Что такое ксв для антенны
Что такое КСВ?
У специалистов, занимающихся радиосвязью часто возникает вопрос о том, что такое коэффициент стоячей волны (КСВ) и какой уровень КСВ должен быть в антенно-фидерном тракте. Многие знакомы с этим понятием с практической стороны, но иногда случается необходимость в более глубоком теоретическом понимании.
Термин «КСВ» очень часто произносится, как только речь заходит о радиосредствах, и от частого произношения иногда забывается физическая сущность и смысл этого определения. Все знают, что КСВ должен быть как можно меньше, но какой уровень КСВ сильно увеличивает потери, а какой не оказывает такого уж большого влияния не всегда ясно.
КСВ — это коэффициент стоячей волны по напряжению, измеренный на входе антенны или кабеля, подключенного к приемной или передающей антенны.
Из названия термина вытекает физический смысл процесса. Эквивалентная схема передатчика, работающего на антенну можно представить в виде генератора, линии связи и нагрузки (см. рис).
В идеальных случаях вся мощность передатчика излучается в эфир, однако на практике часть энергии отражается от нагрузки и в виде отраженной волны возвращается к генератору. Таким образом, в результате сложений падающей (волна идущая от генератора к нагрузке) и отраженной волны возникает стоячая волна со своими максимумом и минимумом напряжения.
При этом
Umax = Uпад + Uoтр,
а Umin = Uпад — Uoтр
Тогда 
Величина обратная КСВ называется КБВ (коэффициент бегущей волны): 
Если Umin= 0, то волна чисто «стоячая» (переноса энергии нет), а при Umin= Umax волна чисто «бегущая» (отражений нет). Случай, при котором отражений нет, а значит нет и потерь, является исключительным и в реальной практике не встречается.
КСВ = 1 можно получить только на резистивной нагрузке или при коротком замыкании. Иногда значения КСВ, близкие к указанным выше, можно получить на
очень длинном коаксиальном кабеле. Дело в том, что длиный кабель имет достаточно заметные тепловые потери и начинает работать как резистивная нагрузка.
Итак, необходимо стремиться к минимуму КСВ. Всегда встает вопрос о том, какой КСВ можно считать приемлемым для различных применений. Если Вы получили КСВ порядка 1,3-1,5, то Вам не стоит беспокоиться. Если КСВ находится в диапазоне 1,6-2, то обратите внимание на потери в ВЧ-разъемах. Для антенны такой уровень КСВ будет означать, что у нее есть проблемы с согласованием и ее надо попытаться настроить. КСВ 2,1-5 должен Вас насторожить. Это уже явная неисправность. КСВ 5 и выше означает обрыв центральной жилы в кабеле или в антенне.
Иногда при обрыве центральной ботать и даже принимать извещения, жилы в кабеле система может еще работать и даже принимать извещения. Такой случай может быть, если обломанные концы кабеля не разошлись в стороны друг от друга. В этом случае получается эквивалентная схема емкости, где обкладками являются торцы центральной жилы кабеля, а диэлектриком воздушная прослойка. За счет высокой частоты УКВ связи возможно прохождение сигнала через такую емкость, правда с ослаблением в 100 и более раз.
Все о коэффициенте стоячей волны
• В линии с КСВ>1 наличие отраженной мощности не приводит к потерям передаваемой мощности, хотя некоторые потери наблюдаются из-за конечного затухания в линии в фидерной линии без потерь нет потерь мощности из-за отражения независимо от величины КСВ. На всех KB диапазонах с кабелем, имеющим низкие потери, потери в рассогласованной линии обычно незначительны, однако на УКВ могут быть существенными, а на СВЧ—даже чрезвычайно большими. Затухание в кабеле зависит, прежде всего, от характеристик самого кабеля и его длины. При работе на KB кабель должен быть очень длинным или очень плохим, чтобы потери в кабеле стали весьма существенными.
• Отраженная мощность не течет обратно в передатчик и не повреждает его. Повреждения, иногда приписываемые высокому КСВ, обычно вызывает работа выходного каскада передатчика на рассогласованную нагрузку. Передатчик не «видит» КСВ, он «видит» только импеданс нагрузки, который зависит и от КСВ. Это означает, что импеданс нагрузки можно сделать точно соответствующим требуемому (например, с помощью антенного тюнера), не беспокоясь о КСВ в фидере.
• Усилия, затрачиваемые на снижение КСВ ниже 2:1 в любой коаксиальной линии, вообще представляются затраченными впустую — с точки зрения увеличения эффективности излучения антенны, но целесообразны в том случае, если схема защиты передатчика срабатывает, например, при КСВ>1,5.
• Высокий КСВ не обязательно указывает, что антенна работает плохо — эффективность излучения антенны определяется соотношением ее сопротивления излучения к общему входному сопротивлению.
• Низкий КСВ — не обязательно свидетельство того, что антенная система является хорошей. Напротив, низкий КСВ в широкой полосе частот является поводом для подозрений, что, например, в диполе или вертикальной антенне велико сопротивление потерь, обусловленное плохими соединениями и контактами, неэффективной системой заземления, потерями в кабеле, попаданием влаги в линию и т.д. Так, эквивалент нагрузки обеспечивает в линии КСВ=1,0, но он вообще не излучает, а короткая вертикальная антенна с сопротивлением излучения 0,1 Ом и потерями сопротивления 49,9 Ом излучает лишь 0,2% от поступающей мощности, обеспечивая при этом КСВ 1,0 в фидере.
• Для достижения максимального ВЧ тока излучатель антенной системы не обязательно должен иметь резонансную длину и не требует фидера определенной длины. Существенное рассогласование между линией питания и излучателем не препятствует поглощению излучателем всей реально поступающей мощности. При использовании соответствующего согласования (например, антенного тюнера) для компенсации реактивности не резонансного излучателя в месте подключения фидерной линии случайной длины антенная система является согласованной, и фактически вся подводимая мощность может эффективно излучаться.
• На КСВ в фидерной линии не влияет настройка антенного тюнера, установленного возле передатчика. Низкий КСВ в линии, достигнутый с помощью тюнера, обычно является свидетельством того, что в процессе настройки тюнера произошло рассогласование между передатчиком и входом антенного тюнера, и передатчик работает на несогласованную нагрузку.
• Вопреки расхожим представлениям, с хорошим симметричным (балансным) антенным тюнером и открытой двухпроводной фидерной линией излучение питаемого в центре диполя длиной 80 м, работающего в диапазоне 3,5 МГц, не намного эффективнее излучения такой же антенны длиной 48 м, работающей в том же диапазоне и с той же мощностью передатчика. Эффективность излучения диполя, настроенного в резонанс на частоте, например, 3750 кГц, практически такая же, как и на частоте 3500 или 4000 кГц при использовании любого фидера разумной длины; хотя можно ожидать, что КСВ на краях диапазона может достигать 5 и что коаксиальный кабель в действительности будет работать как настроенная линия. В этом случае, разумеется, потребуется использовать соответствующее устройство согласования (например, антенный тюнер) между передатчиком и фидером. Если для достижения согласования коаксиальный фидер любой антенной системы требует определенной длины, тот же самый входной импеданс можно получить с кабелем любой длины с помощью соответствующей простой цепи согласования из индуктивностей и емкостей.
• Высокий КСВ в коаксиальном фидере, вызванный значительным рассогласованием характеристического сопротивления линии и входного сопротивления антенны, сам по себе не вызывает появления ВЧ тока на внешней поверхности оплетки кабеля и излучения фидерной линии. В диапазонах коротких волн высокий КСВ в любой открытой линии, работающей с высоким КСВ, не будет ни вызывать протекание антенного тока по линии, ни приводить к излучению линии при условии, что токи в линии сбалансированы, и расстояние между проводниками линии мало по сравнению с рабочей длиной волны (это справедливо и на УКВ при условии отсутствия острых изгибов линии). Ток на внешней поверхности оплетки фидера и излучение фидера практически отсутствуют, если антенна сбалансирована относительно земли и фидера (например, при использовании горизонтальной антенны фидер должен располагаться вертикально); в таких случаях не нужно применять симметрирующие устройства (балуны) между антенной и фидером.
• КСВ-метры, установленные на участке между антенной и фидером, не обеспечивают более точное измерение КСВ. КСВ в фидере не может регулироваться изменением длины линии. Если показания КСВ-метра при перемещении по линии существенно различаются, это может указывать на антенный эффект фидера, вызываемый током, текущим по внешней стороне оплетки коаксиального кабеля, и/или на плохую конструкцию КСВ-метра, но не на то, что КСВ изменяется вдоль линии.
• Любая реактивность, добавленная к существующей резонансной нагрузке (имеющей только активное сопротивление) с целью снижения КСВ в линии, вызовет только увеличение отражения. Самый низкий КСВ в фидере наблюдается на резонансной частоте излучающего элемента и совершенно не зависит от длины фидера.
• Эффективность излучения диполей различных типов (из тонкого провода, петлевого диполя, «толстого» диполя, трапового или коаксиального диполя) практически одинакова при условии, что каждый из них имеет незначительные омические потери и питается одинаковой мощностью. Однако «толстые» и петлевые диполи имеют более широкую рабочую полосу частот по сравнению с антенной из тонкого провода.
• Если входное сопротивление антенны отличается от характеристического сопротивления фидерной линии, то сопротивление нагрузки передатчика может весьма значительно отличаться от характеристического сопротивления линии (если электрическая длина линии не кратна L/2), и от сопротивления в месте подключения к антенне. В этом случае импеданс нагрузки передатчика зависит еще и от длины фидера, который действует как трансформатор сопротивлений. В таких случаях, если не установлена подходящая цепь согласования между передатчиком и линией передачи, импеданс нагрузки может быть комплексным (т.е. иметь активную и реактивную составляющие), и с ним выходная схема передатчика может не справиться. В этом случае изменением длины линии передачи иногда удается обеспечить согласование нагрузки с передатчиком — именно это обстоятельство, скорее чем любые потери, связанные с КСВ, привело к возникновению многих неверных представлений о работе фидерных линий.
• Любая питаемая в центре антенна любой разумной длины с любым типом фидера с низкими потерями будет обеспечивать достаточно эффективное излучение электромагнитной энергии. При этом, как правило, требуется хороший антенный тюнер, если передатчик рассчитан на работу с низкоомной нагрузкой (например, 50 Ом). Этим объясняется тот факт, что многие годы питаемый в центре диполь остается популярной многодиапазонной антенной.
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.
Настройка КСВ антенны
У некоторых людей возникает вопрос, как самому настроить КСВ антенн типа «SIRIO T3 27 MAG»
В последние несколько лет радиостанции гражданского диапазона (СВ) стали весьма популярны. Для того, чтобы был обеспечен уверенный прием и передача, необходимо настраивать КСВ (коэффициент стоячей волны) антенны непосредственно на автомобиле. Раньше настройка КСВ была непростым вопросом, так как требовалось либо резать штырь антенны и «уменьшать-увеличивать» число витков на катушке антенны. Сейчас появилось довольно большое количество антенн, где регулировка КСВ идет за счет закручивания-выкручивания регулировочного винта или гаек. Рассмотрим этот процесс на примере антенны Sirio T3 mag. (дальность действия в пределах 5 км). Нам потребуется следующее оборудование: радиостанция СВ-диапазона, антенна 27 МГц, КСВ-метр типа SWR-420, соединительный провод. Делаем настройку по шагам:
1.Устанавливаем антенну на центр крыши, снимаем защитный колпачок с вершины штыря антенны, закручиваем регулировочный винт в самый низ.
2.Устанавливаем КСВ-метр между радиостанцией и антенной. Для этого к разъему «ANT» КСВ-метра прикручиваем антенный кабель. Разъем КСВ-метра «TRANS» с помощью соединительного провода соединяем с разъемом антенны на радиостанции.
КСВ метр
3.Включаем радиостанцию и выставляем «дальнобойный» 15 канал в «АМ» (частота 27,135 МГц).
4.Рычажок КСВ-метра переключаем положение «FWD».
5.Нажимаем тангенту радиостанции на передачу и регулировочной ручкой КСВ-метра уснавливаем стрелочку на конец шкалы «SET».
7.Конрогаем гайкой регулировочный винт, надеваем защитный колпачок и еще раз проверяем КСВ. В момент закручивания гайки винт может сместиться. Поэтому его лучше придержать и не давать проворачиваться.
Эти антенны узкополосые. Поэтому все настройки лучше проводить на том канале, где будете работать.
Этот способ настойки примитивный, без всяких специальных терминов. Но нам важен результат, а не термины. Эту настройку сможет сделать любой человек, имеющий две руки и два глаза.
Настраиваем КСВ антенны.
В прошлый раз мы установили саму стационарную автомобильную радиостанцию к себе в авто (www.drive2.ru/cars/volksw…rnal/4035225266124030077/), выполнили грамотное подключение питания, проводку кабеля к антенне и установили фильтр (www.drive2.ru/cars/volksw…rnal/4053239664633465892/).
Теперь мы будем настраивать саму антенну – настраивать её коэффициент стоячей волны (КСВ). Без этой процедуры вся наша связка рация-антенна может работать не то что плохо, а может не работать даже вообще…
Для выполнения этой настройки необходим один специальный прибор КСВ-метр. Он стоит порядка 1000р. и различается по частотным диапазонам, естественно для рации 27мгц нужен прибор, способный работать с такой частотой (как правило они от 0.5 до 150мгц могут работать, такой лучше всего и взять). Также почти все они могут ещё и показывать реальную выходную мощность рации, как правило на практике «реальные» Ватты отличаются от тех что указал производитель…
КСВ метр подключается в разрыв между рацией и антенной:
Выставляем на нём стрелочку на «0», включаем его и нажимаем кнопку передачи на рации или тангенте. Стрелка сразу прыгнет и покажет реальный КСВ. Когда подключили КСВ-метр к моей рации, то было что-то около 3.5.
Чем ниже КСВ, тем лучше. Идеальное значение это 1.1, 1.2, ну на худой конец 1.3. Всё что выше – будет страдать ваша передача. Значит надо искать причину либо в антенне, либо в проводе, либо в рации, а может всё вместе.
Регулировка антенны сводится к ослаблению винтиков на её основании и опускании или поднятии штыря внутрь катушки или наоборот из неё соответственно. Некоторые антенны регулируются «откусыванием» лишней длинны самого штыря.
Настройка производится на определенную сетку. Как правило это сетка «С». То есть если вы работаете с 15 и с 19 каналами, то настройку лучше всего производить на середине – в момент настройки рация должна работать в 17 канале.
После настройки чудо-приборчик показал КСВ моей рации что-то около 1,3. Плохо конечно, но это лучше чем было, а особенно если учесть что провод от рации до антенны я удлинил, да её и антенна магнитная – стоит на крышке багажника, а не как положено на крыше, то результат вполне приличный.
Что ещё удивительно, так это то что при настройке КСВ антенны на рации ALAN 42, произвели замеры на этой же самой антенне, но уже с другой моей рацией Megajet и показания КСВ не изменились! Опять же не смотря на удлинённый кабель, которого раньше небыло… чудеса прямо.
Собственно теперь штырь в креплении антенны у меня находится в самом высоком – крайнем положении. Конец штыря прямо зажат можно сказать нижним болтиком. Тоесть у меня КСВ улучшался при выдвижении штыря вверх. Выше – уже опасно – может вырвать потоком ветра.
И помните, что после настройки перемещение магнитного основания даже на небольшое расстояние может сбить КСВ, поэтому выбирайте место заранее и точно зная что антенна будет «прилеплена» именно там.
И ещё – для тех, кто покупает антенну: если штырь отдельно от катушки и продавец говорит что она настроена, не верьте ему. Они должны настраивать именно вашу антенну с вашей рацией и на вашем автомобиле при покупке. Если они этого не сделали, а у вас нет прибора, значит вы купили просто полтора метра проволоки и магнит. Ставьте условием покупки обязательную настройку КСВ. Не настроенная антенна может даже вывести радиостанцию из строя при передаче, в лучшем случае вы будете терять выходную мощность при передаче.
Если штырь уже в катушке, то скорее всего антенна уже настроена на сетку “C”.
Огромное спасибо MWebber за настройку моих антенн и ознакомлением с процессом настройки!