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!
Почти каждый пользователь радиостанции или трансивера сталкивается с необходимостью оптимального согласования антенно-фидерного устройства и передатчика. Эта проблема актуальна для тех, кто пользуется «стационарными» радиостанциями (в том числе для радиообмена в гражданском диапазоне 27 МГц), так и для тех, кто использует автомобильные АМ и ЧМ трансиверы. Для увеличения зоны действия портативной (носимой) радиостанции подключают соответствующую внешнюю антенну. Решение этой проблемы важно для тех, кто уже имеет или собирается приобрести и зарегистрировать радиостанцию, ведет ативный и эффективный (на дальние расстояния) радиообмен. Для этого и необходим КСВ-метр.
КСВ-метр – это измеритель коэффициента стоячей волны. Автор в своей лаборатории имеет два промышленных измерителей КСВ – SWR-430 Optim (вариант SWR-121) и SX-40 (вариант SX-40). Об общих принципах настройки антенного хозяйства с помощью КСВ-метров хорошо описано в .
КСВ-метр SWR-430
КСВ-метр SWR-430, внешний вид которого показан на фото 1
, измеряет КСВ в линиях питания (фидерных линиях) антенного хозяйства гражданского диапазона 27 МГц (диапазон частот измерений 24…30 МГц) и является необходимым устройством для качественной настройки антенн. Это, в свою очередь, обеспечивает качественную работу приемо-передающих устройств. Поскольку любая антенна настраивается «под передатчик», именно от резонанса антенного хозяйства и передающего тракта конкретной радиостанции зависит эффективность и дальность работы конкретного радиокорреспондента.
Прибор SWR-430 помимо КСВ может измерять выходную мощность передатчика радиостанции. Шкала стрелочного индикатора (фото 1 ) в устройстве только одна, функции измерения КСВ и мощности передатчика переключаются на передней панели полосковым переключателем.
Погрешность устройства не более 5%, импеданс 50 Ом. Устройство годится для измерения проходной мощности до 100 Вт, что вполне удовлетворяет запросам радиолюбителей, поскольку большинство современных трансиверов имеют максимальную мощность до 100 Вт, кроме того, в России по требованиям Роскомнадзора работать с мощностью выше этого значения могут только специалисты.
Диапазон градуировки стрелочного индикатора 1…1:3. Это прибор небольшой точности измерения, однако с его помощью можно настроить антенну простым способом, что, безусловно, лучше, чем полное отсутствие приборов настройки антенного хозяйства.
Замечу, что аналогичные по характеристикам устройства SWR-420 Optim и SWR-121 могут изменять только КСВ без возможности измерения мощности.
Измерители КСВ и мощности
SX
-20 и
SX
-40
Измерители КСВ и мощности SX-20 и SX-40 (см. фото 1
) представляет собой устройство с двумя функциями: позволяет измерить мощность и КСВ в диапазоне 140..525 МГц.
На передней панели прибора установлен переключатель максимальной мощности 15/150 Вт. Причем минимальная измеряемая мощность всего 1 Вт, что позволяет настраивать антенное хозяйство портативных радиостанций в режиме «LOW», не опасаясь выхода из строя выходного каскада при любом из возможных значений входного сопротивления антенны.
КСВ-метр модели SX-20 предназначен для измерения мощности и КСВ в диапазоне 1,8…200 МГц. Он имеет переключатель максимальной измеряемой мощности 30/300 Вт.
У обоих устройств волновое сопротивление (импеданс) 50 Ом (для подключения к кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом), подключаемый с помощью разъема UHF. Минимальная мощность радиостанции 2 Вт.
Самодельный КСВ-метр
Те радиолюбители, кто редко ремонтирует и настраивает радиостанции, пользуются для настройки и согласования трансиверов и АФУ услугами «выездных специалистов», что сегодня обходится весьма дорого, как и любые работы в сфере обслуживания и ремонта. Хотя специалисты для настройки и согласования пользуются все теми же измерителями КСВ. Так не проще ли собрать его самому? Для тех, кто готов сам собрать измеритель КСВ и научиться пользоваться им, предлагаю следующие рекомендации.
Для согласования выхода передатчика с фидером используется специальное согласующее устройство, а антенна согласуется с кабелем, как, правило, изменением длины антенны.
Принципиальная электрическая схема самодельного измерителя КСВ с согласующим устройством показана на рис.1
.
Согласующее устройство состоит из двух конденсаторов переменной емкости С1 и С2 с воздушным диэлектриком (например, КПЕ-4…50, 1КЛМВ-1) и бескаркасной катушки индуктивности L1. Она содержит 8 витков медного провода без изоляции диаметром 2,2 мм с диаметром намотки25 мм и длиной 22 мм. Индуктивность такой катушки составит 1,2 мкГн. Настройка согласования производится конденсаторами С1 и С2. Показания считывают по шкале миллиамперметра ИП. КСВ-метр при настройке устанавливается между согласующим устройством и фидерной линией.
Измеритель КСВ показывает, насколько близко к режиму бегущей волны (отсутствие отраженного сигнала от нагрузки) находится система «радиостанция-фидер-антенна».
Согласующее устройство измерителя подключают к гнезду антенны передатчика с помощью отрезка кабеля (длиной более 1 м) с волновым сопротивлением 50 Ом, например, РК-50 или аналогичного.
Измерительная часть КСВ-метра конструктивно выполнена из отрезка того же кабеля длиной 160 мм с удаленной внешней изоляций. Этот отрезок кабеля после всех подготовительных работ загибают подковой. Экран провода соединяют с «общим проводом» передатчика. Конструкция и внешний вид окончательно оформленного отрезка кабеля показан на рис.2
.
Внутреннюю жилу кабеля (2) подсоединяют соответственно одним концом к согласующему устройству (конденсатор С2), а другим – к фидеру антенны. Внутри экранирующего провода КСВ-метра (отрезка кабеля длиной 160 мм с удаленной изоляцией – 1) аккуратно с помощью иголки прокладывают гибкий изолированный провод типа МГТФ-0,8 (3) и от его середины выводят отвод для подключения резистора R1. Концы внутреннего провода МГТФ-0,8 (может быть применен любой аналогичный провод МГТФ-1, МГТФ-2) пропаивают к германиевым диодам VD1, VD2.
О деталях
Резистор R1 мощностью 2 Вт с сопротивлением в приделах 30…150 Ом. Переменный резистор R2 типа СПО-1. В качестве диодов VD1, VD2 использует «старые» германиевые диоды из серий Д2, Д9, Д220, Д311 с любым буквенным индексом.
Измерительный прибор любой градуированный, с током полного отклонения 1 мА. Переключатель SB1 типа тумблер, например МТS-1. Корпус для устройства измерителя КСВ может быть выбран любым подходящим, экранированным.
Внешний вид готового устройства может быть таким (например, как в авторском варианте), как показано на фото 2
.
Перед включением радиостанции и согласующего устройства проводят необходимые подготовительные работы: подключают антенно-фидерное устройство, устанавливают переключатель SB1 в положение «ПР» (в левое по схеме положение), а движок переменного резистора R2 устанавливают в среднее положение.
После подачи питания на радиостанцию и включения в ее режим «передача», перемещением движка переменного резистора R2 добиваются максимального отклонения стрелки миллиамперметра вправо, к примеру, до цифры «10» (если эта цифра является максимальной градуированной величиной на шкале). После этого переводят переключатель SB1 в положение «ОБР» и фиксируют новое показание по шкале прибора (заметно меньше предыдущего), что соответствует значению обратной волны.
По формуле КСВ=(П пр + П обр) / (П пр – П обр) находят значение КСВ, где П пр – показание прибора в режиме прямой волны (переключатель SB1в левом по схеме положении).
П обр – показание прибора при обратной волне. Например, П пр =10, П обр =2, тогда КСВ = (10 + 2) /(10 — 2)=1,5.
Потери на отражение волны в цепи «передатчик-фидер-антенна» зависят от величины КСВ и приведены в таблице
.
Для оптимального согласования желательно иметь КСВ в пределах 1,1…1,5, в этом случае потери на отражение волны составят 5…12%, что вполне допустимо.
Перед началом настройки антенны желательно убедиться в правильности показаний имеющегося КСВ-метра иметь «контрольную» антенну, которой может быть штатная антенна от переносной радиостанции или даже самодельный четверть-волновый (1/4) «штырь».
В своих запасах хорошо иметь два КСВ-метра, рассчитанных для работы с фидерами, имеющими волновое сопротивление и 50 и 75 Ом, и, конечно, несколько «образцов» используемых кабелей.
Сравнительные измерения (сравнительная эффективность) сводятся к определению уровня напряженности поля, и тогда, снять диаграмму направленности антенны, но такие возможности имеются не у всех радиолюбителей.
Согласование антенного хозяйства с помощью рассмотренного самодельного прибора сводится к тому, что при условии постоянной длины штыря антенны, изменением емкости конденсаторов С1 и С2 согласующего устройства, а также изменением емкости подстроечного конденсатора в основании антенны добиваются необходимых значений КСВ.
Если штырь антенны, а в некоторых моделях и его «противовес», конструктивно имеют возможность регулировки длины, то э то является дополнительной возможностью настройки всей системы согласования.
таким простым методом можно воспользоваться для настройки радиолюбительских УКВ-трансиверов и даже автомобильных радиостанций, работающий в гражданском диапазоне частот, с выходной мощностью 0,5…15 Вт и укомплектованных простыми конструкциями антенн.
Вы стали счастливым обладателем портативной или автомобильной радиостанции? Теперь настал черед подготовить рацию к работе. Механическая часть работы, описанная производителем в инструкции, не вызывает проблем - для этого нужен минимальный набор инструментов и немного сообразительности. А вот с настройкой антенны не все так просто.
Если, следуя схеме, механически соединить провода, то, скорее всего, вас не будет слышно. Начинаем разбираться, и возникает вопрос: что такое коэффициент стоячей волны антенны, или SWR, если инструкция на английском.
Это коэффициент, который показывает, какая часть энергии радиоволны уходит на антенну, а какая часть возвращается назад в фидер. Без правильной настройки КСВ ваша рация не будет работать корректно и не обеспечит комфортного общения.
Коэффициент стоячей волны антенны
Если совсем просто, то это цифра на измерительном приборе, характеризующая правильность настроек вашей радиостанции. Разберемся в физической сути КСВ.
Радиоволны распространяются в волноводе - антенно-фидерном тракте. То есть сигнал, поступающий от передатчика, попадается на антенну посредством кабельного соединения-фидера. Не вникая в теорию волн, пользователю радиостанции нужно понимать, что в любом волноводе присутствуют падающие и отраженные волны. Падающие волны поступают непосредственно на антенну, а отраженные возвращаются назад в фидер и ничем, кроме обогрева окружающей атмосферы, не занимаются. Все волны имеют свойство складываться. В результате сложения амплитуд отраженных и падающих волн создает неравномерное поле по всей длине фидера-кабеля. Таким образом формируются обратные потери КСВ. Чем их больше, тем слабее сигнал вашей радиостанции и тем хуже вас будут слышать абоненты.
Специалисты различают коэффициенты стоячих волн по напряжению (КСВН) и по мощности (КСВ). Практически эти понятия настольно взаимосвязаны, что для пользователя, производящего настройку своей радиостанции, разницы нет никакой.
Коэффициент стоячей волны: формула расчета
Коэффициент KSV при настройке радиостанции не рассчитывается по формулам, а определяется с помощью специального прибора. Что такое КСВ метр? Это несложное для пользователя электронное устройство, которое показывает разницу амплитуд колебаний, а это и есть коэффициент стоячей волны.
Формула КСВ расчета не самая сложная:
КСВ = Umax/Umin
В ней в числителе и знаменателе максимальные и минимальные амплитуды:
- Umax - сумма мощностей падающей и отраженной волны;
- Umin - разнице между модностью падающего и отраженного сигнала.
Несложно сделать вывод, что при равенстве Umax и Umin КСВ будет равен единице и это идеальные условия для эффективной работы вашей радиостанции. Но, поскольку идеальных условий в природе не существует, то при настройке КСВ антенны вам придется постараться подтянуть КСВ к единице.
Что может быть причиной повышенного КСВ? Факторов множество:
- волновое сопротивление кабеля и источника радиосигнала;
- некорректная спайка, неоднородность волноводов;
- некачественная разделка кабеля в мочках разъемов;
- переходники;
- повышенное сопротивление в месте соединения кабеля с антенной;
- некачественная сборка передатчика и КСВН антенны.
Если не вдаваться в формулы расчета КСВ, которые для владельца автомобильной радиостанции представляют мало интереса, то перейдем к практическому аспекту настройки антенны.
Как измерить КСВ
Прежде всего, вам нужен КСВ-метр. Его можно купить или взять в аренду. Затем:
- включите рацию и установите ее переключатель в положение SWR;
- нажмите передачу на тангенте и регулятором КСВ-метра выведите стрелку на максимум;
- щелкните REF и снова нажмите на тангенту;
- посмотрите, что показывает стрелочка на шкале SWR - это и есть ваш КСВ.
Он, конечно же, будет далек от идеала-единицы, но зато вам есть теперь чем заняться. Кстати, при показателе в пределах:
- 1,1-1,5 работать можно;
- 1,5-2,5 - в принципе удовлетворительно;
- больше 2,5 - нужно поработать.
Что делать? Это предмет отдельной большой статьи или повод обратиться к мастеру, знающему, что такое КСВ и как с ним работать.
Купить прибор для определения КСВ вы можете прямо сейчас на нашем сайте. В каталоге вашему вниманию представлены профессиональные и любительские модификации брендов VEGA и Optim, которые можно использовать не только при установке антенны, но и для постоянного мониторинга работы радиостанции.
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
