КСВ метры промышленные и любительские: плюсы и минусы

Заказать КСВ измерители в Суперайс с доставкой по всей России

Вопрос увеличения дальности действия радиосвязи возник с момента изобретения радио в конце 19 века. Было установлено, что чем больше мощность передатчика, чувствительность приёмника и эффективность антенно-фидерного устройства (АФУ), тем больше дальность связи.

Процессы, происходящие в радиотехнике, невозможно увидеть или оценить наощупь, поэтому были изобретены специальные средства измерений.

Чтобы сориентировать читателя в вопросах измерений в радиотрактах и используемом для этого оборудовании, мы оценили возможности современных измерительных приборов, используемых профессионалами и радиолюбителями.

Время чтения: 15 минут

Немного теории

АФУ состоит из антенны и фидера (линии передачи энергии от передатчика к антенне или от антенны к приёмнику).

Известны несколько типов линий передач: двух или четырёхпроводные воздушные, коаксиальные, полосковые и волноводные.

Эффективность АФУ оценивают с помощью коэффициента полезного действия (кпд) и чем он больше, тем лучше.

Повысить эффективность пассивных проволочных антенн и фидеров можно, изготавливая их из материалов с малыми потерями. Но для получения максимального кпд линии передачи энергии этого недостаточно и вот почему.

В любой линии имеются потери энергии двух видов:

  • на затухание (они определяются качеством фидеров и измеряются в дБ/м);
  • на рассогласование фидера и антенны с одной стороны и фидера и передатчика с другой.

Если первый вид потерь зависит только от длины соединительной линии, то минимизировать последний реально путём обеспечения оптимального режима её работы.

В фидере существуют падающая (прямая) и отражённая (обратная) волна. Первая распространяется от аппаратуры к нагрузке, а вторая отражается от антенны (или любой неоднородности фидерного тракта). Она распространяется в обратном направлении.

Чем меньше отражённая волна по сравнению с падающей, тем больше кпд фидера. В идеале отражённая волна должна отсутствовать.

Для достижения этого необходимо, чтобы:

  • выходное сопротивление аппаратуры, волновое сопротивление фидера и входное сопротивление антенны были одинаковы, т.е. согласованы;
  • сопротивление передатчика и антенны были чисто активны, т.е. их реактивная составляющая равна 0.

При отсутствии согласования возможен отказ активного элемента выходного каскада (лампы, транзистора или микросхемы). Следствие-сложный ремонт.

Таким образом, даже если в трансивере имеется защита от неисправности антенны, соотношение между упомянутыми мощностями нужно контролировать во время связи. Кроме того, такой контроль позволит вовремя обнаружить пропажу антенны.

Измерители КСВ и их особенности

КСВ (коэффициент стоячей волны или по-английски SWR-standing wave ratio) характеризует степень согласования АФУ с приёмопередатчиком.

При идеальном согласовании этот параметр равен 1, а при полном рассогласовании стремится к бесконечности. В первом случае вся подведённая к АФУ энергия излучается, а во втором отражается в сторону передатчика. При разработке и эксплуатации АФУ необходимо стремиться к минимальным значениям рассматриваемого параметра.

Для его измерения используют специальные приборы-КСВ метры. Они включаются в разрыв фидера между приёмопередатчиком и антенной.

Рассматриваемые приборы классифицируют по диапазону рабочих частот, величине проходящей мощности, типу линии передачи, способу представления результатов измерений, волновому сопротивлению и типу источника питания.

Виды линий передачи были рассмотрены выше.

Результаты тестов могут быть представлены с помощью:

  • стрелочных приборов;
  • отдельных светодиодных индикаторов и линеек из них;
  • цифровых дисплеев;
  • комбинации перечисленных средств.

Волновое сопротивление различных типов фидеров имеет стандартное значение из ряда 300, 75 или 50 Ом.

Схема КСВ метра состоит из направленного ответвителя, определяющего основные метрологические характеристики устройства, и измерительного блока.

Направленный ответвитель служит для разделения прямой и отражённой волн.

Он изготавливается на основе отрезков линий передачи (коаксиальных, полосковых, волноводных) или трансформаторов, которых используются тороидальные, трубчатые или кольцевые ферритовые магнитопроводы с высоким коэффициентом индуктивности. В настоящее время второй вариант широко применяется и в профессиональных, и в любительских измерителях КСВ.

Измеритель КСВ заказать в Суперайс
Ответвитель с кольцевыми магнитопроводами и диодами Шоттки

Самодельные КСВ измерители

Исторически так сложилось, что в России более популярны любительские приборы рассматриваемого класса. Это объясняется тем, что в СССР отсутствовали товары для радиолюбителей и энтузиастам всё приходилось делать своими руками из доступных радиодеталей.

Сейчас ситуация изменилась и купить можно всё что угодно. Но любители поработать головой и руками остались, поэтому сообщения о результатах их экспериментов в рассматриваемой сфере продолжают поступать.

Основная разница между схемами любительских КСВ метров заключается в особенностях исполнения направленных ответвителей и принципах построения блоков индикации.

К достоинствам любительских вариантов можно отнести относительную простоту изготовления и дешевизну. Самые простые устройства работают без источников питания и отличаются исключительной надёжностью.

Недостатков значительно больше:

  • КСВ метр, созданный своими руками, является грубым индикатором;
  • Перед началом работы многие приборы нуждаются в калибровке;
  • Самоделки не содержат средств частотной компенсации;
  • Измерители КСВ ручной работы громоздки, что не позволяет использовать их для испытания антенн носимых радиосредств при непосредственном подключении к радиостанциям;
  • Большинство приборов не позволяют одновременно контролировать необходимые параметры: мощность и КСВ, поэтому требуется несколько измерений и вычисления, что неудобно.

Примеры готовых решений

В настоящее время промышленностью выпускается ряд измерителей для разных частотных диапазонов.

Они отличаются:

  • широким диапазоном рабочих частот и мощностей;
  • автоматизацией (не нужно проводить расчёты, калибровки и т.д.);
  • одновременным отображением нескольких измеряемых величин;
  • гарантированной точностью;
  • небольшой величиной вносимых в тракт передачи потерь;
  • дополнительным функционалом;
  • удобными масса-габаритными характеристиками.

Все они измеряют минимум необходимых величин: мощности падающей, отражённой волн, а также КСВ. Устройства имеют одинаковые волновые сопротивления 50 Ом, но разные типы радиочастотных разъёмов. Малые габариты, вес и продуманное конструктивное исполнение делает использование измерителей удобным как в стационарных, так и в полевых условиях.

Информация о рассматриваемых приборах приведена в следующих таблицах.

Характеристики измерителей с диапазоном 1.6-60 МГц

Параметр Модель
WATU-130 NISSEI RX-103 CQV-SWR120
Диапазон частот, МГц 1.8-50 1.6-60 1.8-54
Диапазон (точность) измерения КСВ 1-99.99 (±5) - (±15) 1-99.99 (-)
Диапазон мощностей, Вт 0.5-120 1-2000 0.5-120
Потери, дБ - 0.1 -
Тип радиочастотного соединителя SL16 SO-239M SL16
Индикатор OLED стрелочный LCD
Габариты, мм 87,5 х 63 х 38 140 х 84 х 122 88 х 63 х 38
Вес, кг 0.185 0.78 0.195

LCD - жидкокристаллический.
OLED - органический на жидких кристаллах.

Остановимся на особенностях этих устройствах подробнее.

WATU-130

Его отличает лучшая точность измерений в своём классе.

купить WATU-130 в суперайс
 WATU-130 заказать с доставкой в Суперайс

WATU-130 позволяет тестировать режим работы фидера совместно с передающими устройствами, излучающими сигналы с частотной, амплитудной модуляцией и амплитудной телеграфией. Оно компактно и функционально.

NISSEI RX-103

Этот оригинальный аппарат выгодно отличается от других наибольшей подведённой мощностью в 2кВт, поэтому он необходим для лиц, работающих с передатчиками средней мощности.

купить NISSEI RX-103 в суперайс
NISSEI RX-103 заказать с доставкой в Суперайс

В изделии применён двухстрелочный индикатор нестандартной конструкции. Переключение пределов измерения осуществляется вручную.

Особенность измерителя-существенная зависимость погрешности результатов тестирования от входной мощности. В таблице приведено худшее значение этого параметра.

CQV-SWR120

На передней панели прибора находится дисплей, отображающий результаты тестирования АФУ. Кроме основных величин, индицируется кпд фидера и напряжение аккумулятора.

Имеется светодиодная и звуковая индикация аварийного КСВ и включённого режима заряда.

купить CQV-SWR120 в суперайс
CQV-SWR120 заказать с доставкой в Суперайс

По своим возможностям это устройство очень похоже на WATU-130.

Характеристики оборудования с диапазоном 80-999 МГц

Параметр Модель
SURECOM SW-102 NISSEI RS-50 SURECOM SW-33 REDOT RD106P
Диапазон частот, МГц 125-525 125-525 125-525 80-999
Диапазон (точность) измерения КСВ 1-19.9 (±5) -(±5) 1-19.9 (-) 1-19.9 (±10)
Диапазон мощностей, Вт 0.5 -120 0.5 -120 до 100 0.5 -120
Потери, дБ 0.25 0.3 0.25 -
Тип радиочастотного соединителя SL16 SO-239M SMA Female SL16
Индикатор LED LCD LED LCD
Габариты, мм 76 х 77 х 35 70 х 78 х 30 25 х 25 х 60 95 х 35 х 26
Вес, кг 0.22 0.18 0.16 0.12

LED-светодиодный.
LCD-жидкокристаллический.

SURECOM SW-102

Это устройство содержит встроенный частотомер. Его чувствительность около 0.5Вт.

Дополнительно к основным параметрам, дисплей индицирует:

  • заряд встроенного аккумулятора;
  • частоту входного сигнала и кпд соединительной линии;
  • превышение допустимого уровня сигнала на входе.

В SURECOM SW-102-R использовано русскоязычное меню.

измеритель КСВ SURECOM SW-102-R заказать в Суперайс

Вносимые изделием потери находятся на уровне лучших образцов данного класса. Это, наряду с высокой точностью, позволяет использовать его для решения профессиональных задач.

NISSEI RS-50

Этот несложный аппарат измеряет минимальный набор необходимых характеристик фидерного тракта.

заказать с доставкой по всей России измерители ксв в Суперайс
заказать с доставкой по всей России измерители мощности и КСВ в Суперайс

Питание NISSEI RS-50 обеспечивается от съёмных источников типоразмера ААА, что является очевидным плюсом: можно использовать обычные соляные батарейки или аккумуляторы. В остальных приборах, из числа рассматриваемых, это сделать нельзя, поскольку в них аккумуляторы встроены внутрь корпуса.

Устройство вносит несколько большие (по сравнению с другими аппаратами) потери в исследуемый тракт.

SURECOM SW-33

Конструктивная особенность этого КСВ метра-редко встречающиеся соединители SMA Female, поэтому для его подключения к большинству АФУ придётся использовать переходные разъёмы.

заказать с доставкой SURECOM SW-33 в Суперайс
заказать с доставкой по всей России измеритель SURECOM SW-33 в Суперайс

По сравнению с другими, этот прибор отличается наличием двух дисплеев и меньшей измеряемой мощность.

Устройство вносит несколько большие (по сравнению с другими аппаратами) потери в исследуемый тракт.

REDOT RD106P

Это самый широкополосный измеритель из числа рассмотренных.

По точности модель уступает другим, но существенно превосходит их по полосе рабочих частот, что является весомым преимуществом.

заказать с доставкой SURECOM SW-33 в Суперайс
заказать с доставкой по всей России измеритель SURECOM SW-33 в Суперайс

REDOT RD106P комплектуется двумя переходными радиочастотными соединителями.

Все рассмотренные устройства работают от аккумуляторов, за исключением NISSEI RX-103. Оно работает без источника питания, но для подсветки индикатора нужен внешний источник 13.8 В, который в состав комплекта не входит.

Производители некоторых приборов (например SURECOM SW-102) рекомендуют применять их не только в традиционной схеме включения, но и для диагностики и настройки антенн при их непосредственном соединении с трансиверами.

заказать с доставкой по всей России измерители мощности в Суперайс
Подключение прибора к носимому трансиверу

Такой метод даёт большую погрешность измерений, т.к. корпус измерителя сопоставим по размерам с радиостанцией и антенной. Он работает как противовес в антенной системе и вносит значительную ёмкость в антенный контур. При этом смещается резонансная частота излучателя и изменяется его кпд. Поэтому результаты экспериментов будут отличаться от реальности.

В таких случаях используют другие методы, которые в этой статье не рассматриваются.

Среди сравниваемых образцов нет экземпляров с волновым сопротивлением 75 Ом, хотя такие радиосредства и фидеры выпускаются. Для теста этих трактов можно применить прибор из числа рассмотренных, но тогда придётся рассчитывать КСВ в неоднородных линиях. КСВ метр, подключённый к кабелю с волновым сопротивлением, отличным от аналогичного параметра фидера это неоднородность, которая изменяет входной импеданс линии. При этом результаты измерений искажаются, что учитывается в расчётах.

Другой путь решения проблемы-применение трансформаторов импеданса 50 Ом в 75, но это редкие аксессуары.

Выбирать измеритель рекомендуется с учётом диапазона частот, вносимых потерь, типа фидера, мощности, чувствительности и функционала.

Какой КСВ метр выбрать, каждый решает для себя, исходя из целей и условий его использования и бюджета.


Количество показов: 497
12.06.2024
Понравилась статья? Поделитесь ей в ваших социальных сетях:

Возврат к списку