ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОБЛЕМЫ СУЩЕСТВУЮЩИХ КСВ – МЕТРОВ

THEORETICAL RESEARCH AND PROBLEMS OF EXISTING SWR METERS

Altyn Dusikeeva

teacher of physics, Kazakhstan agrotechnical College,

Kazakhstan, Karabalyk

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены измерители коэффициента стоячей волны. Выявлены недостатки КСВ – метров с резисторным мостом, КСВ – метров с одним диодным детектором и трансформатором на отрезках линий и КСВ – метров с полуавтоматическим измерением.

ABSTRACT

Standing wave coefficient meters are considered. The disadvantages of SWR meters with a resistor bridge, SWR meters with a single diode detector and a transformer on line segments, and SWR meters with semi – automatic measurement are revealed.

Ключевые слова: коэффициент стоячей волны, измеритель коэффициента стоячей волны, КСВ – метр.

Keywords: standing wave ratio, standing wave coefficient meter, SWR meter.

Устройства, использующие в своей работе электромагнитные колебания высокой частоты получили широкое распространение практически во всех областях науки и техники. 

Передача высокочастотных сигналов по линиям имеет некоторые особенности, что связано с тем, что в большинстве случаев длина линии оказывается сравнимой с длиной волны. При проектировании и разработке электронных устройств, которые имеют в своем составе высокочастотные линии передачи, приходится учитывать волновые свойства электрических сигналов.

Одной из главных характеристик линий передачи при этом является волновое сопротивление, равное отношению амплитуды волн напряжения к амплитуде волн силы тока при работе линии в режиме бегущей волны. При этом, работа линии передачи в оптимальном режиме возможна только в том случае, если сопротивление источника сигнала и нагрузки линии равны ее волновому сопротивлению. Только в этом случае работа линии происходит в режиме бегущей волны, то есть, волны напряжения и силы тока распространяются в ней в одном направлении - от источника к нагрузке с определенной скоростью, которая является постоянной величиной и зависит от конструкции линии и материала ее диэлектрика. Если же сопротивление нагрузки и/или источника не совпадает с волновым сопротивлением линии передачи, то происходит отражение части волны от нагрузки (возможно также ее последующее отражение и от источника). Это уменьшает коэффициент полезного действия системы в целом, так как не вся энергия, передаваемая источником в линию, поглощается нагрузкой — в линии возникает обратная (отраженная) волна, которая складывается с падающей волной, в результате чего в линии образуется стоячая волна. При проектировании и эксплуатации радиотехнических устройств важной является минимизация отношения амплитуды падающей волны в линии к амплитуде отраженной.

На практике применяют другую величину — коэффициент стоячей волны. Она равна отношению максимальной амплитуды волны в линии к минимальной, но также может быть вычислена, если известны амплитуды падающей и отраженной волны. Измеритель коэффициента стоячей волны — весьма распространенный прибор, однако, большинство КСВ-метров предназначены для работы со внешним генератором, или же имеют лишь ручное управление, что не позволяет оперативно получать информацию о характере зависимости коэффициента стоячей волны от частоты, что может быть полезным, например, при настройке антенн.

Рассмотрим некоторые описанные в литературе измерители коэффициента стоячей волны [1, с.100]. Схема, показанная на рисунке 1 предназначена для измерения коэффициента стоячей волны в фидерной линии при настройке антенн. Она состоит из резистивного моста, в одно из плеч которого включен эталонный резистор, переключаемый при помощи SA1 и исследуемая линия, подключаемая к разъему XS2. Второе плечо моста образовано резисторами R1 и R2. Детекторы прямой и отраженной волны – классические однополупериодные диодные выпрямители. Переключатель SA2 позволяет выбирать, напряжение какой волны (падающей или отраженной) показывает индикатор РА1.

Рисунок 1. Измеритель КСВ с резисторным мостом

Данный измеритель КСВ очень прост, однако, он требует использования внешнего генератора ВЧ, а значение КСВ все равно приходится рассчитывать по формуле.

Одним из недостатков описанных ранее измерителей КСВ является то, что в них никак не учтено, что зависимость между выпрямленным и приложенным ко входу детекторов ВЧ напряжением является нелинейной, что может приводить к значительной погрешности измерений КСВ при малых мощностях. Этот недостаток устранен в КСВ – метре, показанным на рисунке 2.

Рисунок 2. Измеритель КСВ с одним диодным детектором и трансформатором на отрезках линий

В данном КСВ – метре нелинейность выпрямительных диодов скомпенсирована при помощи нелинейного усилителя на ОУ, в цепь обратной связи которого включен аналогичный диод [2, с.128].

Общим недостатком рассмотренных ранее измерителей КСВ является необходимость проводить вычисления коэффициента стоячей волны по формуле. Общим недостатком рассмотренных ранее измерителей КСВ является необходимость проводить вычисления коэффициента стоячей волны по формуле. Этого недостатка лишен измеритель, схема которого показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Измеритель КСВ с полуавтоматическим измерением

Тем не менее, у большинства подобных автоматических измерителей КСВ остается нелинейная шкала.

Таким образом, у большинства измерителей КСВ, в том числе и промышленных, остается масса недостатков: необходимость вручную устанавливать частоту, на которой производится измерение, необходимость производить расчеты или дополнительные манипуляции для измерения КСВ или сложность схемы, а также – невозможность автоматизации процесса измерений.

Разработка измерителя коэффициента стоячей волны, лишенного недостатков существующих КСВ-метров, а также, работу которого можно было бы автоматизировать, является актуальной.

Список литературы:

1. Бородич С.В. Антенны и фидеры. Передача информации по каналам связи. Контроль и измерения в технике связи: учеб. Пособие. – М.: НИИР, 2017. – 100 c.
2. Гончаренко И. В. Антенны КВ и УКВ. Часть 1. Компьютерное моделирование MMANA: моногр. – М.: РадиоСофт, Радио, 2017. – 128 c.