У лінії з КСВ>1 наявність відбитої потужності не призводить до втрат потужності, що передається, хоча деякі втрати спостерігаються через кінцеве згасання в лінії у фідерній лінії без втрат немає втрат потужності через відображення незалежно від величини КСВ. На всіх KB діапазонах з кабелем, що має низькі втрати, втрати в неузгодженій лінії зазвичай незначні, проте на УКХ можуть бути суттєвими, а на НВЧ-навіть надзвичайно великими. Згасання в кабелі залежить, насамперед, від характеристик самого кабелю та його довжини. При роботі на KB кабель повинен бути дуже довгим або дуже поганим, щоб втрати кабелю стали дуже суттєвими.
Відбита потужність не тече назад у передавач і не ушкоджує його.Пошкодження, які іноді приписуються високому КСВ, зазвичай викликає робота вихідного каскаду передавача на неузгоджене навантаження. Передавач не "бачить" КСВ, він "бачить" лише імпеданс навантаження, який залежить і від КСВ. Це означає, що імпеданс навантаження можна зробити точно відповідним необхідному (наприклад, за допомогою антенного тюнера), не переймаючись КСВ у фідері.
Зусилля, що витрачаються на зниження КСВ нижче 2:1 у будь-якій коаксіальній лінії, взагалі видаються витраченими марно - з точки зору збільшення ефективності випромінювання антени, але доцільні в тому випадку, якщо схема захисту передавача спрацьовує, наприклад, при КСВ>1,5.
Високий КСВ не обов'язково вказує, що антена працює погано- Ефективність випромінювання антени визначається співвідношенням її опору випромінювання до загального вхідного опору.
Низький КСО - не обов'язково свідчення того, що антенна система є хорошою.Навпаки, низький КСВ у широкій смузі частот є приводом для підозр, що, наприклад, у диполі або вертикальній антені великий опір втрат, обумовлений поганими з'єднаннями та контактами, неефективною системою заземлення, втратами в кабелі, попаданням вологи в лінію тощо. Так, еквівалент навантаження забезпечує в лінії КСВ=1,0, але він взагалі не випромінює, а коротка вертикальна антена з опором випромінювання 0,1 Ом та втратами опору 49,9 Ом випромінює лише 0,2% від потужності, що надходить, забезпечуючи при цьому КСВ 1,0 у фідері.
Для досягнення максимального ВЧ струму та випромінювач антеної системи не обов'язково повинен мати резонансну довжинуі не вимагає фідер певної довжини. Істотне розузгодження між лінією живлення і випромінювачем не перешкоджає поглинання випромінювачем всієї потужності, що реально надходить. При використанні відповідного узгодження (наприклад, антенного тюнера) для компенсації реактивності не резонансного випромінювача в місці підключення фідерної лінії випадкової довжини антенна система є узгодженою, і фактично вся потужність, що підводиться, може ефективно випромінюватись.
На КСВ у фідерній лінії не впливає налаштування антенного тюнера, встановленого біля передавача. Низький КСВ у лінії, досягнутий за допомогою тюнера, зазвичай є свідченням того, що в процесі налаштування тюнера відбулася неузгодженість між передавачем та входом антенного тюнера, і передавач працює на неузгоджене навантаження.
Всупереч поширеним уявленням, з хорошим симетричним (балансним) антеним тюнером і відкритою двопровідною фідерною лінією випромінювання живиться в центрі диполя довжиною 80 м, що працює в діапазоні 3,5 МГц, не набагато ефективніше випромінювання такої ж антени довжиною 48 м, що працює і з тією самою потужністю передавача. Ефективність випромінювання диполя, налаштованого в резонанс на частоті, наприклад, 3750 кГц, практично така сама, як і на частоті 3500 або 4000 кГц при використанні будь-якого фідера розумної довжини; хоча можна очікувати, що КСО на краях діапазону може досягати 5 і що коаксіальний кабель насправді буде працювати як налаштована лінія. У цьому випадку, зрозуміло, потрібно використовувати відповідний пристрій узгодження (наприклад, антеневий тюнер) між передавачем та фідером. Якщо для досягнення узгодження коаксіальний фідер будь-якої антеної системи вимагає певної довжини, той же вхідний імпеданс можна отримати з кабелем будь-якої довжини за допомогою відповідного простого ланцюга узгодження з індуктивностей і ємностей.
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. У діапазонах коротких хвиль високий КСВ у будь-якій відкритій лінії, що працює з високим КСВ, не викликатиме протікання антенного струму по лінії, ні призводити до випромінювання лінії за умови, що струми в лінії збалансовані, і відстань між провідниками лінії мало в порівнянні з робочою довжиною хвилі (це справедливо і на УКХ за умови відсутності гострих вигинів лінії). Струм на зовнішній поверхні обплетення фідера та випромінювання фідера практично відсутні, якщо антена збалансована щодо землі та фідера (наприклад, при використанні горизонтальної антени фідер повинен розташовуватися вертикально); у таких випадках не потрібно застосовувати симетруючі пристрої (балуни) між антеною та фідером.
КСВ-метри, встановлені на ділянці між антеною та фідером, не забезпечують точніший вимір КСВ. КСВ у фідері не може регулюватись зміною довжини лінії. Якщо показання КСВ-метра 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 КСВ-метра, але не на те, що КСВ змінюється вздовж лінії.
Будь-яка реактивність, додана до існуючого резонансного навантаження (що має лише активний опір) з метою зниження КСВ у лінії, викличе лише збільшення відображення. Найнижчий КСВ у фідері спостерігається на резонансній частоті випромінюючого елемента і не залежить від довжини фідера.
Ефективність випромінювання диполів різних типів (з тонкого дроту, петльового диполя, «товстого» диполя, трапового чи коаксіального диполя) практично однакова за умови, що кожен з них має незначні омічні втрати та живиться однаковою потужністю. Однак «товсті» та петлеві диполі мають ширшу робочу смугу частот у порівнянні з антеною з тонкого дроту.
Якщо вхідний опір антени відрізняється від характеристичного опору фідерної лінії, то опір навантаження передавача може дуже відрізнятися від характеристичного опору лінії (якщо електрична довжина лінії не кратна L/2), і від опору в місці підключення до антени. В цьому випадку імпеданс навантаження передавача залежить ще й від довжини фідера, що діє як трансформатор опору. У таких випадках, якщо не встановлений відповідний ланцюг узгодження між передавачем і лінією передачі, імпеданс навантаження може бути комплексним (тобто мати активну та реактивну складові), і з ним вихідна схема передавача може не впоратися. У цьому випадку зміною довжини лінії передачі іноді вдається забезпечити узгодження навантаження з передавачем - саме ця обставина, швидше за будь-які втрати, пов'язані з КСВ, призвела до виникнення багатьох невірних уявлень про роботу фідерних ліній.
Будь - яка живиться в центрі антена будь - якої розумної довжини з будь - яким типом фідера з низькими втратами забезпечуватиме досить ефективне випромінювання електромагнітної енергії . При цьому, як правило, потрібен хороший антеня, якщо передавач розрахований на роботу з низькоомним навантаженням (наприклад, 50 Ом). Цим пояснюється той факт, що багато років диполь, що живиться в центрі, залишається популярною багатодіапазонною антеною.
Отже, ось ви купили радіостанцію, антену і прикрутивши комплект до машини, з подивом виявляєте, що вас не чути. Дурні купують підсилювач, а розумні налаштовують антену. Ви ж розумні, правда? Тому почавши розбиратися в причинах, насамперед натикаєтеся на слова КСВ або "Коефіцієнт стоячої хвилі".
Отже, що таке КСВ чи "коефіцієнт стоячої хвилі"? Це така циферка, яка характеризує правильність налаштування. Чим менше тим краще. Менше 1 немає. Що вона означає, ви можете прочитати в інтернеті: статей не просто багато, а дуже багато.
Як його виміряти? Зазвичай там, де продають радіостанції та антени, можна купити і КСВ-метр. Професійний вам зовсім не потрібен, беріть найдешевший, він повинен коштувати 400-500 рублів максимум. Як показометр його вистачить за очі.
Насамперед його треба підключити. Зазвичай все намальовано на картинках, але якщо що, то в ANT або ANTENNA треба прикрутити антену, а TRANSMITTER або RADIO – вихід від радіостанції.
Вмикаємо радіостанцію.
Тепер подивіться сам КСВ-метр. Там є перемикачі REF-FWD та/або PWR/SWR. 1. Клацаємо у SWR та FWD.
2. Тепер натискаємо на тангеті радіостанції "передача" та крутилкою на КСВ-метрі виводимо стрілку на максимум на шкалі.
3. Клацаємо на REF.
4. Знову натискаємо "передача" і дивимося на шкалу, яка з літерами SWR. Це і шуканий КСО.
Ну от отримали циферку. Скажімо, 2.5 або 3. А скрізь пишуть, що КСП має бути 1! Інакше погано. Що робити?
Нижче ілюзійне зображення від мене.
Як бачите, графік значень КСВ є щось, що скидається на U або V. Відразу скажу, у всіх він різний! У когось схили круті, а у когось пологі. У когось лівий крутіший за правий або навпаки... У когось мінімум графіка проходить через КСВ=1, а у когось і двійка ідеалом буде. Загалом, ваше воно тільки ваше!
Наше завдання – поставити мінімум графіка на той канал, в якому найбільше спілкуєтесь. Скажімо, 15-й, де далекобої спілкуються.
Перше, що необхідно зрозуміти – на якому схилі зараз все налаштовано. Це просто: ставимо станцію на 1-й канал, заміряємо КСВ, потім на 15-й, знову заміряємо, потім на 30-й, знову заміряємо. Дивимось на циферки.
Циферки падають – ви на лівому. Антену треба подовжувати.
Цифреки зростають – ви на правому схилі. Антену треба коротити.
Циферки на кшталт "велика-маленька-велика" - у вас графік КСВ дуже вузький, зменшіть крок. Ну або ви дуже близько до мети – вистачить антену подвигнути у тримачі.
Циферки в дусі "однакова-однакова" - у вас графік КСВ дуже широкий. Довжиною антени змінити дуже малоймовірно.
На мій досвід швидше за все доведеться обрізати антену. Інші випадки трапляються дуже рідко.
Після подовження або укорочування антени процес вимірювання повторити до досягнення мінімального значення КВВ на потрібному каналі. Повторюся, мінімально досяжний рівень у кожної установки свій!
Як укорочувати? Будь-якими потужними кусачками по сантиметру від верхівки відкушувати. Тут головне не перестаратися, бо подовжувати набагато більше, ніж обрізати.
Як подовжувати? Ось тут важче. Якщо не вистачає діапазону регулювань самої антени, то зазвичай припаюють/прикручують/приварюють до верхівки шматок із запасом, щоб потім обрізати.
Більш просунуті можуть все також зробити зміною числа витків намотаного на котушку дроту (потовщення таке знизу антени), але просунутим ця розповідь не потрібна 🙂
Які значення КВС хороші, а які погані? Грубо кажучи все, що більше 2,5 це погано. 1,5-2,5 – потягне. 1,1-1,5 добре. 1 – чудово.
У вас великий КСО і не зменшується? 99% за те, що дуже поганий контакт десь у ланцюжку "маса антени – корпус машини – корпус радіостанції". Або в антеному дроті та роз'ємах.
Бачите, як усе просто?
Яку антену вибрати на автомобіль?Тут варіантів багато. Від найдешевших і найпростіших "вудок" до дуже дорогих і довгих. Очевидно, треба вибирати, якого розміру штир ще не страшно ставити на авто. Загалом, що довше штир, то краще зв'язок (за умови, що антена узгоджена).
Як настроїти антену?Для цього потрібен прилад - КСВ-метр. Не треба думати, що можна налаштувати антену без нього. КСВ-метр коштує близько 1000 руб. Hастроювати антену в першому наближенні треба по мінімуму КСВ (коефіцієнт стоячої хвилі), потрібно досягти КСВ менше 1,5; зазвичай автомобільну вдається довести до 1,1. Треба мати на увазі, що робота при КСВ >3 може призвести до пошкодження вихідного каскаду передавача імпортної Си-Бі рації (у рацій виробництва КБ Беркут передавачі менш критичні до настроювання антен, з ладу не виходять).
Взагалі настойка та вибір антен справа окремого FAQ.
Про що треба пам'ятати під час виборів антени? Антена – найкращий підсилювач.Хороша антена дозволить заощадити на підсилювачі. Тим більше, що підсилювач все одно не можна застосовувати без досить хорошої антени – він просто вийде з ладу при поганому КСВ (гірше 2, якщо підсилювач досить потужний).
Що таке фідер?Фідер, фідерна лінія – це лінія зв'язку станції та антени. У випадку коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом. Фідер вносить втрати в сигнал, тому кабель з меншими втратами коштує дорожче, але за великої довжини може виправдовувати себе. Фідер, що живить антену, може працювати в кількох режимах:
Неналаштований фідерІдеальне узгодження (КСВ=1) виходить при рівності вихідного опору радіостанції, хвильового опору фідера (в окремому випадку коаксіального кабелю) та вхідного опору антени. Смуга частот, у якій виконується умова досить хорошого узгодження, визначається зміною комплексного вихідного та вхідного опорів передавача та антени відповідно, за зміни робочої частоти. При роботі в цьому режимі довжина фідер може бути довільною. Більшість сучасних радіостанцій та промислових антен мають вх./вих. опору (теоретично) 50 Ом і при застосуванні кабелю з хвильовим опором 50 Ом при налаштованій антені додаткового узгодження не потрібно. Промислові КСВ-метри також розраховані на 50 Ом.
Налаштований фідер.При використанні фідера з хвильовим опором, відмінним від вхідного та вихідного опорів антени і радіостанції також можна досягти ідеального узгодження (КСВ = 1). Достатні умови для цього рівність вхідного та вихідного опорів антени та pації, та довжина фідера, кратна половині довжини хвилі у фідері (тобто з урахуванням коефіцієнта укорочення). В цьому випадку фідер працює в режимі (напівхвильового) повторювача. Тобто. незалежно від хвильового опору фідера, не впливає на узгодження антени з p-ст. З цим пов'язаний відомий спосіб "налаштування" кабелю. До виходу p-ст (вважаємо 50 Ом) підключається КСВ-метр, потім кабель. До кінця кабелю підключається еквівалент навантаження – безіндукційний резистор 50 Ом. Поступово вкорочуючи кабель, досягають КСВ = 1. У цьому випадку довжина кабелю повинна вийти кратній напівхвилі (яка в кабелі RG-58c/u з поліетиленовою ізоляцією для СВ дорівнює магічному числу 3.62 метри). при значній зміні робочої частоти узгодження порушується (бо змінюється довжина хвилі в кабелі).
Які типи кабелю та роз'ємів використовуються для підключення антен?При підключенні антени до портативок використовують роз'єм TNC (різьбовий, надійний) і BNC (вітчизняний СР-50) - байонетний, дещо менш надійний, і кабель типу RG-58 з різними літерами (за електричними властивостями).
На автомобілях використовують роз'єм PL259 для тонкого кабелю (RG-58) та цей кабель (RG-58).
На базі використовують роз'єм PL259 для товстого кабелю та кабель RG-213 (товстий зі зниженими втратами). Існують перехідники з будь-якого роз'єму на будь-який.
Вітчизняний кабель використовують переважно РК-50-2 (тонкий) і РК-50-7 (товстий) для бази.
Що таке узгодження антени?Грубо кажучи коефіцієнт корисної дії системи станція-фідер-антена, а також процес отримання максимального ккд. залежить від частоти, тобто. на одній частоті, наприклад, в 20 каналі сітки C воно добре, а в каналах 1 і 40 тієї ж сітки C воно може бути поганим. Підлаштовується довжиною штирьової антени або кабелю фідера, або спеціальним узгоджувальним пристроєм, англійською - матчером. У випадку еквівалентний опір на антенном роз'ємі станції (підсилювача) 50 Ом. Еквівалентний опір різних антен істотно різний, від 30 до кількох тисяч Ом. У фірмових антенах вже зроблено конструктивне узгодження, саморобки краще підключати через матчер, але оскільки опір антени залежить ще й від місцевих умов, будь-яку антену треба підлаштовувати на місці.
Що являє собою матчер?У найпростішому випадку П-контур, що складається з котушки індуктивності та двох змінних ємностей. Підлаштовуючи ці ємності, можна змінювати вхідний і вихідний комплексний опір цього чотириполюсника, чим і досягається узгодження.
Що таке КСВ?Коефіцієнт стоячої хвилі – міра узгодження. Буває від 1 (ідеал) до 3 (погано, але можна працювати), 4...5 - працювати не рекомендується, може виявитися і більше. Вимірюється спеціальним приладом – КСВ-метром. Користуються ним так: прилад увімкнути між антеною та підсилювачем (станцією). Увага: прилад повинен допускати роботу за Вашої потужності!!! Перемикач поставити у положення FWD (пряме включення). Увімкніть передачу, виставте ручкою стрілку на кінець шкали, переключіть прилад у положення REF, увімкніть передачу, рахуйте значення КСВ.
Втрати потужності:
КСВ = 1- втрати 0%
КСВ = 1,3 - втрати 2%
КСВ = 1,5 - втрати 3%
КСВ = 1,7 - втрати 6%
КС = 2 - втрати 11%
КСВ = 3 - втрати 25%
КСВ = 4 - втрати 38%
КСВ = 10 - втрати 70%
Але приріст ефективності рахунок довжини - зазвичай- набагато істотніше втрат у потужності - тобто. довша антена з гіршим КСВ зазвичай краще, ніж коротка антена з добрим КСВ (у формулах дальність пропорційна кореню четвертого ступеня з потужності (при сильних електромагнітних перешкодах швидше за коріння квадратного), тобто втрата потужності на 16% призведе до зменшення дальності на 2 -4%). А ось фізичні розміри антени, висота верхньої точки над землею - у всі формули дальності зв'язку входять як пряма пропорційність дальності, а не коріння квадратні або 4-го ступеня, тобто. впливають на дальність радіозв'язку набагато сильніше).
Прилад для 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 вигляді визначають як відношення амплітуди відбитої від навантаження хвилі до амплітуди падаючої. Коефіцієнти відбиття по струму г, і по напрузі ru дорівнюють 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 падаючого, а якщо Zн Величину коефіцієнта відображення 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 та r = 0,2) потужність відбитої хвилі складе всього 4 % від потужності падаючої. Визначення КСВ з вимірювань розподілу напруги вздовж ділянки лінії у пошуках значень Uл max та Uл min широко застосовувалося у 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 переміщався візок із вставленим у нього зондом - головкою ВЧ вольтметра. КСВ можна визначити, вимірюючи струм Iл в одному з дротів 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 отримати напругу, рівне напруги 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 зсунуті 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) одно 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, ВЧ напруга 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 по фазі, тобто їхня 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 в 50-омной 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 за зміни довжини лінії між приладом і навантаженням можуть бути зчитані 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. Припустимо, в приладі використаний конденсатор дільника С2 ємністю 150 пФ з дротяними висновками діаметром 0,5 мм і завдовжки 10 мм кожен. Виміряна індуктивність дроту такого діаметра довжиною 20 мм виявилася рівною 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 і нижче вплив висновків мізерний. 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. Оскільки за схемою воно шунтує С2, на нижніх частотах коефіцієнт поділу може отримати частотну та фазову залежності. 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 незначний при (R3+R2) більше 40 кОм, що вимагає застосування чутливого індикатора РА1 зі струмом повного відхилення не більше 100 мкА та ВЧ напруги 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 роз'ємів (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 R1 з невеликої індуктивності Lк у вигляді дротяної петлі. Такий спосіб нерідко застосовується як у саморобних, так і "фірмових" КСВ-метрах, але це робити 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 істотно 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 по можливості 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 встановлювалася на кінці лінії, що складається з ряду послідовно з'єднаних відрізків кабелю Zо = 50 Ом довжиною кожен по λ/8. У процесі вимірювань 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 вказує 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 наведені 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 по горизонтальній 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 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 у 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 по фідер 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. Звернемо 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. Найчастіше 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 дротом та вторинною обмоткою. З одного боку, екран усуває ємнісний зв'язок між обмотками, чим покращує балансування різницевого сигналу; з іншого - в екрані виникають 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 з меншою проникністю, якщо застосувати великі типорозміри, збільшити число витків і/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. Застосування 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 на дотик (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 підстроювальний конденсатор. У конструкції передбачена можливість вимірювання потужності падаючої та відбитої хвиль. Для цього перемикачем SA2 ланцюг індикатора замість змінного калібрувального резистора 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). Ємність 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 підбудовний 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 й ємність С0 ~ 1 пФ між вторинною обмоткою трансформатора Т1 і центральним провідником. Загальна ємність нижнього плеча - С2 плюс C3 при R1 = 68 Ом 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 резистор R4 - 150 кОм СП - 4 - 2м, підстроювальний резистор R4 - 150 кОм. 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 підстроювального 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 підстроєчника C3. Після досягнення хорошого балансування на середніх і верхніх частотах встановлюють частоту 1,8 МГц, на місце резистора R2 тимчасово впаюють змінний резистор опором 15...20 кОм і знаходять значення, при якому мінімально UOCT. 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) менше 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 зазначити, що це типи аматорських КСВ-метрів (на струмовому трансформаторі, мостові, 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 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 спаяний із 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 у 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, підстроювальні 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 2 отворів немає, а в перегородці 5 отвір роблять під конкретний НЧ роз'єм, через який підключатиметься індикаторний блок. У середній перемичці 3 (рис. 8,б) навколо трьох отворів з обох боків вибирають фольгу, а в отвори встановлюють три прохідні провідники (наприклад, латунні гвинти М2 та 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 навантажувальний резистор 50 Ом (еквівалент антени) потужністю 50...100 Вт. Одна з можливих радіоаматорських конструкцій показано 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, наповнений резистивною речовиною. Резистор повинен бути щільно притиснутий до днища алюмінієвого кожуха. Це покращує відведення тепла і 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 з урахуванням 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 за умови використання зовнішнього радіатора. Було проведено порівняльні випробування КСВ-метрів різних фірм та 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 ~0,25λ. Чим менший розкид показань, тим достовірніший прилад. При частоті 29 МГц отримані наступні значення КВС: 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 використали резистор опором 47,4 Ом. Після його заміни на резистор 49,9 Ом результати вимірювань стали значно кращими - 1,48/1,58. Можливо, з цієї причини 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 Сьогодні КСВ-метри є практично на будь-якій аматорській радіостанції – вбудовані у фірмову апаратуру, самостійні фірмові прилади чи саморобні. Результати їх Як відомо, коефіцієнт стоячої хвилі у фідер однозначно визначається вхідним імпедансом антени і хвильовим опором фідера. Ця характеристика антенно-фідерного тракту залежить ні від рівня потужності, ні від вихідного опору передавача. Насправді його доводиться вимірювати деякому віддаленні від антени - найчастіше безпосередньо в трансивера. 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 безпосередньо в антени, і на деякому віддаленні 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 на практиці буває незначним, якщо використовується кабель з малими погонними втратами і довжина 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 у навантаженні реактивності розподіл напруги та 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 скорочення). 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. 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). Це означає, що не можна довіряти показанням подібного «вимірювача КСВ» щодо невеликих значень КСВ. Причому залежно від характеру навантаження в точці виміру (а залежить від довжини фідера!) відхилення від істинного значення може 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 КСВ, це лише говорить про те, що у конкретного КСВ-метра недостатній коефіцієнт спрямованості. Ще один момент - це не зовсім «точковий» характер вимірювань у таких приладах (точки знімання інформації про напругу та струм не співпадають). 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, роблячи 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 обплетенню 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. Майже всі прилади мали помітну похибку вимірювання потужності (до 10...15%) і помітну нерівномірність її індикації за частотою (у смузі частот 2...28 МГц). Тобто очікується, що похибка відліку КСВ буде вищою за наведені значення. Понад те, в повному обсязі прилади, будучи підключеними до еквіваленту антени, показували КСВ=1. Один з них (не найдешевший) навіть показав 1,25 на частоті 28 МГц. Борис СТЕПАНОВ
роботи (КСВ антенно-фідерного тракту) широко обговорюються радіоаматорами. 
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.
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 наслідок, відбувається «розбаланс системи» - проникнення ВЧ напруги з каналу, що обробляє інформацію про пряму хвилю, в 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.
Саме цей ефект і породив, очевидно, легенду вплив довжини фідера на КСВ.
Іншими словами, треба бути акуратним під час перевірки саморобних КСВ-метрів за приладами, що випускаються для радіоаматорів. І у світлі сказаного дуже 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.
