Мифы и правда о КСВ для начинающих
Добавлено: Чт авг 01, 2013 1:53 amКСВ - Коэфициент Стоячей Волны, в англоязычной литературе - SWR (Standing Wave Ratio)
Еще бывает КБВ - Коэфициент Бегущей Волны, это обратная величина (КБВ=1/КСВ; КСВ=1/КБВ), она в чем-то удобнее, но чаще пользуются именно КСВ
Что же это такое? Это всего лишь степень согласования радиостанции с антенной. Дело в том, что на радиочастотах происходят более сложные процессы, чем на постоянном токе, и не вникая довольно глубоко в физику их объяснить не удастся. По этому примем как данность, что все участки тракта от радиостанции до антенны включительно должны иметь, насколько это возможно, равное волновое сопротивление (не путать с тем сопротивлением, которое можно померять тестером). Оно может быть любым, но почти вся связная аппаратура, и СиБи не исключение, рассчитывается на 50 Ом. Выход радиостанции должен быть равен 50 Ом, кабель должен иметь сопротивление 50 Ом, антенна должна иметь сопротивление 50 Ом. Или любое дугое, но всегда одинаковое. Еще раз повторяю, это не то сопротивление, котрое меряют тестером, а т.н. волновое сопротивление, т.е. применимое к радиочастоте, соответственно для его измерений используют другие приборы. Если сопротивление отличается, то электромагнитная энергия частично отражается назад, подбно тому, как если в озеро бросить камень и увидеть, что волны, натыкаясь на берег, крупные предметы и т.п. (неоднородность!) частично отражаются обратно.
В реальной жизни невозможно достичь идеального согласования. Выход станции редко равен строго 50 Ом, коаксиальный кабель часто имеет куда как больший разброс, да и самым тщательным образом настроенная антенна далеко не всегда имеет все те же 50 Ом. По этому отражения будут всегда, но при хорошем согласовании они будут небольшими и ими спокойно пренебрегают. А если рассогласование большое, то отражается больше энергии и это становится потенциально опасным. Дело в том, что хотя мощность сибишки и небольшая, ее может оказаться достаточно, чтобы будучи отраженной назад от того места, где волновые сопротивления не совпадают, вывести станцию из строя. По этой причине многие станции имеют защиту, которая автоматически уменьшает мощность при сильном рассогласовании - это спасает станцию от поломки при обрыве антенны, коротком замыкании в кабеле, подключении случаной антенны вместо правильно настроенной и т.п.
Тогда почему стараются уменьшить КСВ? Во первых, любая защита нужна на случай аварии, а не постоянного использования - все должно работать правильно, а не в аварийном режиме. Во вторых, защита сбрасывает мощность передатчика, от чего несколько сокращается радиус действия радиостанции. В третьих, отраженная энергия тоже бесполезно теряется, т.к. не излучается антенной, а на приеме наоборот - меньше полезного сигнала принимается антенной, зато больше пролазит помех с тех сторон, откуда их не ждешь, например по казалось бы экранированному антенному кабелю.
Что в итоге?
Обязательно нужно стремиться к согласованию (т.е. минимизации КСВ), но не доводить до идиотизма. КСВ не может быть меньше 1,00 - это идеальное согласование, которое на практике достичь невозможно. Если у вас КСВ=1,00 - проверьте правильность измерений и исправность приборов. На практике отличным согласованием, которое не нуждается в дальнейших попытках улучшения, можно считать КСВ<1,50. Хорошее - КСВ<2,00. Приемлимое - КСВ<3,00. Вот ориентировочные потери в процентах (и округленно в dB) в зависимости от КСВ:
КСВ=1 - 0% - 0dB
КСВ=2 - 12% - -0,6dB
КСВ=3 - 25% - 1,3dB
КСВ=4 - 36% - -2,0dB
КСВ=5 - 44% - -2,5dB
КСВ=7 - 56% - -3,6dB
КСВ=10 - 67% - -4,7dB
КСВ=20 - 82% - -7,5dB
Один балл на шкале уровня принимаемого сигнала равен 6dB. То есть при КСВ=3 уровень сигнала снизится всего лишь на одну четвертую часть балла, на одну четвертую часть кубика! Следовательно, влияние КСВ на уровень сигнала намного меньше, чем часто думают, а вот безопасностью радиостанции пренебрегать не стоит.
Теперь второй вопрос. Зачем настраивать антенну, если значение КСВ, как выяснилось, не так уж и важно? А вот зачем. Когда антенна настроена точно (говорят "в резонанс" по тому, что на самом деле в ней наступает резонанс на радиочастоте), ее эффекивность на прием и передачу возрастает. Именно по этому важно настроить антенну и именно по этому ненастроенная антенна работает плохо, хотя и не обязательно приводит к поломке радиостанции. А проблема настройки заключается в том, что автомобильные сиби антенны очень узкополосны. Ширина полосы тем меньше, чем короче антенна. По этому более длинные антенны не только более эффективны, но и менее чувствительны к точности настройки, обеспечивая приличную эффективность на всех каналах центральной сетки с запасом на соседние. С удалением от частоты настройки эффективность антенны снижается, а КСВ растет - у коротких антенн это случается быстрее, чем у длинных.
Может ли оказаться так, что антенна настроена точно, кабель хороший, разъемы припаяны правильно, а КСВ никак не идет к единице? Да, может. Дело в том, что хотя антенны стараются проектировать так, чтобы они имели сопротивление 50 Ом (по тому, что станции и кабели тоже 50 Ом, а вовсе не по чему либо еще), на практике сопротивление антенны может оказаться заметно отличающимся (в причины вдаваться не будем, в любом случае речь об исправных антеннах с годными кабелями, подключаемых к исправным станциям). Правильная установка - настройка в резонанс, на КСВ внимание не обращаем, если он в рамках разумного. Гоняться за сотыми долями КСВ просто идиотизм, т.к. это обычно за пределами погрешности измерений, а гоняться за десятыми часто не имеет никакого практического смысла. В отсутствие специальных приборов, располагая только КСВ-метром, больше ничего нельзя сделать (и, как правило, не нужно) - только найти минимум, поскольку фабричные антенны все-же более-менее близки к 50 Ом. Большие значения КСВ и невозможность опустить их настройкой до желательных значений (1,5 и меньше) скорее всего указывают на неисправность или ошибки монтажа, включая неудачное место для установки. Но измерение КСВ - косвенный метод. Например (цифры придуманы для наглядности), хорошая длинная самодельная антенна при резонансе имеет сопротивление 17 Ом (КСВ=3), а короткая фабричная, допустим, 40 Ом (КСВ=1,3) - естественно, что длинная антенна будет работать намного лучше, чем короткая, хотя КСВ намного выше.
Выводы.
Не нужно переоценивать КСВ. Точное значение КСВ неважно, если он менее безопасного для работы радиостанции (обычно это значит, что менее трех). Настройка антенны по КСВ - косвенный метод, не гарантирующий попадание антенны в резонанс. Этот метод основан на том, что фабричная антенна скорее всего будет иметь 50 Ом и, в общем-то, этим методом можно пользоваться. Лучше эффективная антенна с повышенным КСВ, чем неэффективная с меньшим.
Обычно рекомендуют периодически мерять КСВ, т.к. его внезапное увеличение означает неисправность, которую нужно выявить и устранить. Это может быть повреждение антенны, кабеля или что-то в этом роде, что не сразу заметно (потери из-за роста КСВ не так высоки), но чего не должно быть.
Если представить график, на котором изображена эффективность антенны в зависимости от частоты и одновременно КСВ, то эффективность будет похожа на холмик с небольшой вершинкой (тем уже, чем короче антенна) и плавными спадами по краям, а КСВ будет свисать как сосулька, имея скругленный, но довольно узкий минимум и резкий рост в стороны от минимума. При этом максимум эффективности и минимум КСВ могут не совпадать по частоте, хотя и будут находиться близко.
Еще более простые выводы.
Если КСВ безопасно мал - можно смело выходить на передачу и ни во что не вникать. Но если хочется получить максимальную эффективность от имеющейся аппаратуры, нужно тщательно настроить антенну - прирост будет получен не за счет снижения КСВ как такового, а за счет правильной работы антенны.
Еще бывает КБВ - Коэфициент Бегущей Волны, это обратная величина (КБВ=1/КСВ; КСВ=1/КБВ), она в чем-то удобнее, но чаще пользуются именно КСВ
Что же это такое? Это всего лишь степень согласования радиостанции с антенной. Дело в том, что на радиочастотах происходят более сложные процессы, чем на постоянном токе, и не вникая довольно глубоко в физику их объяснить не удастся. По этому примем как данность, что все участки тракта от радиостанции до антенны включительно должны иметь, насколько это возможно, равное волновое сопротивление (не путать с тем сопротивлением, которое можно померять тестером). Оно может быть любым, но почти вся связная аппаратура, и СиБи не исключение, рассчитывается на 50 Ом. Выход радиостанции должен быть равен 50 Ом, кабель должен иметь сопротивление 50 Ом, антенна должна иметь сопротивление 50 Ом. Или любое дугое, но всегда одинаковое. Еще раз повторяю, это не то сопротивление, котрое меряют тестером, а т.н. волновое сопротивление, т.е. применимое к радиочастоте, соответственно для его измерений используют другие приборы. Если сопротивление отличается, то электромагнитная энергия частично отражается назад, подбно тому, как если в озеро бросить камень и увидеть, что волны, натыкаясь на берег, крупные предметы и т.п. (неоднородность!) частично отражаются обратно.
В реальной жизни невозможно достичь идеального согласования. Выход станции редко равен строго 50 Ом, коаксиальный кабель часто имеет куда как больший разброс, да и самым тщательным образом настроенная антенна далеко не всегда имеет все те же 50 Ом. По этому отражения будут всегда, но при хорошем согласовании они будут небольшими и ими спокойно пренебрегают. А если рассогласование большое, то отражается больше энергии и это становится потенциально опасным. Дело в том, что хотя мощность сибишки и небольшая, ее может оказаться достаточно, чтобы будучи отраженной назад от того места, где волновые сопротивления не совпадают, вывести станцию из строя. По этой причине многие станции имеют защиту, которая автоматически уменьшает мощность при сильном рассогласовании - это спасает станцию от поломки при обрыве антенны, коротком замыкании в кабеле, подключении случаной антенны вместо правильно настроенной и т.п.
Тогда почему стараются уменьшить КСВ? Во первых, любая защита нужна на случай аварии, а не постоянного использования - все должно работать правильно, а не в аварийном режиме. Во вторых, защита сбрасывает мощность передатчика, от чего несколько сокращается радиус действия радиостанции. В третьих, отраженная энергия тоже бесполезно теряется, т.к. не излучается антенной, а на приеме наоборот - меньше полезного сигнала принимается антенной, зато больше пролазит помех с тех сторон, откуда их не ждешь, например по казалось бы экранированному антенному кабелю.
Что в итоге?
Обязательно нужно стремиться к согласованию (т.е. минимизации КСВ), но не доводить до идиотизма. КСВ не может быть меньше 1,00 - это идеальное согласование, которое на практике достичь невозможно. Если у вас КСВ=1,00 - проверьте правильность измерений и исправность приборов. На практике отличным согласованием, которое не нуждается в дальнейших попытках улучшения, можно считать КСВ<1,50. Хорошее - КСВ<2,00. Приемлимое - КСВ<3,00. Вот ориентировочные потери в процентах (и округленно в dB) в зависимости от КСВ:
КСВ=1 - 0% - 0dB
КСВ=2 - 12% - -0,6dB
КСВ=3 - 25% - 1,3dB
КСВ=4 - 36% - -2,0dB
КСВ=5 - 44% - -2,5dB
КСВ=7 - 56% - -3,6dB
КСВ=10 - 67% - -4,7dB
КСВ=20 - 82% - -7,5dB
Один балл на шкале уровня принимаемого сигнала равен 6dB. То есть при КСВ=3 уровень сигнала снизится всего лишь на одну четвертую часть балла, на одну четвертую часть кубика! Следовательно, влияние КСВ на уровень сигнала намного меньше, чем часто думают, а вот безопасностью радиостанции пренебрегать не стоит.
Теперь второй вопрос. Зачем настраивать антенну, если значение КСВ, как выяснилось, не так уж и важно? А вот зачем. Когда антенна настроена точно (говорят "в резонанс" по тому, что на самом деле в ней наступает резонанс на радиочастоте), ее эффекивность на прием и передачу возрастает. Именно по этому важно настроить антенну и именно по этому ненастроенная антенна работает плохо, хотя и не обязательно приводит к поломке радиостанции. А проблема настройки заключается в том, что автомобильные сиби антенны очень узкополосны. Ширина полосы тем меньше, чем короче антенна. По этому более длинные антенны не только более эффективны, но и менее чувствительны к точности настройки, обеспечивая приличную эффективность на всех каналах центральной сетки с запасом на соседние. С удалением от частоты настройки эффективность антенны снижается, а КСВ растет - у коротких антенн это случается быстрее, чем у длинных.
Может ли оказаться так, что антенна настроена точно, кабель хороший, разъемы припаяны правильно, а КСВ никак не идет к единице? Да, может. Дело в том, что хотя антенны стараются проектировать так, чтобы они имели сопротивление 50 Ом (по тому, что станции и кабели тоже 50 Ом, а вовсе не по чему либо еще), на практике сопротивление антенны может оказаться заметно отличающимся (в причины вдаваться не будем, в любом случае речь об исправных антеннах с годными кабелями, подключаемых к исправным станциям). Правильная установка - настройка в резонанс, на КСВ внимание не обращаем, если он в рамках разумного. Гоняться за сотыми долями КСВ просто идиотизм, т.к. это обычно за пределами погрешности измерений, а гоняться за десятыми часто не имеет никакого практического смысла. В отсутствие специальных приборов, располагая только КСВ-метром, больше ничего нельзя сделать (и, как правило, не нужно) - только найти минимум, поскольку фабричные антенны все-же более-менее близки к 50 Ом. Большие значения КСВ и невозможность опустить их настройкой до желательных значений (1,5 и меньше) скорее всего указывают на неисправность или ошибки монтажа, включая неудачное место для установки. Но измерение КСВ - косвенный метод. Например (цифры придуманы для наглядности), хорошая длинная самодельная антенна при резонансе имеет сопротивление 17 Ом (КСВ=3), а короткая фабричная, допустим, 40 Ом (КСВ=1,3) - естественно, что длинная антенна будет работать намного лучше, чем короткая, хотя КСВ намного выше.
Выводы.
Не нужно переоценивать КСВ. Точное значение КСВ неважно, если он менее безопасного для работы радиостанции (обычно это значит, что менее трех). Настройка антенны по КСВ - косвенный метод, не гарантирующий попадание антенны в резонанс. Этот метод основан на том, что фабричная антенна скорее всего будет иметь 50 Ом и, в общем-то, этим методом можно пользоваться. Лучше эффективная антенна с повышенным КСВ, чем неэффективная с меньшим.
Обычно рекомендуют периодически мерять КСВ, т.к. его внезапное увеличение означает неисправность, которую нужно выявить и устранить. Это может быть повреждение антенны, кабеля или что-то в этом роде, что не сразу заметно (потери из-за роста КСВ не так высоки), но чего не должно быть.
Если представить график, на котором изображена эффективность антенны в зависимости от частоты и одновременно КСВ, то эффективность будет похожа на холмик с небольшой вершинкой (тем уже, чем короче антенна) и плавными спадами по краям, а КСВ будет свисать как сосулька, имея скругленный, но довольно узкий минимум и резкий рост в стороны от минимума. При этом максимум эффективности и минимум КСВ могут не совпадать по частоте, хотя и будут находиться близко.
Еще более простые выводы.
Если КСВ безопасно мал - можно смело выходить на передачу и ни во что не вникать. Но если хочется получить максимальную эффективность от имеющейся аппаратуры, нужно тщательно настроить антенну - прирост будет получен не за счет снижения КСВ как такового, а за счет правильной работы антенны.