0.8 0.6 ОЛ 0.2

R.X, отн.ед.

1,5 1

O.S О -0,5

0,5 1 1,5 R /Rr РисЛ

Рис.1

мер, с длительностями телеграфной точки или наиболее коротких речевых звуков при работе телефоном) достигнет нагрузки. Для коаксиального кабеля длиной 20 метров это nponsotoer всего через 0,1 мкс, тоща как характерные длительности сигнала телеграфного или телефонного передатчика составляют несколько миллисекунд.

То, чго происходит затем на конце кабеля, который подключен к нагрузке.

Рис.3

зависит от характера этой нагрузки. Если полное сйпротивление нагрузки носит чисто активный характер (т.е. она не имеет индуктивной или емкостной составляющей) и по своему значению равно волновому сопротивлешпо (йщера, то никаких проблем не возникает. Электромагнитная волна благополучно пробежит от передатчика к нагрузке и перенесенная ей электромагнитная энергия вся целиком уйдет в нагрузку: рассеется в нагрузочном резисторе или излучится в эфир (если нагрузка - входное сопротивление антенны). Эту элекгромагншную волну принято называть падающей. Если измерять распределение напряжения н тока вдоль фидера, то окажется, чго они имеют постоянные значения на всей его длине (см. рис.1,6 для случая % =Кф). Строго говоря, последнее спрадедливо лишь для фидера без потерь. Прн наличии потерь они будут, естественно, уменьшатся по мере удаления от передатчика.

3�053202

83�69285511�2�7825

Ситуация, коща нагрузка носит чисто активный характер и имеет такое же сопротивление как и волновое сопротивление фидера, на практике встречается крайне редко. Обычно имеет место большее или меньшее их несовпадение или наличие у нагрузки не только активной, но и реактивной составляющей. Причем чаще всего невезет сразу по обоим параметрам: есть рассогласование по активной части и присутствует какая-то реактивность. Мерой степени рассогласования фидера с нагрузки и является коэффициент стоячей волны.

Если идеального согласования фидера с нагрузкой нет, то часть высокочастотной энергии не поступает в нагрузку ( отражается от нее) и в фидере начинает распространяться электромагнитная волна в о&)атном направлении - к передатчику. Эту волну называют отраженной. Необходимо подчеркнуть: отраженная волна связана с падающей определенными соотношениями (для амплитуды и фазы) и обе они существуют в фидере одновременно (т к. скорость их распространения очень высокая -см.выше). Это приводит к тому, что в фидере возникает некоторое стационарное (не меняющееся во времени) распределение тока и напряжения. На рис.1,6 показано это распределение при различных значениях чисто активной нагрузки (от короткого замыкания до холостого хода). Поскольку эта картина стабильна во времени, то говорят о стоячей волне. Она имеет период, равный половине длины волны (X12).

Стоячая волна характеризуется коэффициентом стоячей волны, определяемым как отношение амплитуды напряжения в максимуме к его амплитуде в минимуме или, что абсолютно то же самое, - отношение амплитуды тока в максимуме к его амплитуде в минимуме. Из этого охтределения ясно как в лоб измерять КСВ: снять распределение напряжения или тока в фидере, найти максимальное и минимальное значения этих параметров и, разделив одно на другое, получить значение КСВ. Такой метод и на самом деле применяется для измерения КСВ в лабораторных условиях на частотах свыше 1(50 МГц. Для этой цели используют воздушные коаксиальные измерительные линии с зондами. Эти линии включают в исследуемый тракт или фидер.

На коротких волнах этот способ не применяется, поскольку длина измерительной лшши должна быть по крайней мере Х/2 ДЛЯ самой низкой рабочей частоты, а это на КВ уже десятки метров ! Кстати, самая длинная из выпускавшихся в нашей стране подобных линий имела

длину около двух метров. Вот почему на КВ для измерения КСВ используют либо мостовые методы, либо так называемые направленные ответвители, которые позволяют определить охлельно амплитуды падающей и отраженной волн. Знание этих амплитуд дает возможность рассчитать КСВ.

Кстати, если сопротивление нагрузки носит чисто активный характер и точно известно, то КСВ можно рассчитать, разделив сопротивление нагрузки на волновое сопротивление кабеля или волновое сопротивление кабеля на сопротивление нагрузки (в зависимости от того, какое из двух значений больше). Этим фактом широко пользуются на практике для калибровки КСВ-метров, нагружая их обычными безинаукционны-ми резисторами (МЛТ, ВС).

Лрежде чем переходить к рассказу о том как работают различные КСВ-мет-ры, необходимо сказать несколько слов о том, какие значения КСВ допустимы на практике. Хотя существуют антенны, которые работают с высокими значениями КСВ в фидерной линии (иногда говорят - с резонаасным фидером ), принято считать, что приемлимым на практике является КСВ не превышающий двух. Эта рекомендация оправдана по нескольким причинам.

Во-первых, отраженная от нагрузки волна уносит с собой часть высокочастотной энергии, что может снизить к.п.д. антенно-фидерного тракта. Используя специальное согласующуе устройство, эту энергию можно в конце концов загнать в нагрузюг практически при любом значении КСВ в фидере. Однако в этом случае на станции появляется дополнительное устройство, достаточно сложное в изготовлении и эксплуатации (особенно в многодиапазонном варианте). Более того, в реальных (с потерями) кабелях всю энергию в этом случае все равно не удается загнать в нагрузку. Часть ее, бегая по кабелю, будет в нем рассеиваться. И чем больше КСВ, тем большая часть энергии пойдет на обогрев кабеля. Элементарный расчет на основе закона Ома показывает: если КСВ не более двух, то максимальные потери из-за рас-сотласования будут иметь вполне прием-лимое значение - около 1 дБ.

Сказанное иллюстрирует рис.2, на котором приведена зависимость мощности Р (нормирована на значение в максимуме), поступающей от генератора в нагрузку, при изменении отношения сопротивления нагрузки Кн к выходному сопротивлению генератора Rr. Не следует забывать, что отношение этих сопротивлений или обратная ей величина и есть КСВ (см.выше). Заметим, что человеческое ухо начинает различать разницу

в уровнях сигаала 1де-то со значения в 3 дБ, и, следовательно, уменьшение излучаемой антенной мощности из-за того, чго КСВ отшмается от 1, в данном случае вряд ли будет зафиксировано корреспондентами.

Во-вторых, даинные линии работают как трансформаторы импеданса и импеданс, который видит передатчик и с которым надо сописовать его выходной каскад для охтгимальной передачи мощности в нагрузку, в общем случае не совпадает с импедансом нагрузки на другом конце фидера. Вернее совпадает он с ним только в одном частном случае: если электрическая длина фидера состандет целое число полуволн на рабочей частоте. Более того, даже при чисто активной нагруэке фидера передатчик при КСВ отличающемся от 1 практически всегда работает на нагрузку с реактивной составляющей. Это иллюстрирует рис.3, на котором приведены зависимость активной (R) и реактивной (X) составляющих Нагрузки, приведенные к входу передатчика, от длины фидера. Здесь R и X нормированы (разделены) на волновое сопротивление кабеля. Эта зависимость построена для случая чисто активной нагрузки фидера, обеспечивающей КСВ=2 (в данном случае для сопротивления нагрузки меньшего чем волновое сопротивление фидера, например, 25 Ом при волновом сопротивлении фидера 50 Ом). Длина фидера 1 дана в долях от длины волны (1/Х).

При малых длинах фидера (до 0,1 X) фидер практически не изменяет активную составляющую нагрузки, а появляющаяся реактивная составляющая есть не чго иное как собственная емкость кабеля, которая, естественно, линейно растет с увеличением его длины. Когда длина кабеля переваливает за 0.1 X начинают проявляться трансформирующие свой ства фидерной линии: изменяться активная составляющая, а ход реактивной перестает быть линейным. Особая точка -длина фвдера, соответствующая четверти длины волны (1Д =0,25). Здесь активная составляющая достигает максимального значения (в данном случае - учетверенное сопротивление нагрузки), а реактивная составляющая отсутствует. Это так называемый четвертьволновый трансформатор, широко применяемый в антенной технике. При еще больших значениях длины фвдера помимо изменения активной составляющей происходит еще и смена типа реактивности приведенной нагрузки - она приобретает индуктивный

характер. Далее эта картина повторяется с периодом в 1/2. Так вот, практика показывает, что подобные изменения характера приведенной нагрузки в большинстве случаев еще можно скомпенсировать подстройкой элементов выходных п-конгуров передатчиков с узкополосными выходными каскадами (обычно это ламповые) и обеспечить оптимальное их согласование с фидером.

В третьих, при КСВ не более двух напряжение в максимуме стоячей волны всего лишь процентов на 30 превышает то, что было бы при КСВ=1. Такое превышение как правило не опасно для широкополосных транзисторных усилителей мощности, даже если этот максимум на данной частоте и при данной длине фвдера окажется непосредственно у передатчика (в месте подключения к нему фвдера). Да и возрастание напряжений на элементах выходного каскада из-за его недогрузки будет еще не катастрофическим. Во всяком случае для аппаратуры заводского изготовления с транзисторными выходными каскадами КСВ=2 устанавливается предельным, при котором гарантируется их работоспособность.

И, наконец, в четвертых. Повышенные (по сравнению со случаем КСВ=1) значений напряжения и тока в соответствующих максимумах стоячей волны при определенных выходных мощностях (тех, что реально прокачивают некоторые коротковолновики) Moiyr просто повредить кабель.

В зарубежных изданиях (профессиональных и любительских) и в радиолюбительской отечественной литературе принято степень рассогласования фвдера и нагрузки характеризовать КСВ. Так уж сложилось исторически, но в отечественной профессиональной и полупрофессиональной литературе, посвященной антенно-фидерным устройствам, в большинстве случаев используют для этой цели коэффициент бегущей волны (КБВ). Они связаны между собой тривиальным соотношением КСВ=1/КБВ (если КСВ=2, то КБВ=0,5 и т.д.), и проблем для стыковки информации из различных изданий у радиолюбителя вроде бы возникать не должно.

(Продолжение следует)

Б.Степанов (UW3AX)

Москва