Какую выбрать антенну на автомобиль? Тут вариантов много. От самых дешевых и самых простых "удочек" до очень дорогих и длинных. Очевидно, надо выбирать, какого размера штырь еще не страшно ставить на авто. В общем, чем длиннее штырь, тем лучше связь (при условии, что антенна согласована).

Как настроить антенну? Для этого нужен пpибоp - КСВ-метp. Hе надо думать что можно настроить антенну без него. КСВ-метр стоит около 1000 руб. Hастраивать антенну в пеpвом приближении надо по минимуму КСВ (коэффициент стоячей волны), требуется добиться КСВ меньше 1,5; обычно автомобильную удается довести до 1,1. Надо иметь в виду, что работа при КСВ >3 может привести к повреждению выходного каскада передатчика импортной Си-Би рации (у раций производства КБ Беркут передатчики менее критичны к настройке антенн, из строя не выходят).

Вообще настойка и выбор антенн дело отдельного FAQ.

О чем надо помнить при выборе антенны? Антенна - лучший усилитель. Хорошая антенна позволит сэкономить на усилителе. Тем более что усилитель всё равно нельзя применять без достаточно хорошей антенны – он попросту выйдет из строя при плохом КСВ (хуже 2, если усилитель достаточно мощный).

Что такое фидер? Фидер, фидерная линия - это линия связи станции и антенны. В общем случае коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Фидер вносит потери в сигнал, поэтому кабель с меньшими потерями стоит дороже, но при большой длине может себя оправдывать. Фидер, питающий антенну, может работать в нескольких режимах:

Ненастроенный фидер Идеальное согласование (КСВ=1) получается при равенстве выходного сопротивления радиостанции, волнового сопротивления фидера (в частном случае коаксиального кабеля) и входного сопротивления антенны. Полоса частот, в которой выполняется условие достаточно хорошего согласования, определяется изменением комплексного выходного и входного сопротивлений передатчика и антенны соответственно, при изменении рабочей частоты. При работе в этом режиме длина фидера может быть произвольной. Большинство современных радиостанций и промышленных антенн имеют вх./вых. сопротивления (теоретически) 50 Ом и, при применении кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, при настроенной антенне дополнительного согласования не требуется. Промышленные КСВ-метры также рассчитаны на 50 Ом.

Настроенный фидер. При использовании фидера с волновым сопротивлением, отличным от входного и выходного сопротивлений антенны и pадиостанции также можно добиться идеального согласования (КСВ=1). Достаточные условия для этого равенство входного и выходного сопротивлений антенны и pации, и длина фидера, кратная половине длины волны в фидере (т.е. с учетом коэффициента укорочения). В этом случае фидер работает в режиме (полуволнового) повторителя. Т.е. независимо от волнового сопротивления фидера, он не оказывает влияния на согласование антенны с p-ст. С этим связан известный способ "настройки" кабеля. К выходу p-ст (считаем 50 Ом) подключается КСВ-метр, затем кабель. К концу кабеля подключается эквивалент нагрузки - безиндукционный резистор 50 Ом. Постепенно укорачивая кабель, добиваются КСВ = 1. В этом случае длина кабеля должна получиться кратной полуволне (которая в кабеле RG-58c/u с полиэтиленовой изоляцией для СВ равна магическому числу 3.62 метра). при значительном изменении рабочей частоты согласование нарушается (т.к. меняется длина волны в кабеле).

Какие типы кабеля и разъёмов используются для подключения антенн? При подключении антенны к портативкам используют разъём TNC (резьбовой, надёжный) и BNC (отечественный СР-50) - байонетный, несколько менее надёжный, и кабель типа RG-58 с разными буквами (по электрическим свойствам).

На автомобилях используют разъём PL259 для тонкого кабеля (RG-58) и этот кабель (RG-58).

На базе используют разъём PL259 для толстого кабеля и кабель RG-213 (толстый с пониженными потерями). Существуют переходники с любого разъёма на любой.

Отечественный кабель используют в основном РК-50-2 (тонкий) и РК-50-7 (толстый) для базы.

Что такое согласование антенны? Грубо говоря коэффициент полезного действия системы станция-фидеp-антенна, а также процесс получения максимального кпд. Зависит от частоты, т.е. на одной частоте, например, в 20 канале сетки C оно хорошее, а в каналах 1 и 40 той же сетки C оно может быть плохим. Подстраивается длиной штыревой антенны или фидерного кабеля, или специальным согласующим устройством, по-английски - матчером. В общем случае эквивалентное сопротивление на антенном разъёме станции (усилителя) 50 Ом. Эквивалентное сопротивление разных антенн существенно разное, от 30 до нескольких тысяч Ом. В фирменных антеннах уже сделано конструктивное согласование, самоделки лучше подключать через матчер, но, поскольку сопротивление антенны зависит ещё и от местных условий, любую антенну надо подстраивать на месте.

Что представляет собой матчеp? В простейшем случае П-контуp, состоящий из катушки индуктивности и двух переменных емкостей. Подстраивая эти ёмкости, можно изменять входное и выходное комплексное сопротивление этого четыpехполюсника, чем и достигается согласование.

Что такое КСВ? Коэффициент стоячей волны - мера согласования. Бывает от 1 (идеал) до 3 (плохо, но работать можно), 4...5 - работать не рекомендуется, может оказаться и больше. Измеряется специальным прибором - КСВ-метром. Пользуются им так: прибор включить между антенной и усилителем (станцией). Внимание: прибор должен допускать работу при Вашей мощности!!! Переключатель поставить в положение FWD (прямое включение). Включите передачу, выставьте ручкой стрелку на конец шкалы, переключите прибор в положение REF, включите передачу, считайте значение КСВ.

Потери мощности:

КСВ=1- потери 0%

КСВ=1,3 - потери 2%

КСВ=1,5 - потери 3%

КСВ=1,7 - потери 6%

КС=2 - потери 11%

КСВ=3 - потери 25%

КСВ=4 - потери 38%

КСВ=10- потери 70%

Но прирост в эффективности за счёт длины - как правило- гораздо существеннее потерь в мощности - т.е. более длинная антенна с худшим КСВ обычно лучше, чем короткая антенна с хорошим КСВ (в формулах дальность пропорциональна корню четвёртой степени из мощности (при сильных электромагнитных помехах скорее корню квадратному), т.е. потеря мощности на 16% приведёт к уменьшению дальности на 2-4%). А вот физические размеры антенны, высота верхней точки над землёй - во все формулы дальности связи входят как прямая пропорциональность дальности, а отнюдь не корни квадратные или 4-ой степени, т.е. влияют на дальность радиосвязи гораздо сильнее).

После того, как антенна установлена, ее необходимо настроить по минимуму значения КСВ в середине участка рабочих частот или если предполагается работать только на одной частоте, по минимальному значению КСВ на этой частоте.
Что такое КСВ? КСВ - коэффициент стоячей волны - это мера согласования антенно-фидерного тракта. Он показывает процент потерь мощности в антенне. Потери мощности при различных значениях КСВ приведены в таблице 1.

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.

Рассмотрим пример настройки антенны на среднюю частоту сетки С (частота 27,205МГц) изменением длины штыря. Сначала нужно измерить значение КСВ на 1 канале сетки С. Затем на последнем (40) канале сетки С. Если значение КСВ больше 3 в обоих случаях, значит антенна установлена неправильно, не рассчитана на работу в этом диапазоне или имеет неисправности. Если КСВ, измеренный на 1 канале, больше значения КСВ на 40 канале, значит длину штыря нужно укоротить, если наоборот - то штырь необходимо удлинить (выдвинуть из держателя). Встаем на 20 канал сетки С, измеряем КСВ, запоминаем его значение. Откручиваем винты, фиксирующие штырь, двигаем его на 7-10 мм в нужную сторону, затягиваем винты, проверяем КСВ снова. Если штырь вставлен до предела, а КСВ все еще высокий, то придется укорачивать штырь физически. Если штырь выдвинут максимально, то придется увеличивать длину согласующей катушки. Устанавливаем штырь по середине крепления. Откусываем 5-7 мм, измеряем КСВ, снова откусываем. При этом следим чтобы значение КСВ уменьшалось. Как только оно достигнет минимума и начнет увеличиваться, прекращаем издеваться над штырем и далее регулируем его длину изменением положения в антенне Таким образом находим минимум КСВ.

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.

Если КСВ 1,8 - 2, то следует обратить внимание на потери в ВЧ разъемах (неправильная разделка кабеля, плохая пропайка центральной жилы кабеля и т. д.) Для антенны такой уровень согласования будет означать, что у нее есть проблемы с согласованием, и она нуждается в настройке.

КСВ 2,1 - 5 означает явную неисправность в антенне или неправильную ее установку. КСВ более 5 означает обрыв центральной жилы в кабеле или в антенне.

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

Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН, VSWR)

Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН, VSWR)

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль - ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

Коэффициент стоячей волны по напряжению – это отношение наибольшего вдоль линии значения амплитуды напряжения к наименьшему.

Коэффициент стоячей волны по напряжению вычисляется по формуле:

,
где U 1 и U 2 - амплитуды падающей и отражённой волн соответственно.

В идеальном случае КСВН = 1, это означает, что отраженная волна отсутствует. При появлении отраженной волны возрастает в прямой зависимости от степени рассогласования тракта и нагрузки. Допустимые значения КСВН на рабочей частоте или в полосе частот для различных устройств регламентируются в технических условиях и ГОСТах. Обычно приемлемые значения коэффициента лежат в пределах от 1,1 до 2,0.

Измеряют КСВН, например, с помощью включённых в тракт в противоположном направлении двух направленных ответвителей. В космической технике КСВН измеряется встроенными в волноводные тракты датчиками КСВ. Современные анализаторы цепей также имеют встроенные датчики КСВН.

При проведении измерений КСВН необходимо учитывать, что затухание сигнала в кабеле приводит к погрешности измерений. Это объясняется тем, что как падающая, так и отраженная волны испытывают затухание. В таких случая КСВН рассчитывается следующим образом:

,

где К - коэффициент ослабления отраженной волны, который вычисляется следующим образом: K = 2BL,
здесь В - удельное затухание, дБ/м;
L - длина кабеля, м;
а множитель 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути.

Коэффициент стоячей волны

Коэффициент стоячей волны - Отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему .

Характеризует степень согласования антенны и фидера (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера) и является частотнозависимой величиной. Обратная величина КСВ называется КБВ - коэффициент бегущей волны . Следует различать величины КСВ и КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению): первая высчитывается по мощности, вторая - по амплитуде напряжения и на практике используется чаще; в общем случае эти понятия эквивалентны.

Коэффициент стоячей волны по напряжению вычисляется по формуле: ,
где U 1 и U 2 - амплитуды падающей и отражённой волн соответственно.
Можно установить связь между KCBH и коэффициентом отражения Г:
Также величину коэффициента стоячей волны можно получить из выражений для S-параметров (см. ниже).

В идеальном случае КСВН = 1, это означает, что отраженная волна отсутствует. При появлении отраженной волны КСВ возрастает в прямой зависимости от степени рассогласования тракта и нагрузки. Допустимые значения КСВН на рабочей частоте или в полосе частот для различных устройств регламентируются в технических условиях и ГОСТах. Обычно приемлемые значения коэффициента лежат в пределах от 1,1 до 2,0.

Значение КСВ зависит от многих факторов, например:

• Волновое сопротивление СВЧ кабеля и источника СВЧ сигнала
• Неоднородности, спайки в кабелях или волноводах
• Качество разделки кабеля в СВЧ-соединителях (разъёмах)
• Наличие переходных соединителей
• Сопротивление антенны в точке подключения кабеля
• Качество изготовления и настройки источника сигнала и потребителя (антенны и др.)

Измеряют КСВН, например, с помощью включённых в тракт в противоположном направлении двух направленных ответвителей. В космической технике КСВН измеряется встроенными в волноводные тракты датчиками КСВ. Современные анализаторы цепей также имеют встроенные датчики КСВН.
При проведении измерений КСВН необходимо учитывать, что затухание сигнала в кабеле приводит к погрешности измерений. Это объясняется тем, что как падающая, так и отраженная волны испытывают затухание. В таких случая КСВН рассчитывается следующим образом: ,

Где К - коэффициент ослабления отраженной волны, который вычисляется следующим образом: ,
здесь В - удельное затухание, дБ/м;
L - длина кабеля, м;
а множитель 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути. Так, при использовании кабеля PK50-7-15 удельное затухание на частотах Си-Би (около 27 МГц) составляет 0,04 дБ/м, то при длине кабеля 40 м отраженный сигнал будет испытывать затухание 0,04 2 40=3,2 дБ. Это приведет к тому, что при реальном значении КСВН, равном 2,00, прибор покажет только 1,38; при реальном значении 3,00 прибор покажет около 2,08.

Плохая (высокая) величина КСВ(Н) нагрузки приводит не только к ухудшению КПД из-за уменьшения поступившей в нагрузку полезной мощности. Возможны и другие последствия:

• Выход из строя мощного усилителя или транзистора, поскольку на его выходе (коллекторе) просуммируются (в худшем случае) напряжение выходного сигнала и отражённая волна, что может превысить максимальное допустимое напряжение полупроводникового перехода.
• Ухудшение неравномерности АЧХ тракта.
• Возбуждение сопрягаемых каскадов.

Для устранения этого могут применяться защитные вентили или циркуляторы . Но при продолжительной работе на плохую нагрузку, они могут выйти из строя. Для маломощных линий передачи могут использоваться согласующие аттенюаторы .

Связь КСВН с S-параметрами четырёхполюсника

Коэффициент стоячей волны можно однозначно связать с параметрами передачи четырёхполюсника (S-параметрами):

где - комплексный коэффициент отражения сигнала от входа измеряемого тракта;

Аналоги КСВ в зарубежных изданиях

• VSWR - полный аналог КСВН
• SWR - полный аналог КСВ

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Возвратные потери, коэффициент отражения и коэффициент стоячей волны служат для оценки согласованности/совпадения комплексных сопротивлений (электрических импедансов) источника, нагрузки и линии передачи. Рассмотрим физический смысл данных параметров и их взаимосвязь.

Определения

Возвратные потери (обратные потери, return loss) - это потери мощности в сигнале, возвращенном/отраженном от неоднородности в линии передачи или оптоволокне. Данная величина, как правило, выражается в децибелах (дБ):

• RL дБ - возвратные потери в децибелах;
• P пад - падающая мощность;
• P отр - отраженная мощность.

Коэффициент отражения по напряжению, Γ - отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной и падающей волн.

\[Γ = { U_{отр} \over U_{пад} }\]

Коэффициент отражения определяется комплексными сопротивлениями нагрузки Z нагр и источника Z ист:

\[Γ = { {Z_{нагр} - Z_{ист}} \over { Z_{нагр} + Z_{ист} } }\]

Обратите внимание, что отрицательный коэффициент отражения означает, что отраженная волна сдвигается по фазе на 180°.

Коэффициент стоячей волны (КСВ, КСВН, коэффициент стоячей волны по напряжению, SWR, VSWR) - отношение наибольшего значения амплитуды напряжения стоячей волны к наименьшему.

\[КСВ = { U_{ст.волн.max} \over U_{ст.волн.min} }\]

Поскольку неравномерность распределения амплитуды стоячей волны вдоль линии обусловлена интерференцией («сложением и вычитанием») падающей и отраженной волн, то наибольшее значение амплитуды U ст.волн.max волны вдоль линии (то есть значение амплитуды в пучности) составляет:

U пад + U отр

а наименьшее значение амплитуды (то есть значение амплитуды в узле) составляет

U пад - U отр

Следовательно

\[КСВ = { {U_{пад} + U_{отр}} \over {U_{пад} - U_{отр}} }\]

Взаимосвязь между КСВ, возвратными потерями и коэффициентом отражения

С помощью подстановки в формулы, приведенные ниже, и их простого преобразования можно получить следующее:

\[Γ = { {КСВ-1} \over {КСВ+1} }\]

\[КСВ = { {1+Γ} \over {1-Γ} }\]

\[Γ = 10^{{-RL} \over 20}\]

\[КСВ = { {1 + 10^{{-RL} \over 20}} \over {1 - 10^{{-RL} \over 20}} } \]