формула здесь очень простая:
Величина, обратная КСВ, называется КБВ (коэффициент бегущей волны):
КБВ = 1/КСВ
Рассмотрим две крайние ситуации:
1. Umin=0, соответственно КСВ=∞ – волна чисто «стоячая», переноса энергии нет. На практике возникает в ситуациях КЗ или обрыва в цепи нагрузки.
2. Umin=Umax, КСВ=1, волна чисто «бегущая», отражений нет, вся энергия от источника попадает в нагрузку – можно получить только на резистивной нагрузке, либо идеально согласованных элементах в линии передачи.
А как нам нужно расстараться, чтобы правильно согласовать компоненты связной аппаратуры?
Ответ не сложен – уравнять все входные/выходные импедансы устройств, входящих в приёмо-передающий тракт.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля (как правило, 50 либо 75 Ом) – это величина, зависящая от соотношения диаметров внутреннего и внешнего проводников, и довольно точно соответствует величине, которую указывает производитель.
Входной/выходной импеданс приёмника или передатчика не слишком сложными схемотехническими ухищрениями выводится на уровень сопротивления кабеля, соединяющего радиостанцию с антенной.
Остаётся самое ничего – согласовать антенну со всем остальным хозяйством для минимизации величины коэффициента стоячей волны.
Можно, конечно, сделать страшное лицо и гавкнуть в её сторону: Не гони обратную волну, падла!
Но это вряд ли. Не услышит. Она ж металлическая.
Короче, обсуждать тему проектирования и согласования приёмо-передающих антенн мы в рамках этой статьи не станем. Для этого есть достаточное количество умных и толстых книг, в которых без матерных излишеств и фонетических шероховатостей даны ответы на все касающиеся антенн головоломки.
А нам итак, всё понятно – необходимо стремиться к минимуму значения КСВ.
Если кто не догадался, глядя на формулу, или непринуждённо обошёл её вниманием – меньше единицы нам ужать этот параметр не удастся, как лбом не бейся ты о стенку. Поэтому наша глобальная цель – КСВ=1 .
Ну, а если встал вопрос о том, какое отклонение КСВ от единицы можно считать приемлемым для наших радиолюбительских целей, следует припасть к формуле, позволяющей оценить потери мощности рассеивания за счёт неидеальности согласования входных/выходных сопротивлений устройств:
А слегка поднатужившись на сетевой полянке, пытливый ум отыщет и знаний золотую жилу в виде симпатичной таблички, представляющей из себя графическое выражение данной формулы.
Как можно увидеть, при относительно невысоких подводимых мощностях, потери из-за неединичного КСВ – не так уж и катастрофичны.
Даже при КСВ=5 потери эти составят 2,51дБ (или 44% от поступающей мощности), т. е. 56% всё-таки выскользнет из кабеля и будет доступно для излучения полотном антенны.
А при КСВ=2, вообще получается 0,48дб (или 11%) потерь.
А куда девается энергия потерь?
Бегает по фидеру, и чем больше КСВ, тем большая часть энергии идёт на «обогрев» кабеля. Поэтому при значительных выходных мощностях и высоком КСВ возникает опасность теплового повреждения кабеля.
На практике при проектировании радиопередающих устройств следует исходить из максимальной величины КСВ, не превышающей 2.
Вот что пишет в журнале Радиомир КВ-УКВ 12/2001, с.32-34 автор статьи «ПPOCTO ОБ АНТЕННАХ, ИЛИ ИЗМЕРЯЕМ КСВ» В. Башкатов:
«При КСВ=2, напряжение в максимуме стоячей волны всего лишь на 30% превышает то, что мы наблюдаем при КСВ=1.
Такое превышение, как правило, не опасно для широкополосных транзисторных усилителей мощности, даже если этот максимум напряжения окажется непосредственно в месте подключения фидера. Да и возрастание напряжения на элементах выходного каскада из-за его недогрузки ещё не будет катастрофическим.
Во всяком случае, для аппаратуры заводского изготовления с транзисторными выходными каскадами КСВ=2 устанавливается предельным, при котором гарантируется ее работоспособность».
А чему равен КСВ (SWR) в зависимости от сопротивлений источника и нагрузки?
В линии передачи с волновым сопротивлением ρ, нагруженной на чисто активную (резистивную) нагрузку с сопротивлением R, при R > ρ: КСВ = R/ρ, а при R < ρ: КСВ = ρ/R.
Если же нагрузка комплексная (то есть состоящая из последовательно соединённых активнного и реактивного сопротивлений), то Z = R + jX, а формула для расчёта КСВ приобретает следующий вид:
где k – коэффициент отражения, R – активное сопротивление нагрузки, X – реактивное сопротивление нагрузки, ρ – волновое сопротивление кабеля (50 Ом, 75 Ом и т. д.).
Поскольку формула, приведённая выше, получилась несколько сложнее, чем хотелось бы, то сдобрим материал калькулятором по расчёту КСВ для комплексной нагрузки, подключённой к кабелю с заданным волновым сопротивлением.
Онлайн калькулятор расчёта КСВ при комплексной нагрузке
Ну и напоследок:
КСВ обозначает лишь степень согласования радиостанции с фидером и антенной и никоим образом не указывает ни на эффективность антенны, ни на её частотные характеристики.
Наилучшим КСВ, равным 1 в широчайшей полосе частот, обладает линия с подключённым к кабелю 50-ти омным резистором. А кому придёт в голову использовать резистор в качестве антенны? Разве что отбившемуся от стаи, ярому фанату антеннки mini-whip.
На следующей странице рассмотрим простое, но весьма красивое решение вопроса измерения КСВ – мостовой КСВ-метр.
Для чего нужна настройка си-би антенны и что такое КСВ
Если говорить простыми словами, то настройка си-би антенны нужна для того, чтобы она работала в резонансе на нужном канале (определенной частоте) и всю мощность радиостанции передать в эфир, или, по — другому, в открытое пространство без потерь, и при этом получить максимум усиления по приему.
Допустим, мы имеем рацию (MegaJet-300) с выходной мощностью в 4 ватта и идеально настроенной заводской антенной с КСВ 1, которая установлена по центру крыши автомобиля — то и на выходе получаем те же 4 ватта, а это максимальная дальность связи, на которой Вы можете общаться с другими корреспондентами или пользователями си-би радиостанций.
Так что же такое КСВ от сложного к простому
Так что же такое КСВ? На этот вопрос уже есть развернутый научный ответ в Википедии — КСВ это
«Коэффициент стоячей волны (КСВ, от англ. standing wave ratio, SWR) — отношение наибольшего значения амплитуды напряжённости электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему»
А если просто, то КСВ — это степень согласования выходного сопротивления рации 50 Ом с входным сопротивлением фидера (кабеля) и антенны, которые так же должны быть равны 50 Ом. То есть сигнал от радиостанции проходит по кабелю через центральную жилу с минимальными потерями в антенну как в режиме приема, так и передачи (падающая волна), а ток (отраженная волна), который протекает по оплетке кабеля в обратную сторону от антенны, практически или равен нулю.
Если линия (фидер, кабель) и нагрузка (антенна) согласованы, то КСВ = 1
Если волновое сопротивление линии и нагрузки различаются, то КСВ > 1
Например: — у нас есть заводская антенна с настроенным кабелем 50 Ом четверть длины волны — примерно 4 метра, остается только настроить антенну, чтобы входное сопротивление стало так же 50 Ом на нужной частоте, а это достигается путем изменения длины штыря (удлиняя, подрезая или подкручиванием с помощью болта в случае с укороченными спиральными антеннами), при этом получаем КСВ близкое к значению 1.
При КСВ более 1 мы имеем неэффективно работающую антенну на прием и, соответственно, на передачу, происходят потери, которые выражаются в процентах.
Приборы для измерения коэффициента стоячей волны «КСВ» «SWR»
Для настройки антенн — измерения «КСВ» «SWR», часто применяют стрелочные приборы заводского изготовления, на рынке достаточно много моделей с разной ценовой категорией от 900 руб. и выше, которые включают в себя кроме основной функции еще и дополнительную — измерение мощности рации.
Отличаются интерфейсом, кнопками управления, частотным диапазоном измерения — на фото выше модель RSM-600 имеет два диапазона измерения по частоте 1.8 — 160 MHz и 140 — 525 MHz плюс два диапазона по мощности 200 и 400W, большая градуированная шкала со значениями ксв от 1 до ∞ и шкала мощности с поддиапазонами 5, 20, 200 Ватт.
Наряду со стрелочными приборами для настройки антенн применяют и антенные анализаторы, функция у них одна, степень согласования оценивают по стандартной формуле и определяют коэффициент стоячей волны — как отношение максимального значения тока или напряжения к минимальному:
КСВ=Umax/Umin или КСВ=Imax/Imin
Антенные анализаторы — это, конечно, более продвинутые приборы, с информативными дисплеями отображающими не только ксв, частоту, но и значение активной и реактивной состовляющей. Имеют функцию сканирования по диапазонам, интерфейс для подключения к компьютеру, выводят графики резонанса антенны по диапазону, что очень удобно для быстрой и качественной настройки.
Однако цены на антенные анализаторы гораздо выше чем на стрелочные измерители ксв, даже самая дешевая модель из Китая обойдется вам более 4000 рублей.
Как настроить ксв автомобильной антенны
Настроить ксв автомобильной антенны достаточно просто, для этого надо иметь прибор для настройки, и знать основное правило — для повышения частоты (резонанса) антенны на нужном канале штырь подрезаем (укорачиваем) или задвигаем внутрь катушки, а для понижения полотно антенны удлиняется (выдвигается) или меняется на новое, более длинное.
Настраивается антенна только на автомобиле, то есть, установлена будь то на кузов, крышку багажника или на универсальный кронштейн, протянут кабель в салон авто к радиостанции.
Перед настройкой обязательно нужно проверить, где находится резонанс антенны или на каком канале показывает минимальное значение ксв, для этого:
Подключаем прибор к радиостанции — гнездо ANT к кабелю антенны через разъем PL259, гнездо TX соединяется через короткий кабель с гнездом рации.
Находим резонанс антенны, то есть минимальное значение ксв — переводим переключатель прибора в положение калибровка CAL, нажимаем тангенту рации, ручкой калибровки выставляем стрелку на максимальное значение шкалы. После этого переводим переключатель ксв метра в положение измерения — SWR, и видим реальное значение ксв в данном канале, перемещаясь по каналам (сеткам) вверх или вниз, вы узнаете, где минимальные показания прибора, то есть резонанс антенны.
Сдвигаем резонанс антенны. Пример: вы настраиваете новую антенну — штырь 1,5 метра, на 15 канал сетки D, нашли минимальные значения ксв 1.3 в 10 канале, что бы этот резонанс переместить в 15 канал нужно укоротить (подрезать, задвинуть) штырь антенны буквально на 0,5 или один сантиметр и повторно произвести измерение.
Это примерный алгоритм настройки автомобильной антенны, идеальное значение ксв = 1, не всегда достижим из — за особенности кузова автомобиля, места установки или конструкции антенны, если у вас получилось настроить антенну на ксв 1.2 — 1.5 — это замечательно, значит антенна работает эффективно!
Оригинал статьи на сайте CB-Repair.ru