Все про коефіцієнт стоячої хвилі. Коефіцієнт стоячої хвилі Норми кбв ксв цифрового мовлення радіомовлення
Після того, як антена встановлена, її необхідно налаштувати мінімум значення КСВ в середині ділянки робочих частот або якщо передбачається працювати тільки на одній частоті, за мінімальним значенням КСВ на цій частоті.
Що таке КСВ? КСВ – коефіцієнт стоячої хвилі – це міра узгодження антенно-фідерного тракту. Він показує відсоток втрат потужності в антені. Втрати потужності за різних значень КСВ наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Втрати потужності за різних значень КСВ
Рис 1. Схема підключення КСВ метра
УВАГА!!! Прилад повинен допускати роботу при Вашій вихідній потужності! Тобто якщо прилад розрахований на максимальну потужність 10Вт, а йому на вхід подати 100Вт, то результат буде цілком очевидний у вигляді диму і відчутний органами нюху. Перемикач потрібно поставити у положення FWD (пряме включення). Увімкнувши передачу, потрібно виставити ручкою стрілку-покажчик на кінець шкали. Таким чином проводиться калібрування показань приладу. Калібрувати прилад потрібно щоразу при зміні робочої частоти. Далі, переключивши (при відключеній передачі) прилад у положення REF (зворотне включення), включити передачу і рахувати значення КСВ за шкалою приладу.
Розглянемо приклад налаштування антени на середню частоту сітки (частота 27,205МГц) зміною довжини штиря. Спочатку потрібно виміряти значення КСВ на 1 каналі сітки С. Потім на останньому (40) каналі сітки С. Якщо значення КСВ більше 3 в обох випадках, антена встановлена неправильно, не розрахована на роботу в цьому діапазоні або має несправності. Якщо КСВ, виміряний на 1 каналі, більше значення КСВ на 40 каналі, значить довжину штиря потрібно вкоротити, якщо навпаки - штир необхідно подовжити (висунути з тримача). Встаємо на 20 канал сітки, вимірюємо КСВ, запам'ятовуємо його значення. Відкручуємо гвинти, що фіксують штир, рухаємо його на 7-10 мм у потрібну сторону, затягуємо гвинти, перевіряємо КСВ знову. Якщо штир вставлений до краю, а КСВ все ще високий, то доведеться коротити штир фізично. Якщо штир висунуто максимально, то доведеться збільшувати довжину котушки, що узгоджує. Встановлюємо штир посередині кріплення. Відкушуємо 5-7 мм, вимірюємо КСВ, знову відкушуємо. При цьому слідкуємо, щоб значення КСВ зменшувалося. Як тільки воно досягне мінімуму і почне збільшуватися, припиняємо знущатися з штиря і далі регулюємо його довжину зміною положення в антені Таким чином знаходимо мінімум КСВ.
Зверніть увагу, що антену треба налаштовувати тільки за місцем її ОКАНТАЧНОЇ установки. Це означає, що перенісши антену на інше місце, її знову необхідно буде налаштовувати.
Якщо Ви отримали КСП порядку 1,1-1,3, це відмінний результат.
Якщо Ви отримали КСВ порядку 1,3-1,7, це теж непогано і Вам нема про що турбуватися.
Якщо КСВ 1,8 - 2, то слід звернути увагу на втрати в ВЧ роз'ємах (неправильне оброблення кабелю, погане пропаювання центральної жили кабелю і т. д.) Для антени такий рівень узгодження означатиме, що вона має проблеми з узгодженням, і вона потребує налаштування.
КСВ 2,1 - 5 означає явну несправність в антені або неправильне встановлення. КСВ більше 5 означає обрив центральної жили в кабелі або в антені.
З іншого джерела
Довжини 50-омного кабелю в напівхвилях, режим "напівхвильового повторювача" (правильно для кабелів із суцільною поліетиленовою ізоляцією центральної жили)
Кількість напівхвиль
Сітка "C" Сітка "D" Сітки "C"& "D"
Середня частота МГц
27.5
Довжина відрізка кабелю
1 3.639м 3.580м 3.611м
2 7.278м 7.160м 7.222м
3 10.917м 10.739м 10.833м
4 14.560м 14.319м 14.444м
5 18.195м 17.899м 18.055м
Сьогодні КСВ-метри є практично на будь-якій аматорській радіостанції – вбудовані у фірмову апаратуру, самостійні фірмові прилади чи саморобні. Результати їх
роботи (КСВ антенно-фідерного тракту) широко обговорюються радіоаматорами.
Як відомо, коефіцієнт стоячої хвилі у фідер однозначно визначається вхідним імпедансом антени і хвильовим опором фідера. Ця характеристика антенно-фідерного тракту залежить від рівня потужності, ні від вихідного опору передавача. На практиці його доводиться вимірювати на деякій відстані від антени - найчастіше безпосередньо у трансівера. Відомо, що фідер трансформує вхідний імпеданс антени деякі його значення, які визначаються довжиною фідера. Але при цьому в будь-якому перерізі фідера вони такі, що відповідне значення КСВ не змінюється. Іншими словами, він на відміну від імпедансу, приведеного до далекого від антени кінця фідера, не залежить від довжини фідера, тому вимірювати КСВ можна і безпосередньо в антени, і на деякій відстані від неї (наприклад, у трансівера).
У радіоаматорських колах ходить чимало легенд про «напівхвильові повторювачі», які нібито покращують КСВ. Фідер з електричною довжиною в половину робочої довжини хвилі (або їх ціле число) дійсно є «повторником» - імпеданс на далекому від антени його кінці дорівнюватиме вхідному імпедансу антени. Єдина користь від цього ефекту – можливість дистанційно виміряти вхідний імпеданс антени. Як зазначалося, значення КСВ (тобто енергетичні співвідношення в антенно- фідерному тракті) це впливає.
Насправді при віддаленому від точки підключення фідера до антени вимірі КСВ його значення, що реєструється, завжди дещо відрізняється від істинного. Ці відмінності пояснюються втратами у фідері. Вони строго детерміновані і можуть лише «поліпшити» значення КСВ, що реєструється. Однак цей ефект часто практично буває незначним, якщо використовується кабель з малими погонними втратами і довжина самого фідера порівняно невелика.
Якщо вхідний імпеданс антени не є суто активним і рівним хвильовому опору фідера, в ньому встановлюються стоячі хвилі, які розподілені по фідеру і складаються з мінімумів і максимумів ВЧ напруги, що чергуються.
На рис. 1 показано розподіл напруги в лінії при чисто активному навантаженні, дещо більше хвильового опору фідера. За наявності в навантаженні реактивності розподіл напруги і струму зміщується вліво або вправо по осі в залежності від характеру навантаження. Період повторення мінімумів і максимумів по довжині лінії визначається робочою довжиною хвилі (у коаксіальному фідері – з урахуванням коефіцієнта укорочення). Їхньою характеристикою і є значення КСВ - відношення максимальної та мінімальної напруги в цій самій стоячій хвилі, тобто КСВ = Umax/Umin.
Безпосередньо значення цих напруг визначають тільки за допомогою вимірювальних ліній, які в аматорській практиці не застосовують (у діапазоні коротких хвиль - і в професійній теж). чверть хвилі. Іншими словами, навіть для найвищого частотного діапазону 28 МГц вона повинна бути вже кілька метрів і відповідно ще більше для низькочастотних діапазонів.
З цієї причини і були розроблені малогабаритні датчики прямої та зворотної хвиль у фідері («спрямовані відгалужувачі»), на основі яких і виготовляють сучасні вимірювачі КСВ у діапазонах коротких хвиль та низькочастотній ділянці УКХ діапазону (приблизно до 500 МГц). Вони вимірюють високочастотну напругу і струми (прямий і зворотний) в конкретній точці фідера, а на підставі цих вимірювань і обчислюється відповідний їм КСВ. Математика дозволяє обчислити його за цими даними - з цього погляду метод абсолютно чесний. Проблема полягає у похибці датчиків як таких.
По фізиці роботи таких датчиків вони повинні вимірювати струм і напругу в одній точці фідера. Існує кілька варіантів виконання датчиків – схема одного з найпоширеніших варіантів наведена на рис. 2.
Вони повинні бути виконані так, щоб при навантаженні вимірювального вузла еквівалентом антени (резистивним безіндукційним навантаженням з опором, рівним хвильовому опору фідера) напруга на датчику, яке знімається з ємнісного дільника на конденсаторах С1 і С2, і напруга на датчик вторинної обмотки трансформатора Т1, дорівнювали по амплітуді і зрушені по фазі точно на 180° або 0° відповідно. Причому ці співвідношення повинні зберігатися у всій смузі частот, яку розрахований даний вимірник КСВ. Далі ці два ВЧ напруги або підсумовуються (реєстрація прямої хвилі), або віднімаються (реєстрація зворотної хвилі).
Першим джерелом похибок при цьому методі реєстрації КСВ є те, що датчики, особливо в саморобних конструкціях, не забезпечують вище зазначені співвідношення між двома напругами у всій смузі частот. Як результат, відбувається «розбаланс системи» - проникнення ВЧ напруги з каналу, що обробляє інформацію про пряму хвилю, канал, що робить це для зворотної хвилі, і навпаки. Ступінь розв'язки цих двох каналів прийнято характеризувати коефіцієнтом спрямованості приладу. Навіть у начебто хороших приладів, призначених для радіоаматорів, і тим більше саморобних, він рідко перевищує 20 ... 25 дБ.
Це означає, що не можна довіряти показанням подібного «вимірника КВВ» при визначенні невеликих значень КВР. Причому залежно від характеру навантаження у точці виміру (а вона залежить від довжини фідера!) відхилення від справжнього значення можуть бути у той чи інший бік. Так, при коефіцієнті спрямованості приладу 20 дБ значення КСВ=2 можуть відповідати показання приладу від 1,5 до 2,5. Ось чому один із методів перевірки подібних приладів - вимір КСВ, не рівного 1 при довжинах фідера, що відрізняються на чверть робочої довжини хвилі. Якщо будуть отримані різні значення КВВ, це лише говорить про те, що у конкретного КВВ-метра недостатній коефіцієнт спрямованості.
Саме цей ефект і породив, очевидно, легенду вплив довжини фідера на КСВ.
Ще один момент - це не зовсім «точковий» характер вимірювань у таких приладах (точки знімання інформації про напругу та струм не збігаються).
Вплив цього ефекту менш значущий. Інше джерело похибок - падіння ефективності випрямлення діодів датчиків при малих напругах ВЧ. Цей ефект відомий більшості радіоаматорів. Він призводить до «покращення» КСВ за його малих значень. З цієї причини в КСВ-метрах практично ніколи не використовують кремнієві діоди, у яких зона неефективного випрямлення набагато більша, ніж у германієвих або діодів Шотки. Наявність цього ефекту в конкретному приладі легко перевіряється зміною рівня потужності, при якому вимірюються. Якщо КСВ починає «зростати» зі збільшенням потужності (йдеться його малих значеннях), отже діод, відповідальний реєстрацію зворотної хвилі, явно занижує відповідне їй значення напруги.
При ВЧ напрузі на випрямлячі датчика менше 1 (ефективне значення) лінійність вольтметра, у тому числі і виконаного з використанням германієвих діодів, порушується. Цей ефект можна мінімізувати, здійснюючи градуювання шкали КСВ-метра не розрахунковим шляхом (як це часто роблять), а за реальними значеннями КСВ навантаження.
Ну і, нарешті, не можна не згадати струм, що протікає по зовнішньому обплітанню фідера. Якщо не вжито відповідних заходів, він може бути помітним і впливати на показання приладу. За його відсутності обов'язково треба переконатися при вимірах КСВ реальних антен.
Всі ці проблеми є і в приладах заводського виробництва, але особливо вони загострюються в саморобних конструкціях. Так, у подібних пристроях не останню роль може грати навіть недостатнє екранування всередині блоку датчиків прямої та зворотної хвиль.
Щодо приладів заводського виготовлення, то для ілюстрації їх реальних характеристик можна навести дані з огляду, опублікованого в . У лабораторії ARRL було перевірено п'ять вимірювачів потужності та КСВ різних фірм. Ціна – від 100 до 170 доларів США. Чотири прилади використовували двострілочні індикатори прямої та зворотної (відбитої) потужності, що дозволяли відразу зчитувати значення КСВ за об'єднаною шкалою приладу. Практично всі прилади мали помітну похибку вимірювання потужності (до 10...15%) та помітну нерівномірність її індикації за частотою (у смузі частот 2...28 МГц). Тобто можна очікувати, що похибка відліку КСВ буде вищою за наведені значення. Понад те, в повному обсязі прилади, будучи підключеними до еквіваленту антени, показували КСВ=1. Один із них (не найдешевший) навіть показав 1,25 на частоті 28 МГц.
Іншими словами, треба бути обережним під час перевірки саморобних КСВ-метрів за приладами, що випускаються для радіоаматорів. І у світлі сказаного зовсім смішно звучать заяви деяких радіоаматорів, які нерідко можна почути в ефірі або прочитати в радіоаматорських статтях в Інтернеті або в журналах, що у них КСВ, наприклад, 1,25… Та й доцільність введення в подібні прилади цифрового відліку значень КСВ видається не такою вже доцільною.
Борис СТЕПАНОВ
При монтажі та налаштуванні систем радіозв'язку часто вимірюють якусь не всім і не зовсім ясну величину КСВ. Що ж це за характеристика, крім спектра частот, що вказується в характеристиках антен?
Відповідаємо:
Коефіцієнт стоячої хвилі (КСВ), коефіцієнт хвилі (КБВ), що біжить, зворотні втрати це - терміни, що характеризують ступінь узгодження радіочастотного тракту.
У високочастотних лініях передачі відповідність опору джерела сигналу хвильовому опору лінії визначає умови проходження сигналу. При рівності цих опорів в лінії виникає режим хвилі, що біжить, при якому вся потужність джерела сигналу передається в навантаження.
Виміряний на постійному струмі тестером опір кабелю покаже або холостий хід або коротке замикання в залежності від того, що підключено до іншого кінця кабелю, а хвильовий опір коаксіального кабелю визначається співвідношенням діаметрів внутрішнього і зовнішнього провідників кабелю і характеристиками ізолятора між ними. Хвильовий опір це опір, який надає лінія хвилі високочастотного сигналу, що біжить. Хвильовий опір постійно вздовж лінії не залежить від її довжини. Для радіочастот хвильовий опір лінії вважають незмінним та суто активним. Воно приблизно дорівнює:
де L і З розподілені ємність та індуктивність лінії;
Де: D – діаметр зовнішнього провідника; d – діаметр внутрішнього провідника; - діелектрична проникність ізолятора.
При розрахунку радіочастотних кабелів прагнуть одержати оптимальну конструкцію, що забезпечує високі електричні характеристики при найменшій витраті матеріалів.
При використанні міді для внутрішнього та зовнішнього провідників радіочастотного кабелю справедливі співвідношення:
мінімальне згасання в кабелі досягається щодо діаметрів 
максимальна електрична міцність досягається при: 
максимум потужності, що передається при: 
виходячи з цих співвідношень, обрані хвильові опори радіочастотних кабелів, що випускаються промисловістю.
Точність та стабільність параметрів кабелю залежать від точності виготовлення діаметрів внутрішнього та зовнішнього провідників та стабільності параметрів діелектрика.
В ідеально узгодженій лінії відображення відсутнє. Коли опір навантаження дорівнює хвильовому опору лінії передачі, хвиля, що падає, повністю поглинається в навантаженні, відбита і стояча хвилі відсутні. Такий режим називається режимом хвилі, що біжить.
При короткому замиканні або холостому ході лінії на кінці лінії падаюча хвиля повністю відбивається назад. Відбита хвиля складається з падаючої, і результуюча амплітуда в будь-якому перерізі лінії є сумою амплітуд падаючої та відбитої хвиль. Максимум напруги називається пучністю, мінімум напруги вузлом напруги. Вузли та пучності не рухаються щодо лінії передачі. Такий режим називається режимом стоячої хвилі.
Якщо на виході лінії передачі підключено довільне навантаження, тільки частина хвилі, що падає, відображається назад. Залежно від ступеня неузгодженості зростає відбита хвиля. У лінії одночасно встановлюються стояча і хвилі, що біжить. Це режим змішаних чи комбінованих хвиль.
Коефіцієнт стоячої хвилі (КСВ) це безрозмірна величина, що характеризує співвідношення падаючої та відбитої хвиль в лінії, тобто ступінь наближення до режиму хвилі, що біжить: 
; як видно за визначенням, КСВ може змінюватися від 1 до нескінченності;
КСВ змінюється пропорційно співвідношенню опору навантаження до хвильового опору лінії: 
Коефіцієнт хвилі, що біжить, це величина зворотна КСВ: 
КБВ = може змінюватися від 0 до 1;
- Зворотні втрати (return loss) – це відношення потужностей падаючої та відбитої хвиль, виражене в децибелах.
або навпаки: 
Зворотні втрати зручно використовувати при оцінці ефективності фідерного тракту, коли втрати кабелю, що виражаються в дБ/м, можна просто підсумувати зі зворотними втратами.
Величина втрат на неузгодженість залежить від КСВ:
у разах або 
у децибелах.
Передається енергія при неузгодженому навантаженні завжди менше, ніж при узгодженому. Передавач, що працює на неузгоджене навантаження, не віддає в лінію всю ту потужність, яку віддавав би узгоджену. Фактично це не втрати в лінії, а зниження потужності, що віддається в лінію передавачем. Наскільки впливає КСВ на зниження, видно з таблиці:
Потужність, що потрапляє в навантаження |
Зворотні втрати |
|
Важливо розуміти, що:
- КСВ однаковий у будь-якому перерізі лінії і не може регулюватися зміною довжини лінії. Якщо показання вимірювача КСВ при переміщенні по лінії суттєво різняться, це може вказувати на антенний ефект фідера, що викликається струмом, що тече по зовнішній стороні обплетення коаксіального кабелю, та/або на погану конструкцію вимірювача, але не те, що КСВ змінюється вздовж лінії.
- Відбита потужність не потрапляє назад у передавач, не нагріває і не пошкоджує його. Ушкодження можуть бути викликані роботою вихідного каскаду передавача на неузгоджене навантаження. Вихід з передавача, оскільки на його виході можуть у несприятливому випадку скластися напруга вихідного сигналу та відбита хвиля, може статися через перевищення максимальної допустимої напруги напівпровідникового переходу.
- Високий КСВ у коаксіальному фідері, викликаний значним неузгодженістю характеристичного опору лінії та вхідного опору антени, сам по собі не викликає появи ВЧ струму на зовнішній поверхні обплетення кабелю та випромінювання фідерної лінії.
Вимірюють КСВ, наприклад, за допомогою двох спрямованих відгалужувачів, включених до тракту у протилежних напрямках або вимірювального мостового рефлектометра, що дозволяє отримати сигнали пропорційні падаючому і відбитому сигналу.
Для вимірювання КСВ можуть використовуватись різні прилади. Складні прилади мають у своєму складі генератор частоти, що хитається, що дозволяє побачити панорамну картину КСВ. Прості прилади складаються з відгалужувачів та індикатора, а джерело сигналу використовується зовнішній, наприклад радіостанція.
Наприклад, двоблочний РК2-47 за рахунок широкосмугового мостового рефлектометра забезпечував вимірювання в діапазоні 0,5-1250 МГц.
Р4-11 служив для вимірювання КСВН, фази коефіцієнта відображення, модуля та фази коефіцієнта передачі в діапазоні 1-1250МГц.
Імпортні прилади для вимірювання КСВ стали класичними від Bird та Telewave:
Або простіше і дешевше: 
Популярні прості та недорогі панорамні вимірювачі від AEA: 
Вимір КСВ може проводитися як у конкретній точці спектра, так і в панорамі. У цьому випадку на екрані аналізатора можуть бути виведені значення КСВ у вказаному спектрі, що зручно для налаштування конкретної антени та виключає промах при обрізанні антени.
До більшості системних аналізаторів існують control head - рефлектометричні мости, що дозволяють з високою точністю вимірювати КСВ у частотній точці або панорамі: 
Практичний вимір полягає в підключенні вимірювача до роз'єму випробуваного пристрою або розрив тракту при використанні приладу прохідного типу. Значення ПКС залежить від багатьох факторів:
- Перегинів, дефектів, неоднорідностей, спайок у кабелях.
- Якості обробки кабелю в радіочастотних з'єднувачах.
- Наявність перехідних з'єднувачів
- Потрапляння вологи в кабелі.
При вимірі КСВ антени через фідер із втратами, випробувальний сигнал у лінії згасає і фідер внесе похибку, що відповідає втратам у ньому. І падаюча, і відбита хвилі відчувають згасання. У таких випадках КСВН розраховується: 
де k
- Коефіцієнт ослаблення відбитої хвилі, який обчислюється: k=2BL; У- Питоме згасання, дБ/м; L- Довжина кабелю, м, при цьому
множник 2
враховує, що сигнал послаблюється двічі - по дорозі до антени і по дорозі від антени до джерела, по дорозі.
Наприклад, використовуючи кабель з питомим загасанням 0,04 дБ/м, ослаблення сигналу на довжині фідера 40 метрів становитиме 1,6 дБ у кожну сторону, всього 3,2 дБ. Значить, замість дійсного значення КСВ = 2,0 пристрій покаже 1,38; при КСВ = 3,00 пристрій покаже близько 2,08.
Наприклад, якщо Ви перевіряєте фідерний тракт із втратами 3дБ, антену з КСВ 1,9 і використовуєте передавач потужністю 10 Вт як джерело сигналу для прохідного вимірювача, то потужність, що падає, виміряна приладом складе 10Вт. Поданий сигнал послабиться фідером в 2 рази, від антени відобразиться 0,9 сигналу, що прийшов, і, нарешті, відбитий сигнал на шляху до приладу послабиться ще в 2 рази. Прилад чесно покаже співвідношення падаючого і відбитого сигналів, що падає потужність 10Вт і відбита 0,25Вт. КСВ вийде 1,37 замість 1,9.
Якщо буде використовуватися прилад із вбудованим генератором, то потужності цього генератора може виявитися недостатньою, щоб на детекторі хвилі відбитої створити потрібну напругу і Ви побачите шумову доріжку.
У загальному випадку зусилля, що витрачаються на зниження КСВ нижче 2:1 у будь-якій коаксіальній лінії не дають результату з точки зору збільшення ефективності випромінювання антени, і доцільні в тих випадках, якщо схема захисту передавача спрацьовує, наприклад, при КСВ>1,5 або засмучуються частотнозалежні ланцюги, підключені до фідера.
Наша компанія пропонує широкий спектр вимірювального обладнання різних виробників, коротко розглянемо їх:
MFJ
MFJ-259- Досить простий в експлуатації прилад для комплексного вимірювання параметрів систем, що працюють в діапазоні від 1 до 170 МГц.
КСВ-метр MFJ-259 дуже компактний, його можна використовувати як із зовнішнім джерелом живлення низької напруги, так і із внутрішнім комплектом батарей типу АА.
MFJ-269
КСВ-метр MFJ-269 компактний комбінований прилад з автономним живленням.
Індикація режимів роботи здійснюється на рідкокристалічному дисплеї, а результатів вимірювань – на РКД та стрілочних приладах, розташованих на лицьовій панелі. 
MFJ-269 дозволяє проводити велику кількість додаткових антенних вимірювань: РЧ імпедансу, втрат у кабелях та їх електричних довжин до місця обриву або короткого замикання.
Технічні характеристики |
|
Діапазон частот, МГц |
|
Вимірювані характеристики |
|
200х100х65 мм |
|
Діапазон робочих частот КСВ-метра розбитий на піддіапазони: 1,8…4 МГц, 27…70 МГц, 415…470 МГц, 4,0…10 МГц, 70…114 МГц, 10…27 МГц, 114…170 МГц
Вимірники КСВ та ПотужностіComet
Серія вимірювачів потужності та КСВ Comet представлена трьома моделями: CMX-200 (Вимірник КСВ та потужності, 1,8-200 МГц, 30/300/3 кВт), CMX-1 30/300/3 кВт) і, що представляє найбільший інтерес, CMX2300 T (Вимірювач КСВ та потужності, 1,8-60/140-525 МГц, 30/300/3 кВт, 20/50/200 Вт) 
CMX2300 T
Вимірювач потужності та КСВ CMX-2300 складається з двох незалежних систем діапазону 1.8-200МГц та діапазону 140-525 МГц з можливістю одночасного вимірювання цих діапазонів. Прохідна структура приладу і, як наслідок, невисока втрата потужності дозволяє проводити вимірювання протягом тривалого часу.
Технічні характеристики |
||
Діапазон М1 |
Діапазон М2 |
|
Частотний діапазон |
1.8 – 200 МГц |
140 – 525 МГц |
Площа виміру потужності |
0 - 3КВт (HF), 0 - 1КВт (VHF) |
|
Діапазон вимірювання потужності |
||
Похибка вимірювання потужності |
±10% (усієї шкали) |
|
Область виміру КСВ |
від 1 до нескінченності |
|
Опір |
||
Залишковий КСВ |
1.2 і менше |
|
Загасання, що вноситься |
0.2 дБ або менше |
|
Мінімальна потужність для вимірювань КСВ |
Приблизно 6Вт. |
|
М-подібний |
||
Живлення для ламп підсвічування |
11 - 15В постійного струму, приблизно 450 мА |
|
Габарити (дані у дужках з урахуванням виступів) |
250(Ш) х 93 (98) (В) х 110 (135) (Г) |
|
Приблизно 1540 р. |
||
Вимірники потужності та КСВNissen
Найчастіше для роботи на об'єкті не потрібно складний і дає повну картинку, а скоріше функціональний та простий у використанні прилад. Саме такими «Робочими конячками» і є серія вимірювачів потужності та КСВ Nissen.
Проста прохідна структура і високе граничне значення потужності до 200 Вт спільно з частотним спектром 1,6-525МГц роблять прилади Nissen дуже цінною підмогою там, де необхідна не комплексна характеристика лінії, а швидкість і точність вимірювання.
NISSEI TX-502
Характерним представником серії вимірювачів Nissen може бути Nissen TX-502. Вимірювання прямих і зворотних втрат, вимір КСВ, стрілочна панель з явно видимим градуюванням. Максимум функціоналу при лаконічному виконанні. І при цьому в процесі налаштування антен цього досить вистачає для швидкого та оперативного розгортання системи зв'язку та налагодження каналу.
|
Прилад вимірювання якості узгодження фідера з антеною (КСВ-метр) є неодмінною складовою аматорської радіостанції. Наскільки достовірну інформацію про стан антенного господарства надає такий прилад? Практика показує, що далеко не всі КСВ-метри заводського виготовлення забезпечують високу точність вимірів. Ще більшою мірою це справедливо, коли йдеться про саморобні конструкції. У пропонованій увазі читачів статті розглядається КСВ-метр із струмовим трансформатором. Прилади такого типу набули широкого поширення як у професіоналів, так і у радіоаматорів. У статті дано теорію його роботи та проаналізовано фактори, що впливають на точність вимірювань. Завершує її опис двох нескладних практичних конструкцій КСВ-метрів, характеристики яких задовольнять найвибагливішого радіоаматора. Трохи теорії Якщо підключена до передавача однорідна сполучна лінія (фідер) з хвильовим опором Zо навантажена на опір Zн≠Zо, то в ній виникають як падаюча, так і відбита хвиля. Коефіцієнт відбиття г (reflection) у загальному вигляді визначають як відношення амплітуди відбитої від навантаження хвилі до амплітуди падаючої. Коефіцієнти відображення струму г, і по напрузі ru рівні відношенню відповідних величин у відбитій і падаючих хвилях. Фаза відбитого струму (стосовно падаючого) залежить від співвідношення між Zн і Zо. Якщо Zн>Zо, то відбитий струм буде протифазний падаючому, а якщо Zн Величину коефіцієнта відбиття r визначають за формулою де Rн та Хн - відповідно активна та реактивна складові навантажувального опору При чисто активному навантаженні Хн = 0 формула спрощується до r=(Rн-Zо)/(Rн+Zо). Наприклад, якщо кабель з хвильовим опором 50 Ом навантажений резистором опором 75 Ом, коефіцієнт відображення буде r = (75-50)/(75+50) = 0,2. На рис. 1 показано розподіл напруги Uл і струму Iл вздовж лінії саме для цього випадку (втрати в лінії не враховуються). Масштаб по осі ординат для струму прийнятий в Z раз більше - при цьому в обох графіків буде однаковий розмір по вертикалі. Пунктирна лінія - графіки напруги Uло та струму Iло у разі, коли Rн = Zо. Наприклад взято ділянку лінії довжиною λ. При більшій її довжині картина циклічно повторюватиметься через кожні 0,5λ. У тих точках лінії, де фази падаючої та відбитої збігаються, напруга максимально і дорівнює Uл max -= Uло(1 + r) = Uло(1 + 0,2) = 1,2Uлo, а в тих, де фази протилежні - мінімально і дорівнює Uл min = Uло (1 - 0,2) = = 0,8 Uло. За визначенням КСВ = Uл max / / Uл min = 1l2Uло / 0I8Uло = 1I5. Формули для розрахунку КСВ та r можна записати і так: КСВ = (1+r)/(1-r) та r = = (КСВ-1)/(КСВ+1). Зазначимо важливий момент - сума максимальної та мінімальної напруги Uл max + Uл min = Uло(1 + r) + Uло(1 - r) = 2Uno, а їх різниця Uл max - Uл min = 2Uлo. За отриманими значеннями можна розрахувати потужність падаючої хвилі Рпад = Uло2/Zo і потужність відбитої хвилі Pотр = = (rUло)2/Zo. У нашому випадку (для КСВ = 1,5 і r = 0,2) потужність відбитої хвилі становитиме лише 4 % від потужності падаючої. Визначення КСВ з вимірювань розподілу напруги вздовж ділянки лінії в пошуках значень Uл max і Uл min широко застосовувалося в минулому як на відкритих повітряних лініях, а й у коаксіальних фідерах (переважно на УКХ). Для цього використовувався вимірювальний ділянку фідера, що має довгу поздовжню щілину, вздовж якої переміщалася візок з вставленим у неї зондом - головкою вольтметра ВЧ. КСВ можна визначити, вимірюючи струм Iл в одному з проводів лінії на ділянці довжиною менше 0,5? Визначивши максимальне та мінімальне значення, розраховують КСВ = Imax/Imin. Для вимірювання струму застосовують перетворювач струм-напруга у вигляді струмового трансформатора (TT) з резистором навантаження, напруга на якому пропорційно і синфазно вимірюваному струму. Зазначимо цікавий факт - при певних параметрах TT з його виході можна одержати напругу, рівну напрузі лінії (між провідниками), тобто. Uтл = IлZo. На рис. 1,б наведено спільно графік зміни Uл вздовж лінії та графік зміни Uтл. Графіки мають однакові амплітуду та форму, але зрушені один щодо іншого на 0.25Х. Аналіз цих кривих показує, що можна визначити г (або КСВ) при одночасному вимірі величин Uл та UТЛ у будь-якому місці лінії. У місцях розташування максимумів і мінімумів обох кривих (точки 1 і 2) це очевидно: відношення цих величин Uл/Uтл (або Uтл/Uл) дорівнює КСВ, сума дорівнює 2Uло, а різниця - 2rUлo. У проміжних точках Uл і Uтл зсунуті по фазі, і їх потрібно складати вже як вектори, проте наведені вище співвідношення зберігаються, тому що відбита хвиля напруги завжди обернена по фазі відбитої хвилі струму, а rUлo = rUтлo. Отже, прилад, що містить вольтметр, калібрований перетворювач струм-напруга та схему складання-віднімання, дозволить визначити такі параметри лінії, як r або КСВ, а також Рпад і Ротр при включенні його в будь-якому місці лінії. Перші відомості про пристрої такого роду відносяться до 1943 і відтворені в . Перші відомі автору практичні пристрої були описані у . Варіант схеми взятий за основу показаний на рис. 2. Пристрій містив: Вторинна обмотка трансформатора Т1 включена таким чином, що при підключенні передавача до лівого за схемою роз'єму, а навантаження - до правого, на діод VD1 надходить сумарна напруга Uc + UT, а на діод VD2 - різницева. При підключенні до виходу КСВ-метра резистивного еталонного навантаження з опором, що дорівнює хвильовому опору лінії, відбита хвиля відсутня і, отже, напруга ВЧ на VD2 може бути нульовою. Це досягається в процесі балансування приладу вирівнюванням напруги UT і Uc за допомогою підстроювального конденсатора С1. Як було показано вище, після такого настроювання величина різницевої напруги (при Zн≠Zо) буде пропорційна коефіцієнту відображення р. Вимірювання з реальним навантаженням виробляють так. Спочатку у показаному на схемі положенні перемикача SA1 ("Падаюча хвиля") калібрувальним змінним резистором R3 виставляють стрілку приладу на останній поділ шкали (наприклад, 100 мкА). Потім перемикач SA1 переводять у нижнє за схемою положення ("Відбита хвиля") і відраховують значення р. Що стосується випадку з RH = 75 Ом прилад повинен показати 20 мкА, що відповідає r = 0,2. Величину КСВ визначають за наведеною вище формулою - КСВ = (1+0,2)//(1-0,2) = 1,5 або КСВ=(100+20)//(100-20) = 1,5. У цьому прикладі детектор передбачається лінійним - насправді необхідно вводити виправлення, що враховує його нелінійність. При відповідному калібруванні прилад може бути використаний для вимірювання падаючої та відбитої потужностей. Точність КСВ-метра як вимірювального приладу залежить від ряду факторів, насамперед від точності балансування приладу в положенні SA1 "Відбита хвиля" при Rн = Zo. Ідеальному балансуванню відповідають напруги Uс і Uт, рівні за величиною і суворо протилежні фазі, тобто їх різниця (алгебраїчна сума) дорівнює нулю. У реальній конструкції незбалансований залишок Uост є завжди. Розглянемо з прикладу, як це відбивається на кінцевому результаті вимірів. Припустимо, що з балансуванні вийшли напруги Uс = 0,5 У і Uт = 0,45 У (тобто. розбаланс 0,05 У, що цілком реально). При навантаженні Rн = 75 Ом у 50-омній лінії реально маємо КСВ = 75/50 = 1,5 і r = 0,2, а величина відбитої хвилі, перерахована до внутрішньоприладових рівнів, становитиме rUc = 0,2x0,5 = 0, 1 В та rUт = 0,2x0,45 = 0,09 В. Знову звернемося до рис. 1,б, криві на якому наведені для КСВ = 1,5 (криві Uл та Uтл для лінії будуть у нашому випадку відповідати Uс та Uт). У точці 1 Uс max = 0,5 + 0,1 = 0,6, Uт min = 0,45 - 0,09 = 0,36 В і КСВ = 0,6 / 0,36 = 1,67. У точці 2UTmax = 0,45 + 0,09 = 0,54, Ucmin = 0,5 - 0,1 = 0.4 і КСВ = 0,54/0,4 = 1,35. З цього нескладного розрахунку видно, що в залежності від місця включення такого КСВ-метра в лінію з реальним КСВ = 1,5 або при зміні довжини лінії між приладом та навантаженням можуть зчитуватися різні значення КСВ - від 1,35 до 1,67! Що може призвести до неточного балансування? 1. Наявність напруги відсічення германієвого діода (у нашому випадку VD2), при якому він перестає проводити - приблизно 0,05 В. Тому при UOCT< 0,05 В
прибор РА1 покажет "ноль" и можно допустить ошибку в балансировке. Относительная
неточность значительно уменьшится, если поднять в несколько раз напряжения Uc и
соответственно UT. Например, при Uc = 2 В и UT = 1,95 В (Uост = 0,05 В) пределы
изменения КСВ для приведенного выше примера будут уже только от 1,46 до 1,54. 2. Наявність частотної залежності напруги Uc або UT. При цьому точне балансування може бути досягнуто не в усьому діапазоні робочих частот. Розберемо з прикладу одну з можливих причин. Допустимо, в приладі використаний конденсатор дільника С2 ємністю 150 пФ з дротяними висновками діаметром 0,5 мм і довжиною по 10 мм кожен. Виміряна індуктивність дроту такого діаметра довжиною 20 мм дорівнювала L = = 0,03 мкГн. На верхній робочій частоті f = 30 МГц опір конденсатора буде Хс = 1 /2πfС = -j35,4 Ом, сумарний реактивний опір висновків XL = 22πfL = j5,7 Ом. В результаті опір нижнього плеча дільника зменшиться до значення -j35,4 + j5f7 = -j29,7 Ом (воно відповідає конденсатору ємністю 177 пФ). У той самий час на частотах від 7 МГц нижчий вплив висновків мізерно. Звідси висновок – у нижньому плечі дільника слід застосовувати безіндуктивні конденсатори з мінімальними висновками (наприклад, опорні чи прохідні) та включення кількох конденсаторів паралельно. Висновки "верхнього" конденсатора С1 практично не впливають на ситуацію, тому що Xс у верхнього конденсатора в кілька десятків разів більше, ніж у нижнього. Отримати рівномірне балансування у всій робочій смузі частот можна за допомогою оригінального рішення, про яке йтиметься при описі практичних конструкцій. 3.2. Індуктивний опір вторинної обмотки Т1 на нижніх частотах робочого діапазону (~1,8 МГц) може відчутно шунтувати R1, що призведе до зменшення UT та його фазового зсуву. 3.3. Опір R2 – частина детекторного ланцюга. Так як за схемою воно шунтує С2, на нижніх частотах коефіцієнт поділу може отримати частотну та фазову залежність. 3.4. У схемі рис. 2 детектори на VD1 або VD2 у відкритому стані шунтують своїм вхідним опором RBX нижнє плече ємнісного дільника С2, тобто RBX діє так само, як і R2. Вплив RBX незначно при (R3+R2) більше 40 кОм, що вимагає застосування чутливого індикатора РА1 зі струмом повного відхилення не більше 100 мкА і напруги ВЧ на VD1 не менше 4 В. 3.5. Вхідний та вихідний роз'єми КСВ-метра зазвичай рознесені на 30...100 мм. На частоті 30 МГц різниця фаз напруги на роз'ємах складе α= [(0,03... 0,1)/10]360°- 1... 3,5°. Як це може вплинути на роботу, продемонстровано на рис. 3, а та рис. 3,б. Різниця схем на цих малюнках тільки в тому, що конденсатор С1 підключений до різних рознімань (Т1 в обох випадках знаходиться на середині провідника між роз'ємами). У першому випадку некомпенсований залишок можна зменшити, якщо скоригувати фазу UOCT за допомогою невеликого паралельно включеного конденсатора Ск, а в другому включенням послідовно з R1 невеликої індуктивності Lк у вигляді дротяної петлі. Такий спосіб нерідко застосовується як у саморобних, так і "фірмових" КСВ-метрах, але робити це не слід. Щоб переконатися в цьому, достатньо повернути прилад так, щоб вхідний роз'єм став вихідним. При цьому компенсація, яка допомагала до повороту, стане шкідливою – Uoct суттєво збільшиться. При роботі на реальній лінії з неузгодженим навантаженням, залежно від довжини лінії, прилад може потрапити в таке місце на лінії, де введена корекція покращить реальний КСВ або, навпаки, погіршить його. У будь-якому разі буде неправильний відлік. Рекомендація - розташовувати роз'єми якомога ближче один до одного і використовувати оригінальне схемне рішення, наведене нижче. Для ілюстрації того, наскільки сильно можуть вплинути розглянуті вище причини достовірність показань КСВ-метра, на рис. 4 показано результати перевірки двох приладів заводського виготовлення. Перевірка полягала в тому, що неузгоджене навантаження з розрахунковим КСВ = 2,25 встановлювалося на кінці лінії, що складається з ряду послідовно з'єднаних відрізків кабелю Zо = 50 Ом довжиною кожен по λ/8. У процесі вимірів повна довжина лінії змінювалася від λ/8 до 5/8λ. Перевірялися два прилади: недорогий BRAND X (крива 2) та одна з найкращих моделей – BIRD 43 (крива 3). Крива 1 показує справжній КСВ. Як кажуть, коментарі зайві. На рис. 5 наведено графік залежності помилки вимірів від величини коефіцієнта спрямованості D (directivity) КСВ-метра. Аналогічні графіки для КБВ = 1/КСВ наведено у . Щодо конструкції рис. 2 цей коефіцієнт дорівнює відношенню напруги ВЧ на діодах VD1 і VD2 при підключенні до виходу КСВ-метра навантаження Rн = Zо D = 20lg(2Uо/Uост). Отже, що краще вдалося збалансувати схему (що менше Uост), то вище D. Можна також використовувати показання індикатора РА1 - D = 20 x lg(Iпад/Iотр). однак це значення D буде менш точним через нелінійність діодів. На графіці горизонтальної осі відкладені реальні значення КСВ, але в вертикальної - виміряні з урахуванням помилки залежно від величини D КСВ-метра. Пунктиром показаний приклад - реальний КСВ = 2, прилад з D = 20 дБ надасть показання 1,5 або 2,5, а при D = 40 дБ - відповідно 1,9 або 2,1. Як випливає з літературних даних, КСВ-метр за схемою рис. 2 має D – 20 дБ. Це означає, що без істотної корекції не може застосовуватися для точних вимірів. Друга за важливістю причина неправильних показань КСВ-метра пов'язана з нелінійністю вольт-амперної характеристики детекторних діодів. Це призводить до залежності показань від рівня потужності, що подається, особливо в початковій частині шкали індикатора РА1. У фірмових КСВ-метрах нерідко на індикаторі роблять дві шкали – для малого та великого рівнів потужності. Трансформатор струму Т1 є важливою частиною КВВ-метра. Основні його характеристики такі ж, як і більш звичного трансформатора напруги: число витків первинної обмотки n1 і вторинної n2, коефіцієнт трансформації до = n2/n1, струм вторинної обмотки I2 = l1/к. Відмінність у тому, що струм через первинну обмотку визначається зовнішнім ланцюгом (у разі це струм у фідері) і залежить від опору навантаження вторинної обмотки R1, тому струм l2 також залежить від величини опору резистора R1. Наприклад, якщо за фідером Zo = 50 Ом передається потужність Р = 100 Вт, струм I1 = √P/Zo = 1,41 А і при к = 20 струм вторинної обмотки буде l2 = I1/к - 0,07 А. Напруга на висновках вторинної обмотки визначатиметься величиною R1: 2UT= l2 х R1 і за R1 = 68 Ом становитиме 2UT = 4,8 У. Виділяється на резисторі потужність Р = (2UT)2/R1 = 0,34 Вт. Звернімо увагу на особливість струмового трансформатора - чим менше витків у вторинній обмотці, тим більше буде напруга на її висновках (при тому самому R1). Найважчий режим для струмового трансформатора - режим холостого ходу (R1 = ∞), при цьому напруга на його виході різко зростає, магнітопровід насичується і розігрівається настільки, що може зруйнуватися. У більшості випадків у первинній обмотці використовують один виток. Цей виток може мати різні форми, як показано на рис. 6, а та рис. 6,б (вони рівноцінні), а ось обмотка за рис. 6,в - це вже два витки. Окреме питання - застосування з'єднаного з корпусом екрана у вигляді трубки між центральним проводом та вторинною обмоткою. З одного боку, екран усуває ємнісний зв'язок між обмотками, чим покращує балансування різницевого сигналу; з іншого - в екрані з'являються вихрові струми, що також впливають на балансування. Практика показала, що з екраном без нього можна отримати приблизно однакові результати. Якщо екран все ж таки використовується, довжину його слід зробити мінімальною, приблизно рівною ширині застосованого магнітопроводом, і з'єднати з корпусом широким коротким провідником. Заземлення екрана слід робити на середню лінію, рівновіддалену від обох роз'ємів. Для екрану можна використовувати латунну трубку діаметром 4 мм від телескопічних антен. Для КСВ-метрів на потужність до 1 кВт підійдуть феритові кільцеві магнітопроводи розмірами К12x6x4 і навіть К10x6x3. Практика показала, що оптимальна кількість витків п2 = 20. При індуктивності вторинної обмотки 40...60 мкГн виходить найбільша частотна рівномірність (допустима величина - до 200 мкГн). Можливе використання магнітопроводів із проникністю від 200 до 1000, при цьому бажано вибрати типорозмір, який забезпечить оптимальну індуктивність обмотки. Можна використовувати магнітопроводи і з меншою проникністю, якщо застосувати великі типорозміри, збільшити кількість витків та/або зменшити опір R1. Якщо проникність магнітопроводів невідома, за наявності вимірювача індуктивності її можна визначити. Для цього слід намотати десять витків на невідомому магнітопроводі (витком вважається кожне перетин проводом внутрішнього отвору сердечника), виміряти індуктивність котушки L (мкГн) і підставити це значення у формулу μ = 2,5 LDср/S , де Dср - середній діаметр магнітопроводу ; S – переріз сердечника в см 2 (приклад – у К10x6x3 Dcp = 0,8 см та S = 0,2x0,3 = 0,06 см 2). Якщо μ магнітопроводу відома, індуктивність обмотки з n витків можна розрахувати: L = μn 2 S/250Dcp. Застосовність магнітопроводів на рівень потужності 1 кВт і більше можна перевірити і за 100 Вт у фідері. Для цього слід тимчасово встановити резистор R1, величиною в 4 рази більшою, відповідно напруга Uт також зросте в 4 рази, а це еквівалентно зростанню потужності, що проходить, в 16 разів. Розігрів магнітопроводу можна перевірити навпомацки (потужність на тимчасовому резистори R1 також зросте в 4 рази). У реальних умовах потужність на резисторі R1 зростає пропорційно до зростання потужності у фідері. КСВ-метри UT1МА Дві конструкції КСВ-метра UT1MA, про які йтиметься нижче, мають практично однакову схему, але різне виконання. У першому варіанті (КМА - 01) високочастотний датчик та індикаторна частина роздільні. Датчик має вхідний та вихідний коаксіальні роз'єми і може бути встановлений у будь-якому місці фідерного тракту. Він з'єднаний із індикатором трипровідним кабелем будь-якої довжини. У другому варіанті (КМА - 02) обидва вузли розміщені в одному корпусі. Схема КСВ – метра наведена на рис. 7 і відрізняється від базової схеми рис. 2 наявністю трьох ланцюгів корекції. Розглянемо ці відмінності. Крім того, балансування здійснюється підстроювальним конденсатором, включеним у нижнє плече дільника. Це спрощує монтаж і дозволяє застосувати малопотужний малогабаритний конденсатор підлаштування. У конструкції передбачена можливість вимірювання потужності падаючої та відбитої хвиль. Для цього перемикачем SA2 в ланцюг індикатора замість змінного резистора калібрувального R4 вводиться підстроювальний резистор R5, яким встановлюється потрібна межа вимірюваної потужності. Застосування оптимальної корекції та раціональна конструкція приладу дозволили отримати коефіцієнт спрямованості D у межах 35...45 дБ у смузі частот 1,8...30 МГц. У КСВ – метрах застосовані такі деталі. Вторинна обмотка трансформатора Т1 містить 2 x 10 витків (намотка в 2 проводи) проводом 0,35 ПЕВ, розміщених рівномірно на феритовому кільці К12 x 6 x 4 проникністю близько 400 (виміряна індуктивність ~ 90 мкГн). Резистор R1 – 68 Ом МЛТ, бажано без гвинтової канавки на тілі резистора. При потужності менше 250 Вт достатньо встановити резистор з потужністю розсіювання 1 Вт, при потужності 500 Вт - 2 Вт. При потужності 1 кВт резистор R1 можна скласти з двох паралельно включених резисторів опором 130 Ом та потужністю 2 Вт кожен. Втім, якщо КС - метр проектується під високий рівень потужності, є сенс збільшити вдвічі число витків вторинної обмотки Т1 (до 2 x 20 витків). Це дозволить у 4 рази зменшити необхідну потужність розсіювання резистора R1 (при цьому конденсатор С2 повинен мати вдвічі більшу ємність). Місткість кожного з конденсаторів С Г і С1" може бути в межах 2,4...3 пФ (КТ, КТК, КД на робочу напругу 500 В при Р ≥ 1 кВт і 200...250 В при меншій потужності). Конденсатори С2 - на будь-яку напругу (КТК або інші безіндуктивні, один або 2 - 3 паралельно), конденсатор C3 - малогабаритний підстроювальний з межами зміни ємності 3...20 пФ (КПК - М, КТ - 4). сумарної величини ємності верхнього плеча ємнісного дільника, в яку входить крім конденсаторів С+С1 ще і ємність С0 ~ 1 пФ між вторинною обмоткою трансформатора Т1 і центральним провідником. Загальна ємність нижнього плеча - С2 плюс C3 при R1 = 68 Ом повинна в 30 разів більше ємності верхнього Діоди VD1 і VD2 - Д311, конденсатори С4, С5 і С6 - ємністю 0,0033... 0,01 мкФ (КМ або інші високочастотні), індикатор РА1 - М2003 зі струмом повного відхилення 10 змінний резистор R4 - 150 кОм СП - 4 - 2м, підстроювальний резистор R4 - 150 к. Резистор R3 має опір 10 кОм - він оберігає індикатор від можливого навантаження. Величину коригуючої індуктивності L1 можна визначити так. При балансуванні приладу (без L1) треба відзначити положення ротора підстроєчного конденсатора C3 на частотах 14 і 29 МГц, потім випаяти його і виміряти ємність в обох зазначених положеннях. Допустимо, для верхньої частоти ємність виявилася меншою на 5 пФ, а загальна ємність нижнього плеча дільника - близько 130 пФ, тобто різниця становить 5/130 або близько 4%. Отже, для частотного вирівнювання потрібно на частоті 29 МГц зменшити опір верхнього плеча на ~ 4 %. Наприклад, при С1 + С0 = 5 пФ ємнісний опір Хс = 1/2πfС - j1100 Ом, відповідно, Xc - j44 Ом і L1 = XL1 / 2πf = = 0,24 мкГн. В авторських приладах котушка L1 мала 8...9 витків дротом ПЕЛШО 0,29. Внутрішній діаметр котушки - 5 мм, намотування щільне з подальшим просоченням клеєм БФ - 2. Остаточне число витків уточнюється після її встановлення на місце. Спочатку проводять балансування на частоті 14 МГц, потім встановлюють частоту 29 МГц і підбирають таке число витків котушки L1, при якому схема балансується на обох частотах при тому самому положенні підстроювальника C3. Після досягнення хорошого балансування на середніх і верхніх частотах встановлюють частоту 1,8 МГц, місце резистора R2 тимчасово впаюють змінний резистор опором 15...20 кОм і знаходять значення, при якому UOCT мінімально. Значення опору резистора R2 залежить від індуктивності вторинної обмотки Т1 і лежить в межах 5...20 кОм для індуктивності її 40...200 мкГн (великі значення опору для більшої індуктивності). У радіоаматорських умовах найчастіше в індикаторі КСВ-метра використовують мікроамперметр з лінійною шкалою і відлік ведуть за формулою КСВ = (Iпад + Iотр) / (Iпад -Iотр), де I в мікроамперах - показання індикатора в режимах "падаюча" і "відбита" відповідно. При цьому не враховується помилка через нелінійність початкової ділянки ВАХ діодів. Перевірка за допомогою навантажень різної величини на частоті 7 МГц показала, що при потужності близько 100 Вт показання індикатора були в середньому на один поділ (1 мкА) менші від реальних значень, при 25 Вт - менше на 2,5...3 мкА, а при 10 Вт – на 4 мкА. Звідси проста рекомендація: для 100-ватного варіанта - заздалегідь змістити початкове (нульове) положення стрілки приладу на один поділ вгору, а при використанні 10 Вт (наприклад, при налаштуванні антени) додавати до відліку за шкалою становище "відбита" ще 4 мкА. Приклад - відліки "падаюча/відбита" відповідно 100/16 мкА, а правильний КСВ буде (100 + 20) / (100 - 20) = 1,5. При значній потужності – 500 Вт і більше – у зазначеній корекції немає необхідності. Слід зауважити, що всі типи аматорських КСВ-метрів (на струмовому трансформаторі, бруківки, на спрямованих відгалужувачах) дають значення коефіцієнта відображення r, а величину КСВ потім доводиться обчислювати. Тим часом, саме r є основним показником ступеня узгодження, а КСВ - це показник похідний. Підтвердженням сказаного може бути те що, що у електрозв'язку ступінь узгодження характеризується згасанням неузгодженості (той самий r, лише децибелах). У дорогих фірмових приладах також передбачено відлік r під назвою return loss (зворотні втрати). Що буде, якщо як детектори застосувати кремнієві діоди? Якщо у германієвого діода при кімнатній температурі напруга відсічення, при якому струм через діод всього 0,2...0,3 мкА, становить близько 0,045 В, то кремнієвий вже 0,3 В. Отже, щоб зберегти точність відліку при переході на кремнієві діоди, необхідно більш ніж у 6 разів підняти рівні напруги Uc і UT (!). В експерименті при заміні діодів Д311 на КД522 при Р = 100 Вт, навантаженні Zн = 75 Ом і тих же Uc і UT, вийшли цифри: до заміни-100/19 і КСВ=1,48, після заміни - 100/12 і розрахунковий КСВ = 1,27. Застосування схеми подвоєння на діодах КД522 дало ще гірший результат – 100/11 та розрахунковий КСВ = 1,25. Корпус датчика в окремому варіанті може бути виготовлений з міді, алюмінію або спаяну з пластинок двосторонньо фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5...2 мм. Ескіз такої конструкції наведено на рис. 8,а. Корпус складається з двох відсіків, в одному навпроти одного розташовані ВЧ роз'єми (СР - 50 або SO - 239 з фланцями розмірами 25x25 мм), перемичка з дроту діаметром 1,4 мм в поліетиленовій ізоляції діаметром 4,8 мм (від кабелю РК50 - 4), струмовий трансформатор Т1, конденсатори ємнісного дільника та компенсаційна котушка L1, в іншому - резистори R1, R2, діоди, підбудовний та блокувальні конденсатори та малогабаритний НЧ роз'єм. Висновки Т1 мінімальної довжини. Точка з'єднання конденсаторів С1" та С1" з котушкою L1 "висить у повітрі", а точка з'єднання конденсаторів С4 і С5 середнього виведення роз'єму ХЗ з'єднана з корпусом приладу. Перегородки 2, 3 та 5 мають однакові розміри. У перегородці отворів 2 немає, а в перегородці 5 отвір роблять під конкретний НЧ роз'єм, через який буде підключатися індикаторний блок. У середній перемичці 3 (рис. 8,б) навколо трьох отворів з обох боків вибирають фольгу, а отвори встановлюють три прохідних провідника (наприклад, латунні гвинти М2 і МЗ). Ескізи боковин 1 та 4 наведені на рис. 8, ст. Пунктирними лініями показані місця з'єднання перед пайкою, яка для більшої міцності та забезпечення електричного контакту здійснюється з обох боків. Для налаштування та перевірки КСВ - метра необхідний зразковий резистор навантаження 50 Ом (еквівалент антени) потужністю 50...100 Вт. Одна з можливих радіоаматорських конструкцій показана на рис. 11. У ній використовується поширений резистор ТВО опором 51 Ом та потужністю розсіювання 60 Вт (прямокутник розмірами 45 x 25 x 180 мм). Усередині керамічного корпусу резистора знаходиться довгий циліндричний канал, заповнений резистивною речовиною. Резистор повинен бути щільно притиснутий до днища алюмінієвого кожуха. Це покращує відведення тепла та створює розподілену ємність, що покращує широкосмуговість. За допомогою додаткових резисторів з потужністю розсіювання 2 Вт вхідний опір навантаження встановлюють у межах 49,9...50,1 Ом. З невеликим коригуючим конденсатором на вході (~ 10 пФ) вдається на базі цього резистора отримати навантаження з КСВ не гірше 1,05 у смузі частот до 30 МГц. Відмінні навантаження виходять із спеціальних малогабаритних резисторів типу Р1 - 3 номіналом 49,9 Ом, що витримують значну потужність під час використання зовнішнього радіатора. Провели порівняльні випробування КСВ-метрів різних фірм і приладів, описаних у цій статті. Перевірка полягала в тому, що до передавача з вихідною потужністю близько 100 Вт через випробуваний 50-омний КСВ - метр підключалося неузгоджене навантаження 75 Ом (еквівалент антени на потужність 100 Вт заводського виготовлення) та проводилося два виміри. Одне - при підключенні коротким кабелем РК50 завдовжки 10 см, інше - через кабель РК50 завдовжки ~0,25? Чим менший розкид показань, тим достовірніший прилад. При частоті 29 МГц отримані такі значення ПВВ: З навантаженням 50 Ом за будь-якої довжини кабелів всі прилади "дружно" показували КСВ<
1,1. Причину великого розкиду показань RSM-600 вдалося з'ясувати при його дослідженні. У цьому приладі як датчик напруги використовується не ємнісний дільник, а понижуючий трансформатор напруги з фіксованим коефіцієнтом трансформації. Це знімає "проблеми" ємнісного дільника, але знижує надійність приладу при вимірі великих потужностей (гранична потужність RSM – 600 – всього 200/400 Вт). У його схемі немає підстроювального елемента, тому резистор навантаження струмового трансформатора має бути високої точності (хоча б 50±0,5 Ом), а реально був використаний резистор опором 47,4 Ом. Після його заміни на резистор 49,9 Ом результати вимірювань стали значно кращими - 1,48/1,58. Можливо, з цією причиною пов'язаний великий розкид показань приладів SX - 100 і KW - 220. Вимірювання при неузгодженому навантаженні за допомогою додаткового чвертьхвильового 50-омного кабелю - надійний спосіб перевірки якості КСВ - метра. Зазначимо три моменти: Література Часто у клієнта, особливо якщо він купує рацію вперше, виникає подив при згадці про те, що для використання рації потрібно налаштувати антену, а саме необхідна налаштування КСВ антени. Що таке КСВ? Цей термін людині, далекій від технічних тонкощів, малозрозумілий і часом навіть лякає. Насправді, все просто. Що таке КСВ?Налаштування антени здійснюється за допомогою спеціального приладу – КСВ-метра. Він вимірює коефіцієнт стоячої хвилі та показує втрати потужності в антені. Що менше це значення (КСВ), то краще. Ідеальне значення – 1, але на практиці воно недосяжне через втрат сигналу в кабелі та роз'ємах, робочим вважається значення 1,1 – 1,5, допустимими – значення від 2 до 3. Чому допустимими? Тому що при занадто великому значенні КСВ ваша антена починає не так випромінювати сигнал в ефір, як "заганяти" його назад в рацію. А що це означає і чим погано, запитаєте ви? По-перше, ви програєте в дальності зв'язку, тому що знижується ефективність вашої системи «рація-антена». По-друге, перегріваються вихідні каскади радіостанції, аж до можливого виходу з ладу. Саме тому важлива налаштування КСВ антени після її встановлення. Одним із недорогих КСВ-метрів є SWR-420 або SWR-430 виробництва компанії Optim. Він може застосовуватися з радіостанціями діапазону 27 МГц, що мають вихідну потужність передавача до 100 Вт. Похибка вимірів становить трохи більше 5%. Використовуючи цей прилад можна досягти значень КСВ = 1,1 - 1,3, залежно від типу обраної антени (врізна чи магнітна) та місця її встановлення. Але зациклюватись на цьому не потрібно. 1,5 – цілком робоче та безпечне значення. Як виробляється налаштування КСВ антени СБ діапазону? Антена встановлюється на кузов автомобіля, бажано у найвищу його точку. Місце установки слід вибирати ретельно, тому що антена повинна знаходитись у ньому постійно. При встановленні врізної антени слід забезпечити нормальний контакт антени (або кронштейна) з масою та уважно стежити, щоб не було коротких замикань у кабелі та точках підключення кабелю до антени та рації. Важливо розуміти, що кузов вашого автомобіля - це теж елемент антени, тому до місця встановлення та якості контакту з масою не можна ставитися зневажливо. КСВ-метр слід підключити до радіостанції через роз'єм TX, антену підключити до роз'єму ANTі вибрати межу проходить рівня потужності. Для калібрування приладу необхідно встановити перемикач у положення FWD, увімкнути радіостанцію на передачу на потрібному каналі та встановити стрілку індикатора SWRна крайнє поділ SETЧервоної шкали. Після цього пристрій готовий для вимірювань. Для перевірки КСВ на поточному каналі переводимо перемикач у положення REF(Радіостанція при цьому продовжує працювати на передачу) і дивимося на показання індикатора за верхньою шкалою, це буде дійсне значення КСВ. Якщо воно лежить в інтервалі 1-1,5 - налаштування можна вважати закінченим та успішним. Якщо за це значення, то починаємо підбирати оптимальне значення. Для цього спочатку знаходимо мінімальне значення КСВ на різних каналах чи навіть сітках. Керуємося простим правилом: якщо КСВ збільшується із зростанням частоти, то антену потрібно вкоротити, якщо зменшується, то подовжити. Відкрутивши гвинти, що фіксують штир, рухаємо його в потрібну сторону, затягуємо гвинти і знову перевіряємо показання приладу. Якщо штир вставлений до краю, а КСВ все ще високий, то доведеться коротити штир фізично шляхом відкушування. Якщо штир висунутий максимально, то доведеться збільшувати довжину котушки, що узгоджує (на практиці, в цьому випадку антену простіше поміняти). У міста Білоярський, Білорецьк, Верхня Салда, Глазів, Губкинський, Каменськ-Уральський, Качканар, Коротчаєво, Красноуральськ, Кунгур, Кушва, Лангепас, Нев'янськ, Приоб'є, Райдужний, Салават, Стрежевий, Туймази, Урай, Міжріченський , Пуровськ, Бузулук, Пелим, Покачі, Прокоп'євськ, Пурпе, Югорськ, Сіверськ, Сєров, Сибай, Солікамськ, Сухий лог, Чайковський, Чусовий, Жовтневий, Сімферополь, Тобольськ, Ішим, Когалим, Шадрінськ, Нягань, Сарапу . Доставка КСВ-метра можлива в будь-які населені пункти Поштою Росії післяплатою або EMS Поштою, наприклад: Алапаєвськ, Артемівський, Азбест, Астана, Актобе, Аксу, Атирау, Аксай, Алмати, Балхаш, Байконур, Балаково, Березовський, Богданович, Верхня Зарічний, Івдель, Ірбіт, Камишлов, Карпінськ, Караганда, Кіровград, Костанай, Кокшетау, Кизилорда, Сімей, Краснотур'їнськ, Красноуфимськ, Лісовий, Нижня Салда, Нижня Тура, Новоуральськ, Первоуральськ, Полевській, Ревда, Ревда, Верещагіне, Нитва, Лисьва, Красновишерськ, Олександрівськ, Краснокамськ, Очір, Полазна, Чернушка, Горнозаводськ, Добрянка, Грем'ячинськ, Кудимкар, Губаха, Яйва, Викулово, Яркове, Нижня Тавда, Ялуторівськ, Каскара, Кашанське, Казанське , Павлодар, Тармани, Талдикорган, Жезказган, Вінзилі, Велике Сорокіно, Богандинський, Упорово, Уральськ, Усть-Каменогорськ, Шимкент, Тараз, Омутинське, Бердюжжя, Абатське, Антипіно, Ісетське, Туртасе, Норильськ, Сале, Компанія РеалРадіостежить за новинками в галузі радіозв'язку та рада запропонувати найсучасніші засоби зв'язку для виконання будь-яких завдань. Професійний радіозв'язок – наша спеціалізація! |
