какой ксв должен быть у антенны
Какой ксв должен быть у антенны
Более того, в реальных (с потерями) кабелях всю энергию в этом случае все равно не удается «загнать» в нагрузку. Часть ее, «бегая» по кабелю, будет в нем рассеиваться. И чем больше КСВ, тем большая часть энергии пойдет на «обогрев» кабеля. Сказанное иллюстрирует рис.3, на котором приведена зависимость мощности Р (нормирована на значение в максимуме), поступающей от генератора в нагрузку, при изменении отношения сопротивления нагрузки Rн к выходному сопротивлению генератора Rг.
Рис. 3 He следует забывать, что отношение этих сопротивлений и есть КСВ. Заметим, что человеческое ухо начинает различать разницу в уровнях сигнала где-то со значения в 3 дБ, и, следовательно, уменьшение излучаемой антенной мощности из-за того, что КСВ отличается от 1, в данном случае вряд ли будет зафиксировано корреспондентами. Достижение минимальных значений КСВ при наличии СУ свидетельствует о настройке АФУ на заданную частоту, но не характеризует эффективность передачи энергии к антенне. Для точного согласования всех элементов АФУ, содержащих СУ, в процессе настройки антенны необходимо одновременно измерять КСВ как до СУ, так и после него;
Рис. 4
Так вот, практика показывает, что подобные изменения характера «приведенной» нагрузки в большинстве случаев еще можно скомпенсировать подстройкой элементов выходного П-контура передатчика с узкополосными выходными каскадами (обычно это ламповые), и обеспечить оптимальное их согласование с фидером, регулируя связь передатчика с линией (а также скомпенсировав возможную реактивную часть входного сопротивления линии) таким образом, чтобы нагрузка по-прежнему поглощала всю выходную мощность, как при КСВ=1;
— в-третьих, при КСВ не более двух, напряжение в максимуме стоячей волны всего лишь на 30% превышает то, что мы наблюдаем при КСВ=1. Такое превышение, как правило, не опасно для широкополосных транзисторных усилителей мощности, даже если этот максимум напряжения на данной частоте и при данной длине фидера окажется непосредственно в месте подключения фидера. Да и возрастание напряжения на элементах выходного каскада из-за его недогрузки не будет еще катастрофическим. Во всяком случае, для аппаратуры заводского изготовления с транзисторными выходными каскадами КСВ=2 устанавливается предельным, при котором гарантируется ее работоспособность.
И, наконец, в-четвертых. Повышение (по сравнению со случаем, когда КСВ=1) значений напряжения и тока в соответствующих максимумах стоячей волны при определенных выходных мощностях (тех, что реально «прокачивают» некоторые коротковолновики) могут просто повредить кабель.
Рис. 5
В зарубежных изданиях по профессиональной и любительской радиосвязи, а также в отечественной радиолюбительской литературе степень рассогласования фидера и нагрузки характеризует КСВ. Однако так уж исторически сложилось, что в отечественной профессиональной и полупрофессиональной литературе по антенно-фидерным устройствам используют термин «коэффициент бегущей волны» (КБВ), связанный с КСВ простым соотношением:
Так, например, если КСВ=0,5, то КБВ=1/0,5 = 2.
Часто, имея согласованную антенну, при использовании антенного тюнера или согласующего устройства радиолюбителю удается добиться прибавки силы сигнала в точке приема. Такая прибавка достигается за счет точного согласования выходного каскада трансивера (передатчика с антенной системой), что эквивалентно увеличению мощности устройства. Использование различного рода согласующих устройств оправдано еще тем, что большинство современных трансиверов, а также усилителей мощности предназначено для работы на низкоомную нагрузку 50 (75) Ом. Известно, что любая антенна имеет резонанс на какой-либо одной частоте, например, в середине любительского диапазона. На краях же этого диапазона КСВ отличается от значения в середине диапазона и имеет порой высокие значения, что понижает эффективность работы выходного каскада передающего устройства. Это особенно заметно в транзисторных схемах, где рассогласование выходного каскада с антенной системой и отсутствие эффективной системы ALC (устройства, понижающего мощность передатчика при появлении высокого значения КСВ) может стать причиной выхода из строя транзисторов выходного каскада. С помощью согласующего устройства антенная система становится резонансной на любой частоте любительского диапазона, а выходной каскад постоянно работает на согласованную низкоомную нагрузку. Нередко можно услышать ошибочное мнение, что добившись с помощью согласующего устройства (антенного тюнера) КСВ=1, решаются все задачи, связанные с передачей энергии высокочастотных колебаний в антенну. Однако это мнение ошибочно. Приведем два примера.
Рис. 6 Антенным тюнером добиваемся КСВ=1 между передатчиком и антенным тюнером в самой антенной системе:
Рис.7
По всей длине между проводами устанавливаются распорки-изоляторы длиной 50..150 мм, изготовленные из стеклотекстолита, оргстекла, фторопласта или другого диэлектрика. Расстояние между ними должно составлять приблизительно 30. 40 см. Более точно волновое сопротивление воздушного симметричного фидера можно определить по формуле:
Из графика зависимости КПД фидеров от их длины (рис.8) видно, что потери в линии уменьшаются с увеличением толщины фидера, его волнового сопротивления и длины волны.
Рис. 8
Это объясняется тем, что на коротких волнах у коаксиальных кабелей и двухпроводной симметричной линии с распорками из диэлектрика (полистирол, фторопласт, стеклотекстолит) практически отсутствуют потери. А омические потери уменьшаются с уменьшением сопротивления проводников (оно снижается с увеличением их толщины из-за уменьшения скин-эффекта) и с ростом волнового сопротивления фидера, что объясняется уменьшением тока, необходимого для передачи определенной мощности. У фидера, условно не имеющего потерь (двухпроводная линия или толстый кабель РК50-44-17 и т.д.) при КСВ = 1, КПД близок к 100% при любом значении КСВ (верхняя кривая на рис.8). Но такой фидер практически невозможно реализовать.
Рис. 9
Из этого примера видно, что высокое значение КСВ в некоторых случаях не играет определяющей роли при использовании высококачественных кабелей. Для фидеров на основе воздушной линии или «мощных» коаксиальных кабелей типа РК100-33-17, РК50-44-17 и т.д. максимально разрешенная мощность на КВ-диапазонах может быть передана практически при любом реально возможном значении КСВ.
Что такое КСВ и чем его закусывать?
Коэффициент стоячей волны, его влияние на потери в линиях приёма/передачи.
Так или иначе, любой индивид, интересующийся техникой радиосвязи, рано или поздно, сталкивается с лаконичным термином «КСВ». При этом, если даже ёжику известно, что значение КСВ должно быть как можно меньше, то какова физическая сущность этого параметра, а также степень его влияния на уровень потерь энергии в линии, ясно не всегда и не каждому.
Начнём с торжественного, но малопонятного определения из википедии:
«Коэффициент стоячей волны (КСВ, от англ. standing wave ratio, SWR) — отношение наибольшего значения амплитуды напряжённости электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему».
На рисунке показаны эпюры напряжения в линии в различные моменты времени.
Налицо колебательный процесс изменения амплитуды, связанный с тесным взаимодействием входного сигнала постоянной амплитуды с сигналом, отражённым от несогласованной нагрузки и имеющим ту же самую частоту, но сдвинутым по отношению к входному по фазе.
К частоте этого колебательного процесса отнесёмся индифферентно, а вот размах изменения амплитуды как раз и определяет параметр коэффициента стоячей волны.
Формула здесь очень простая:
Величина, обратная КСВ, называется КБВ (коэффициент бегущей волны):
КБВ = 1/КСВ
Рассмотрим две крайние ситуации:
Входной/выходной импеданс приёмника/передатчика не слишком сложными схемотехническими ухищрениями выводится на уровень сопротивления кабеля, соединяющего радиостанцию с антенной.
Короче, обсуждать тему проектирования и согласования приёмо-передающих антенн мы в рамках этой статьи не станем. Для этого есть достаточное количество умных и толстых книг, в которых без матерных излишеств и фонетических шероховатостей даны ответы на все касающиеся антенн головоломки.
Ну, а если встал вопрос о том, какое отклонение КСВ от 1 можно считать приемлемым для наших радиолюбительских целей, следует припасть к формуле, позволяющей оценить потери мощности рассеивания за счёт неидеальности согласования входных/выходных сопротивлений устройств. 
А слегка поднатужившись на сетевой полянке, пытливый ум отыщет и знаний золотую жилу в виде симпатичной таблички, представляющей из себя графическое выражение данной формулы.
А куда девается энергия потерь?
Бегает по фидеру, и чем больше КСВ, тем большая часть энергии идёт на «обогрев» кабеля. Поэтому при значительных выходных мощностях и высоком КСВ возникает опасность теплового повреждения кабеля.
На практике при проектировании радиопередающих устройств следует исходить из максимальной величины КСВ, не превышающей 2.
Вот что пишет в журнале Радиомир КВ-УКВ 12/2001, с.32-34 уважаемый радиолюбитель, автор статьи «ПPOCTO ОБ АНТЕННАХ, ИЛИ ИЗМЕРЯЕМ КСВ» В. Башкатов:
«При КСВ=2, напряжение в максимуме стоячей волны всего лишь на 30% превышает то, что мы наблюдаем при КСВ=1.
Такое превышение, как правило, не опасно для широкополосных транзисторных усилителей мощности, даже если этот максимум напряжения окажется непосредственно в месте подключения фидера. Да и возрастание напряжения на элементах выходного каскада из-за его недогрузки ещё не будет катастрофическим.
Во всяком случае, для аппаратуры заводского изготовления с транзисторными выходными каскадами КСВ=2 устанавливается предельным, при котором гарантируется ее работоспособность».
Ну и напоследок:
КСВ обозначает лишь степень согласования радиостанции с фидером и антенной и никоим образом не указывает ни на эффективность антенны, ни на её частотные характеристики.
Наилучшим КСВ, равным 1 в широчайшей полосе частот, обладает линия с подключённым к кабелю 50-ти омным резистором. А кому придёт в голову использовать резистор в качестве антенны? Разве что отбившемуся от стаи, ярому фанату антеннки mini-whip.
Правила настройки антенны и измерения КСВ
Таблица 1. Потери мощности при различных значениях КСВ
Рис 1. Схема подключения КСВ метра
ВНИМАНИЕ. Пpибоp должен допускать pаботу пpи Вашей выходной мощности! То есть если прибор рассчитан на максимальную мощность 10Вт, а ему на вход подать 100Вт, то результат будет вполне очевиден в виде дыма и вполне осязаем органами обоняния. Переключатель нужно поставить в положение FWD (прямое включение). Включив передачу, нужно выставить ручкой стрелку-указатель на конец шкалы. Таким образом делается калибровка показаний прибора. Калибровать прибор нужно каждый раз при изменении рабочей частоты. Далее, переключив (при отключенной передаче) прибор в положение REF (обратное включение), включить передачу и считать значение КСВ по шкале прибора.
— Обратите внимание, что антенну надо настраивать только по месту ее ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ установки. Это значит, что, перенеся антенну на другое место, ее снова необходимо будет настраивать.
— Если Вы получили КСВ порядка 1,1-1,3, это отличный результат.
— Если Вы получили КСВ порядка 1,3-1,7, это тоже неплохо и Вам не о чем беспокоиться.
Из другого источника
Длины 50-омного кабеля в полуволнах, режим “полуволнового повторителя” ( верно для кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией центральной жилы )
Количество полуволн
Сетка “C” Cетка ”D” Сетки “C”& “D”
Средняя частота МГц
27.5
Длина отрезка кабеля
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