Измеряем КСВ: теория и практика. Схема, описание. Расчет и связь между ксв, коэффициентом отражения и возвратными потерями Вычисление ксв по прямой и отраженной мощности

При монтаже и настройке систем радиосвязи часто измеряют некую не всем и не совсем ясную величину называемую КСВ. Что же это за характеристика, помимо спектра частот указываемая в характеристиках антенн?
Отвечаем:
Коэффициент стоячей волны (КСВ), коэффициент бегущей волны (КБВ), обратные потери это - термины, характеризующие степень согласования радиочастотного тракта.
В высокочастотных линиях передачи соответствие сопротивления источника сигнала волновому сопротивлению линии определяет условия прохождения сигнала. При равенстве этих сопротивлений в линии возникает режим бегущей волны, при котором вся мощность источника сигнала передается в нагрузку.

Измеренное на постоянном токе тестером сопротивление кабеля покажет либо холостой ход либо короткое замыкание в зависимости оттого, что подключено к другому концу кабеля, а волновое сопротивление коаксиального кабеля, определяется соотношением диаметров внутреннего и внешнего проводников кабеля и характеристиками изолятора между ними. Волновое сопротивление это сопротивление, которое оказывает линия бегущей волне высокочастотного сигнала. Волновое сопротивление постоянно вдоль линии и не зависит от её длины. Для радиочастот волновое сопротивление линии считают неизменным и чисто активным. Оно приблизительно равно:
где L и С распределенные емкость и индуктивность линии;

Где: D – диаметр внешнего проводника, d – диаметр внутреннего проводника, - диэлектрическая проницаемость изолятора.
При расчете радиочастотных кабелей стремятся получить оптимальную конструкцию, обеспечивающую высокие электрические характеристики при наименьшем расходе материалов.
При использовании меди для внутреннего и внешнего проводников радиочастотного кабеля справедливы соотношения:
минимальное затухание в кабеле достигается при отношении диаметров

максимальная электрическая прочность достигается при:

максимум передаваемой мощности при:

исходя из этих соотношений, выбраны волновые сопротивления радиочастотных кабелей, выпускаемых промышленностью.
Точность и стабильность параметров кабеля зависят от точности изготовления диаметров внутреннего и внешнего проводников и стабильности параметров диэлектрика.
В идеально согласованной линии отражение отсутствует. Когда сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии передачи, падающая волна полностью поглощается в нагрузке, отраженная и стоячая волны отсутствуют. Такой режим называется режимом бегущей волны.
При коротком замыкании или холостом ходе линии на конце линии, падающая волна полностью отражается обратно. Отраженная волна складывается с падающей, и результирующая амплитуда в любом сечении линии является суммой амплитуд падающей и отраженной волн. Максимум напряжения называется пучностью, минимум напряжения узлом напряжения. Узлы и пучности не движутся относительно линии передачи. Такой режим называется режимом стоячей волны.
Если на выходе линии передачи подключена произвольная нагрузка, только часть падающей волны отражается обратно. В зависимости от степени рассогласования возрастает отраженная волна. В линии одновременно устанавливаются стоячая и бегущая волны. Это режим смешанных или комбинированных волн.
Коэффициент стоячей волны (КСВ) это безразмерная величина, характеризующая соотношение падающей и отраженной волн в линии, то есть степень приближения к режиму бегущей волны:
; как видно по определению, КСВ может меняться от 1 до бесконечности;
КСВ меняется пропорционально соотношению сопротивления нагрузки к волновому сопротивлению линии :

Коэффициент бегущей волны это величина обратная КСВ:
КБВ= может меняться от 0 до 1;

Обратные потери (return loss) - это отношение мощностей падающей и отраженной волн, выраженное в децибелах.

или наоборот:
Обратные потери удобно использовать при оценке эффективности фидерного тракта, когда потери кабеля, выражаемые в дБ/м можно просто просуммировать с обратными потерями.
Величина потерь на рассогласование зависит от КСВ:
в разах или в децибелах.
Передаваемая энергия при несогласованной нагрузкевсегда меньше, чем при согласованной. Передатчик, работающий на несогласованную нагрузку, не отдает в линию всю ту мощность, которую бы отдавал в согласованную. Фактически, это не потери в линии, а снижение мощности, отдаваемой в линию передатчиком. Насколько влияет КСВ на снижение, видно из таблицы:

	Мощность попадающая в нагрузку	Обратные потери RL

Важно понимать, что:

КСВ одинаков в любом сечении линии и не может регулироваться изменением длины линии. Если показания измерителя КСВ при перемещении по линии существенно различаются, это может указывать на антенный эффект фидера, вызываемый током, текущим по внешней стороне оплетки коаксиального кабеля, и/или на плохую конструкцию измерителя, но не на то, что КСВ изменяется вдоль линии.
Отраженная мощность не попадает обратно в передатчик не нагревает и не повреждает его. Повреждения могут быть вызваны работой выходного каскада передатчика на рассогласованную нагрузку. Выход из передатчика, поскольку на его выходе могут в неблагоприятном случае сложиться напряжение выходного сигнала и отражённая волна, может произойти из-за превышения максимального допустимого напряжения полупроводникового перехода.
Высокий КСВ в коаксиальном фидере, вызванный значительным рассогласованием характеристического сопротивления линии и входного сопротивления антенны, сам по себе не вызывает появления ВЧ тока на внешней поверхности оплетки кабеля и излучения фидерной линии.

Измеряют КСВ, например, с помощью двух направленных ответвителей, включённых в тракт в противоположных направлениях или измерительного мостового рефлектометра, что позволяет получить сигналы пропорциональные падающему и отраженному сигналу.

Для измерения КСВ могут использоваться различные приборы. Сложные приборы имеют в своем составе генератор качающейся частоты, позволяющий увидеть панорамную картину КСВ. Простые приборы состоят из ответвителей и индикатора, а источник сигнала используется внешний, например, радиостанция.

Например, двухблочный РК2-47 за счет широкополосного мостового рефлектометра обеспечивал измерение в диапазоне 0,5-1250MГц.

Р4-11 служил для измерения КСВН, фазы коэффициента отражения, модуля и фазы коэффициента передачи в диапазоне 1-1250МГц.
Импортные приборы для измерения КСВ ставшие классическими от Bird и Telewave:

Или попроще и подешевле:

Популярны простые и недорогие панорамные измерители от AEA:

Измерение КСВ может проводиться как в конкретной точке спектра, так и в панораме. В этом случае на экране анализатора могут быть выведены значения КСВ в указанном спектре, что удобно для настройки конкретной антенны и исключает промах при обрезке антенны.
К большинству системных анализаторов существуют control head - рефлектометрические мосты, позволяющие с высокой точностью измерять КСВ в частотной точке или в панораме:

Практическое измерение заключается в подключении измерителя к разъёму испытуемого устройства или в разрыв тракта при использовании прибора проходного типа. Значение КСВ зависит от многих факторов:

Перегибов, дефектов, неоднородностей, спаек в кабелях.
Качества разделки кабеля в радиочастотных соединителях.
Наличия переходных соединителей
Попадания влаги в кабели.

При измерении КСВ антенны через фидер с потерями, испытательный сигнал в линии затухает и фидер внесет погрешность, соответствующую потерям в нем. И падающая, и отраженная волны испытывают затухание. В таких случаях КСВН рассчитывается:
где k - коэффициент ослабления отраженной волны, который вычисляется: k=2BL ; В - удельное затухание, дБ/м; L - длина кабеля, м, при этом
множитель 2 учитывает, что сигнал ослабляется дважды - на пути к антенне и на пути от антенны к источнику, на обратном пути.
Например, используя кабель с удельным затуханием 0,04 дБ/м, ослабление сигнала на длине фидера 40 метров составит 1,6 дБ в каждую сторону, всего 3,2 дБ. Значит, вместо действительного значения КСВ=2,0 прибор покажет 1,38; при КСВ=3,00 прибор покажет около 2,08.

Например, если Вы проверяете фидерный тракт с потерями 3дБ, антенну с КСВ 1,9 и используете передатчик мощностью 10 Вт как источник сигнала для проходного измерителя, то падающая мощность, измеренная прибором составит 10Вт. Поданный сигнал ослабится фидером в 2 раза, от антенны отразится 0,9 пришедшего сигнала и, наконец, отраженный сигнал на пути к прибору ослабится ещё в 2 раза. Прибор честно покажет соотношение падающего и отраженного сигналов падающая мощность 10Вт и отраженная 0,25Вт. КСВ получится 1,37 вместо 1,9.

Если будет использоваться прибор с встроенным генератором, то мощности этого генератора может оказаться недостаточной, чтобы на детекторе отраженной волны создать нужное напряжение и Вы увидите шумовую дорожку.

В общем случае, усилия, затрачиваемые на снижение КСВ ниже 2:1 в любой коаксиальной линии не дают результата с точки зрения увеличения эффективности излучения антенны, и целесообразны в тех случаях, если схема защиты передатчика срабатывает, например, при КСВ>1,5 или расстраиваются частотнозависимые цепи, подключенные к фидеру.

Наша компания предлагает широкий спектр измерительного оборудования различных производителей вкратце рассмотрим их:
MFJ
MFJ-259 – достаточно простой в эксплуатации прибор для комплексного измерения параметров систем работающих в диапазоне от 1 до 170 МГц.

КСВ-метр MFJ-259 очень компактный, его можно использовать как с внешним источником питания низкого напряжения, так и с внутренним комплектом батарей типа АА.

MFJ-269
КСВ-метр MFJ-269 компактным комбинированным прибор с автономным питанием.
Индикация режимов работы осуществляется на жидкокристаллическом дисплее, а результатов измерений - на ЖКД и стрелочных приборах, расположенных на лицевой панели.
MFJ-269 позволяет производить большое количество дополнительных антенных измерений: РЧ импеданса, потерь в кабелях и их электрических длин до места обрыва или короткого замыкания.

Технические характеристики
Диапазон частот, МГц
Измеряемые характеристики	электрическую длину (в футах или градусах); потери в фидерных линиях (дБ); ёмкость (пФ); импеданс или значение Z (ом); фазовый угол импеданса (в градусах); индуктивность (мкГн); реактивное сопротивление или Х (ом); активное сопротивление или R (ом); резонансную частоту (МГц); обратные потери (дБ); частоту сигнала (МГц); КСВ (Zo программируется).
	200х100х65 мм

Диапазон рабочих частот КСВ-метра разбит на поддиапазоны:1,8…4 МГц, 27…70 МГц, 415…470 МГц, 4,0…10 МГц, 70…114 МГц, 10…27 МГц, 114…170 МГц

Измерители КСВ и Мощности Comet
Серия измерителей мощности и КСВ Comet представлена тремя моделями:CMX-200 (Измеритель КСВ и мощности, 1,8-200 МГц, 30/300/3 кВт), CMX-1(Измеритель КСВ и мощности, 1,8-60 МГц, 30/300/3 кВт) и, представляющий наибольший интерес, CMX2300 T (Измеритель КСВ и мощности, 1,8-60/140-525 МГц, 30/300/3 кВт, 20/50/200 Вт)
CMX2300 T
Измеритель мощности и КСВ CMX-2300 состоит из двух независимых систем диапазона 1.8-200МГц и диапазона 140-525 МГц с возможностью одновременного измерения этих диапазонов. Проходная структура прибора и, как следствие, невысокая потеря мощности позволяет проводить измерения в течении длительного времени.

Технические характеристики
	Диапазон М1	Диапазон М2
Частотный диапазон	1.8 - 200 МГц	140 - 525 МГц
Площадь измерения мощности	0 - 3КВт (HF), 0 - 1КВт (VHF)
Диапазон измерения мощности
Погрешность измерения мощности	±10% (всей шкалы)
Область измерения КСВ	от 1 до бесконечности
Сопротивление
Остаточный КСВ	1.2 и менее
Вносимое затухание	0.2 дБ или менее
Минимальная мощность для измерений КСВ	Приблизительно 6Вт.
	М-образный
Питание для ламп подсветки	11 - 15В постоянного тока, приблизительно 450 мА
Габариты (данные в скобках с учетом выступов)	250(Ш) х 93 (98) (В) х 110 (135) (Г)
	Приблизительно 1540 г.

Измерители мощности и КСВ Nissen
Зачастую для работы на объекте не требуется сложный и дающий полную картинку, а скорее функциональный и простой в использовании прибор. Именно такими «Рабочими лошадками» и является серия измерителей мощности и КСВ Nissen.
Простая проходная структура и высокое предельное значение мощности до 200 Вт совместно с частотным спектром 1,6-525МГц делают приборы Nissen весьма ценным подспорьем там где необходима не комплексная характеристика линии а быстрота и точность измерения.
NISSEI TX-502
Характерным представителем серии измерителей Nissen может послужить Nissen TX-502. Измерение прямых и обратных потерь, измерение КСВ, стрелочная панель с явно видимой градуировкой. Максимум функционала при лаконичном исполнении. И при этом в процессе настройки антенн этого зачастую вполне хватает для быстрого и оперативного развертывания системы связи и наладки канала.

Часто у клиента, особенно если он покупает рацию впервые, возникает недоумение при упоминании о том, что для использования рации нужно настроить антенну, а именно необходима настройка КСВ антенны . Что такое КСВ? Этот термин человеку, далекому от технических тонкостей, малопонятен и порой даже пугает. На самом деле всё просто.

Что такое КСВ? Настройка антенны производится при помощи специального прибора - КСВ-метра. Он измеряет коэффициент стоячей волны и показывает потери мощности в антенне. Чем меньше это значение (КСВ), тем лучше. Идеальное значение - 1, но на практике оно недостижимо из-за потерь сигнала в кабеле и разъемах, рабочим считается значение 1,1 - 1,5, допустимыми - значения от 2 до 3. Почему допустимыми? Потому что при слишком большом значении КСВ ваша антенна начинает не столько излучать сигнал в эфир, сколько "загонять" его обратно в рацию. А что это означает и чем это плохо, спросите вы? Во-первых, вы проигрываете в дальности связи, т. к. снижается эффективность вашей системы «рация-антенна». Во-вторых, перегреваются выходные каскады радиостанции, вплоть до возможного выхода из строя. Именно поэтому важна настройка КСВ антенны после её установки . Одним из недорогих КСВ-метров является SWR-420 или SWR-430 производства компании Optim . Он может применяться с радиостанциями диапазона 27 МГц, имеющими выходную мощность передатчика до 100 Вт. Погрешность измерений составляет не более 5%. Используя данный прибор можно добиться значений КСВ = 1,1 - 1,3, в зависимости от типа выбранной антенны (врезная или магнитная) и места ее установки. Но зацикливаться на этом не нужно. 1,5 – вполне рабочее и безопасное значение.

Как производится настройка КСВ антенны СБ диапазона ? Антенна устанавливается на кузов автомобиля, желательно в самую высокую его точку. Место установки следует выбирать тщательно, т. к. антенна должна будет находиться в нем постоянно. При установке врезной антенны следует обеспечить нормальный контакт антенны (или кронштейна) с массой и внимательно следить, чтобы не было коротких замыканий в кабеле и точках подключения кабеля к антенне и рации. Важно понимать, что кузов вашего автомобиля – это тоже элемент антенны, поэтому к месту установки и качеству контакта с массой нельзя относиться пренебрежительно.

КСВ-метр следует подключить к радиостанции через разъем TX , антенну подключить к разъему ANT и выбрать предел проходящего уровня мощности. Для калибровки прибора необходимо установить переключатель в положение FWD , включить радиостанцию на передачу на нужном канале и установить стрелку индикатора SWR на крайнее деление SET красной шкалы. После этого прибор готов для измерений. Для проверки КСВ на текущем канале переводим переключатель в положение REF (радиостанция при этом продолжает работать на передачу) и смотрим на показания индикатора по верхней шкале, это и будет действительное значение КСВ. Если оно лежит в интервале 1-1,5 - настройку можно считать законченной и успешной. Если выходит за это значение, то начинаем подбирать оптимальное значение. Для этого сначала находим минимальное значение КСВ на различных каналах или даже сетках. Руководствуемся простым правилом: если КСВ увеличивается с ростом частоты, то антенну нужно укоротить, если уменьшается, то удлинить . Открутив фиксирующие штырь винты, двигаем его в нужную сторону, затягиваем винты и снова проверяем показания прибора. Если штырь вставлен до предела, а КСВ все еще высокий, то придется укорачивать штырь физически путем откусывания. Если штырь выдвинут максимально, то придется увеличивать длину согласующей катушки (на практике, в этом случае антенну проще поменять).

В города Белоярский, Белорецк, Верхняя Салда, Глазов, Губкинский, Каменск-Уральский, Качканар, Коротчаево, Красноуральск, Кунгур, Кушва, Лангепас, Невьянск, Приобье, Радужный, Салават, Стрежевой, Туймазы, Урай, Междуреченский, Надым, Озерск, Пионерский, Пуровск, Бузулук, Пелым, Покачи, Прокопьевск, Пурпе, Югорск, Северск, Серов, Сибай, Соликамск, Сухой лог, Чайковский, Чусовой, Октябрьский, Симферополь, Тобольск, Ишим, Когалым, Шадринск, Нягань, Сарапул, Южноуральск - компанией КИТ .

Доставка КСВ-метра возможна в любые населенные пункты Почтой России наложенным платежом или EMS Почтой , например: Алапаевск, Артёмовский, Асбест, Астана, Актобе, Аксу, Атырау, Аксай, Алматы, Балхаш, Байконур, Балаково, Берёзовский, Богданович, Верхняя Пышма, Заречный, Ивдель, Ирбит, Камышлов, Карпинск, Караганда, Кировград, Костанай, Кокшетау, Кызылорда, Семей, Краснотурьинск, Красноуфимск, Лесной, Нижняя Салда, Нижняя Тура, Новоуральск, Первоуральск, Полевской, Ревда, Североуральск, Сысерть, Щелкун, Тавда, Верещагино, Нытва, Лысьва, Красновишерск, Александровск, Краснокамск, Очёр, Полазна, Чернушка, Горнозаводск, Добрянка, Гремячинск, Кудымкар, Губаха, Яйва, Викулово, Ярково, Нижняя Тавда, Ялуторовск, Каскара, Казанское, Боровский, Петропавлоск, Ромашево, Голышманово, Павлодар, Тарманы, Талдыкорган, Жезказган, Винзили, Большое Сорокино, Богандинский, Упорово, Уральск, Усть-Каменогорск, Шымкент, Тараз, Омутинское, Бердюжье, Абатское, Антипино, Исетское, Туртасе, Норильск, Салехард, Воркута, Воткинск, Экибастуз.

Компания РеалРадио следит за новинками в области радиосвязи и рада предложить самые современные средства связи для выполнения любых задач. Профессиональная радиосвязь – наша специализация!

Расчет коэффициента стоячей волны по напряжению с помощью анализатора спектра производится путем пересчета через измеренное значение коэффициента отражения.

Измерение коэффициента отражения
Для процесса калибровки при измерении коэффициента отражения обычно используют цепь короткого замыкания, подсоединенную к разъему, к которому будет подключаться тестируемое устройство (см. рисунок 1). Цепь короткого замыкания, имеющая коэффициент отражения, равный 1, отражает всю падающую мощность и определяет опорный уровень обратных потерь в 0 дБ.

Рис. 1. Схема подключения для калибровки при измерении коэффициента отражения с помощью цепи короткого замыкания

Пример:
Измерение обратных потерь для фильтра. Ниже приведена процедура измерения коэффициента отражения с помощью ответвителя или направленного моста. В данном примере в качестве тестируемого устройства используется широкополосный фильтр с полосой 200 МГц.

Примечание:
Настройте анализатор таким образом, чтобы изображение занимало большую часть дисплея, после этого выполните операции, описанные ниже.

Калибровка измерения коэффициента отражения
1. Подсоедините тестируемое устройство к направленному мосту или ответвителю, как показано на рисунке 1. Подключите нагрузку к свободному порту тестируемого устройства.
Примечание:
Если возможно, используйте направленный ответвитель или мост с соответствующими разъемами для подключения к тестовому порту как для процедуры калибровки, так и для процедуры измерения. Любой адаптер, подключаемый между тестовым портом и тестируемым устройством, ухудшает согласование источника. В идеале, следует использовать один и тот же адаптер для калибровки и измерений. В случае измерения коэффициента отражения четырехполюсника, убедитесь, что ко второму порту подключена согласованная нагрузка.
2. Подсоедините выход следящего генератора анализатора к направленному мосту или ответвителю.
3. Соедините вход анализатора с портом ответвления направленного моста или ответвителя.
4. Выполните заводскую установку путем нажатия клавиш Preset, Factory Preset.
5. Включите следящий генератор и, если необходимо, установите выходную мощность -10дБ путем нажатия клавиш Source, Amplitude (On), -10, dBm.
Внимание:
Чрезвычайно большой уровень входного сигнала может повредить тестируемое устройство. Не превышайте максимальный уровень мощности, который допустим для данного тестируемого устройства.
6. Установите полосу обзора 100 МГц путем нажатия клавиш SPAN, Span, 100, MHz.
7. Установите центральную частоту на значение 200 МГц путем нажатия клавиш FREQUENCY, Center Freq, 200, MHz.
8. Установите значение полосы пропускания 3 МГц путем нажатия клавиш BW/Avg, Res BW, 3, MHz.
9. Подключите вместо тестируемого устройства цепь короткого замыкания.
10. Нормализуйте измерения путем нажатия клавиш Trace/View, More, Normalize, Store Ref (1>3), Normalize (On) (рисунок 2)

Рис. 2. Нормализация цепи короткого замыкания

Данная операция активирует функцию вычитания результатов измерения 3 из результатов измерения 1 и отображает результаты в графике измерения 1 (обозначаемого как «trace 1»). Нормализованное измерение соответствует 0 дБ потерь на отражение. Нормализация возникает при каждом запуске развертки.
Подключите вместо цепи короткого замыкания тестируемое устройство.
Примечание:
Т.к. опорное измерение хранится в графике 3, изменение измерения 3 на Clear Write (текущее значение) приведет к неверной нормализации.

Измерение обратных потерь
1. После процесса калибровки системы, описанной выше, снова подключите фильтр на место цепи короткого замыкания без изменения каких-либо установок анализатора.
2. Для определения величины обратных потерь используйте маркер. Нажмите клавишу Marker и позиционируйте маркер с помощью ручки плавной настройки для определения величины обратных потерь на данной частоте. Также можно использовать функцию Min Search путем нажатия клавиш Peak Search, Min Search, в этом случае анализатор автоматически установит маркер на точку, в которой величина обратных потерь будет максимальна (см. рисунок 3).

Рис. 3. Измерение обратных потерь для фильтра

Преобразование величины обратных потерь в значение КСВН
Величина обратных потерь может быть выражена в терминах коэффициента стоячей волны по напряжению с помощью следующей таблицы или формулы:

Таблица 1. Преобразование мощности отражения в КСВН

где RL (Return Loss) – измеренное значение потерь на отражение. КСВН иногда отображается в виде отношения. Например, 1.2:1 КСВН. Первое число обозначает значение КСВН, которое берется из таблицы или вычисляется с помощью формулы. Второе число всегда равно 1.

Сегодня КСВ-метры есть практически на любой любительской радиостанции - встроенные в фирменную аппаратуру, самостоятельные фирменные приборы или самодельные. Результаты их
работы (КСВ антенно-фидерного тракта) широко обсуждаются радиолюбителями.

Как известно, коэффициент стоячей волны в фидере однозначно определяется входным импедансом антенны и волновым сопротивлением фидера. Эта характеристика антенно-фидерного тракта не зависит ни от уровня мощности, ни от выходного сопротивления передатчика. На практике его приходится измерять на некотором удалении от антенны - чаще всего непосредственно у трансивера. Известно, что фидер трансформирует входной импеданс антенны в некоторые его значения, которые определяются длиной фидера. Но при этом в любом сечении фидера они такие, что соответствующее им значение КСВ не изменяется. Другими словами, он в отличие от импеданса, приведённого к дальнему от антенны концу фидера, не зависит от длины фидера, поэтому измерять КСВ можно и непосредственно у антенны, и на некотором удалении от неё (например, у трансивера).

В радиолюбительских кругах ходит немало легенд о «полуволновых повторителях», якобы улучшающих КСВ. Фидер с электрической длиной в половину рабочей длины волны (или в их целое число) действительно является «повторителем» - импеданс на дальнем от антенны его конце будет равен входному импедансу антенны. Единственная польза от этого эффекта - возможность дистанционно измерить входной импеданс антенны. Как уже отмечалось, на значение КСВ (т.е. на энергетические соотношения в антенно- фидерном тракте) это не влияет.

На самом деле при удалённом от точки подключения фидера к антенне измерении КСВ регистрируемое его значение всегда несколько отличается от истинного. Эти отличия объясняются потерями в фидере. Они строго детерминированы и могут только «улучшить» регистрируемое значение КСВ. Однако это эффект часто на практике бывает незначительным, если используется кабель с малыми погонными потерями и длина самого фидера сравнительно небольшая.

Если входной импеданс антенны не является чисто активным и равным волновому сопротивлению фидера, в нём устанавливаются стоячие волны, которые распределены по фидеру и состоят из чередующихся минимумов и максимумов ВЧ напряжения.

На рис. 1 показано распределение напряжения в линии при чисто активной нагрузке, несколько большей волнового сопротивления фидера. При наличии в нагрузке реактивности распределение напряжения и тока смещается влево или вправо по оси ^ в зависимости от характера нагрузки. Период повторения минимумов и максимумов по длине линии определяется рабочей длиной волны (в коаксиальном фидере - с учётом коэффициента укорочения). Их характеристикой и является значение КСВ - отношение максимального и минимального напряжения в этой самой стоячей волне, т. е. КСВ = Umax/Umin.

Напрямую значения этих напряжений определяют только с помощью измерительных линий, которые в любительской практике не применяют (в диапазоне коротких волн - и в профессиональной тоже) Причина тому простая: чтобы иметь возможность измерить изменения этого напряжения по длине линии, её длина должна быть заметно больше, чем четверть волны. Иными словами, даже для самого высокочастотного диапазона 28 МГц она должна быть уже несколько метров и соответственно ещё больше для низкочастотных диапазонов.
По этой причине и были разработаны малогабаритные датчики прямой и обратной волн в фидере («направленные ответвители»), на основе которых и изготавливают современные измерители КСВ в диапазонах коротких волн и в низкочастотном участке УКВ диапазона (примерно до 500 МГц). Они измеряют высокочастотное напряжение и токи (прямой и обратный) в конкретной точке фидера, а на основании уже этих измерений и вычисляется соответствующий им КСВ. Математика позволяет вычислить его точно по этим данным - с этой точки зрения метод абсолютно честный. Проблема состоит в погрешности датчиков как таковых.

По физике работы таких датчиков они должны измерять ток и напряжение в одной и той же точке фидера. Существует несколько вариантов исполнения датчиков - схема одного из самых распространённых вариантов приведена на рис. 2.

Они должны быть выполнены так, чтобы при нагрузке измерительного узла эквивалентом антенны (резистивной безындукционной нагрузкой с сопротивлением, равным волновому сопротивлению фидера) напряжение на датчике, которое снимается с ёмкостного делителя на конденсаторах С1 и С2, и напряжение на датчике тока, которое снимается с половин вторичной обмотки трансформатора Т1, были равны по амплитуде и сдвинуты по фазе точно на 180° или 0° соответственно. Причём эти соотношения должны сохраняться во всей полосе частот, на которую рассчитан данный измеритель КСВ. Далее эти два ВЧ напряжения либо суммируются (регистрация прямой волны), либо вычитаются (регистрация обратной волны).
Первым источником погрешностей при этом методе регистрации КСВ является то, что датчики, особенно в самодельных конструкциях, не обеспечивают названные выше соотношения между двумя напряжениями во всей полосе частот. Как результат, происходит «разбаланс системы» - проникание ВЧ напряжения из канала, обрабатывающего информацию о прямой волне, в канал, делающий это для обратной волны, и наоборот. Степень развязки этих двух каналов принято характеризовать коэффициентом направленности прибора. Даже у вроде бы хороших приборов, предназначенных для радиолюбителей, и тем более у самодельных, он редко превышает 20…25 дБ.

Это означает, что нельзя доверять показаниям подобного «измерителя КСВ» при определении небольших значений КСВ. Причём в зависимости от характера нагрузки в точке измерения (а она зависит от длины фидера!) отклонения от истинного значения могут быть в ту или иную сторону. Так, при коэффициенте направленности прибора 20 дБ значению КСВ=2 могут соответствовать показания прибора от 1,5 до 2,5. Вот почему один из методов проверки подобных приборов - измерение КСВ, не равного 1 при длинах фидера, отличающихся на четверть рабочей длины волны. Если будут получены различные значения КСВ, это лишь говорит о том, что у конкретного КСВ-метра недостаточный коэффициент направленности…
Именно этот эффект и породил, по-видимому, легенду о влиянии длины фидера на КСВ.

Ещё один момент - это не совсем «точечный» характер измерений в таких приборах (точки съёма информации о напряжении и токе не совпадают).

Влияние этого эффекта менее значимо. Другой источник погрешностей - падение эффективности выпрямления диодов датчиков при малых ВЧ напряжениях. Эффект этот известен большинству радиолюбителей. Он приводит к «улучшению» КСВ при его малых значениях. По этой причине в КСВ-метрах практически никогда не используют кремниевые диоды, у которых зона неэффективного выпрямления гораздо больше, чем у германиевых или у диодов Шотки. Наличие этого эффекта в конкретном приборе легко проверяется изменением уровня мощности, при котором производятся измерения. Если КСВ начинает «возрастать» при увеличении мощности (речь идёт о его малых значениях), значит диод, ответственный за регистрацию обратной волны, явно занижает соответствующее ей значение напряжения.

При ВЧ напряжении на выпрямителе датчика меньше 1 В (эффективное значение) линейность вольтметра, в том числе и выполненного с использованием германиевых диодов, нарушается. Этот эффект можно минимизировать, производя градуировку шкалы КСВ-метра не расчётным путём (как это часто делают), а по реальным значениям КСВ нагрузки.

Ну и, наконец, нельзя не упомянуть ток, протекающий по внешней оплётке фидера. Если не приняты соответствующие меры, он может быть заметным и влиять на показания прибора. В его отсутствии обязательно надо убедиться при измерениях КСВ реальных антенн.

Все эти проблемы присутствуют и в приборах заводского изготовления, но особенно они обостряются в самодельных конструкциях. Так, в подобных устройствах не последнюю роль может играть даже недостаточная экранировка внутри блока датчиков прямой и обратной волн.

Что касается приборов заводского изготовления, то для иллюстрации их реальных характеристик можно привести данные из обзора, опубликованного в . В лаборатории ARRL были проверены пять измерителей мощности и КСВ разных фирм. Цена - от 100 до 170 долларов США. Четыре прибора использовали двухстрелочные индикаторы прямой и обратной (отражённой) мощности, позволявшие сразу считывать значение КСВ по объединённой шкале прибора. Практически все приборы имели заметную погрешность измерения мощности (до 10…15%) и заметную неравномерность её индикации по частоте (в полосе частот 2…28 МГц). То есть можно ожидать, что погрешность отсчёта КСВ будет выше приведённых значений. Более того, не все приборы, будучи подключёнными к эквиваленту антенны, показывали КСВ=1. Один из них (не самый дешёвый) даже показал 1,25 на частоте 28 МГц.
Иными словами, надо быть аккуратным при проверке самодельных КСВ-метров по приборам, которые выпускаются для радиолюбителей. И в свете сказанного совсем смешно звучат заявления некоторых радиолюбителей, которые нередко можно услышать в эфире или прочитать в радиолюбительских статьях в Интернете или в журналах, что у них КСВ, к примеру, 1,25… Да и целесообразность введения в подобные приборы цифрового отсчёта значений КСВ представляется не такой уж целесообразной.

Борис СТЕПАНОВ

Итак, вот вы купили радиостанцию, антенну и прикрутив комплект к машине, с удивлением обнаруживаете, что вас не слышно. Дураки покупают усилитель, а умные настраивают антенну. Вы же умные, да? Поэтому начав разбираться в причинах, первым делом натыкаетесь на слова КСВ или “Коэффициент стоячей волны”.

Итак, что такое КСВ или “коэффициент стоячей волны”? Эта такая циферка, которая характеризует правильность настройки. Чем меньше, тем лучше. Меньше 1 не бывает. Что она означает, вы сможете прочитать в интернете: статей не просто много, а очень много.

Как его измерить? Обычно там же, где продают радиостанции и антенны, можно купить и КСВ-метр. Профессиональный вам совершенно не нужен, берите самый дешевый, он должен стоить 400-500 рублей максимум. В качестве показометра его хватит за глаза.

Первым делом его надо подключить. Обычно все нарисовано на картинках, но если что, то в ANT или ANTENNA надо прикрутить антенну, а в TRANSMITTER или RADIO – выход от радиостанции.

Включаем радиостанцию.

Теперь посмотрите на сам КСВ-метр. Там есть переключатели REF-FWD и/или PWR/SWR. 1. Щелкаем в SWR и FWD.

2. Теперь нажимаем на тангете радиостанции “передача” и крутилкой на КСВ-метре выводим стрелочку на максимум на шкале.

3. Щелкаем на REF.

4. Снова нажимаем “передача” и смотрим на шкалу, которая с буковками SWR. Это и есть искомый КСВ.

Ну вот, получили циферку. Скажем, 2.5 или 3. А везде пишут, что КСВ должен быть 1! Иначе плохо. Чего делать?

Ниже икслюзивная картинка от меня.

Как видите, график значений КСВ представляет собой нечто, смахивающее на U или V. Сразу скажу, у всех он разный! У кого-то склоны крутые, а у кого-то пологие. У кого-то левый круче правого или наоборот … У кого-то минимум графика проходит через КСВ=1, а у кого-то и двойка идеалом будет. В общем, ваше – оно только ваше!

Наша задача – поставить минимум графика на тот канал, в котором больше всего общаетесь. Скажем, 15й, где дальнобои общаются.

Первое, что необходимо понять – на каком “склоне” сейчас все настроено. Это просто: ставим станцию на 1й канал, замеряем КСВ, затем на 15й, снова замеряем, затем на 30й, снова замеряем. Смотрим на циферки.

Циферки падают – вы на левом. Антенну надо удлинять.

Цифреки растут – вы на правом склоне. Антенну надо укорачивать.

Циферки в духе “большая-маленькая-большая” – у вас график КСВ очень узкий, уменьшите шаг. Ну или вы очень близко к цели – хватит антенну подвигать в держателе.

Циферки в духе “одинаковая-одинаковая-одинаковая” – у вас график КСВ очень широкий. Длиной антенны изменить крайне маловероятно.

По моему опыту скорее всего придется обрезать антенну. Остальные случаи встречаются очень редко …

После удлинения или укорачивания антенны процесс измерения повторить до достижения минимального значения КСВ на нужном канале. Повторюсь, минимально достижимый уровень у каждой установки свой!

Как укорачивать? Любыми мощными кусачками по сантиметру от верхушки откусывать. Тут главное не перестараться, ибо удлинять гораздо муторней, чем обрезать.

Как удлинять? Вот тут сложнее. Если не хватает диапазона регулировок самой антенны, то обычно припаивают/прикручивают/приваривают к верхушке кусок с запасом, что бы потом обрезать …

Более продвинутые могут все тоже самое сделать изменением числа витков намотанного на катушку провода (утолщение такое снизу антенны), но продвинутым эта рассказка не нужна 🙂

Какие значения КСВ хорошие, а какие плохие? Грубо говоря все что больше 2,5 это плохо. 1,5-2,5 – потянет. 1,1-1,5 хорошо. 1 – отлично.

У вас большой КСВ и не уменьшается? 99% за то, что очень плохой контакт где-то в цепочке “масса антенны – корпус машины – корпус радиостанции”. Или в антенном проводе и разъемах.

Видите, как все просто?