Ксв метр что это

Для чего нужна настройка си-би антенны и что такое КСВ

Если говорить простыми словами, то настройка си-би антенны нужна для того, чтобы она работала в резонансе на нужном канале (определенной частоте) и всю мощность радиостанции передать в эфир, или, по — другому, в открытое пространство без потерь, и при этом получить максимум усиления по приему.

Допустим, мы имеем рацию (MegaJet-300) с выходной мощностью в 4 ватта и идеально настроенной заводской антенной с КСВ 1, которая установлена по центру крыши автомобиля — то и на выходе получаем те же 4 ватта, а это максимальная дальность связи, на которой Вы можете общаться с другими корреспондентами или пользователями си-би радиостанций.
Так что же такое КСВ от сложного к простому
Так что же такое КСВ? На этот вопрос уже есть развернутый научный ответ в Википедии — КСВ это
«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»

Схема настройки и согласования антенны

А если просто, то КСВ — это степень согласования выходного сопротивления рации 50 Ом с входным сопротивлением фидера (кабеля) и антенны, которые так же должны быть равны 50 Ом. То есть сигнал от радиостанции проходит по кабелю через центральную жилу с минимальными потерями в антенну как в режиме приема, так и передачи (падающая волна), а ток (отраженная волна), который протекает по оплетке кабеля в обратную сторону от антенны, практически или равен нулю.

Если линия (фидер, кабель) и нагрузка (антенна) согласованы, то КСВ = 1
Если волновое сопротивление линии и нагрузки различаются, то КСВ > 1

Например: — у нас есть заводская антенна с настроенным кабелем 50 Ом четверть длины волны — примерно 4 метра, остается только настроить антенну, чтобы входное сопротивление стало так же 50 Ом на нужной частоте, а это достигается путем изменения длины штыря (удлиняя, подрезая или подкручиванием с помощью болта в случае с укороченными спиральными антеннами), при этом получаем КСВ близкое к значению 1.

При КСВ более 1 мы имеем неэффективно работающую антенну на прием и, соответственно, на передачу, происходят потери, которые выражаются в процентах.

Таблица потери мощности

Приборы для измерения коэффициента стоячей волны «КСВ» «SWR»

Прибор для измерения «КСВ»

Для настройки антенн — измерения «КСВ» «SWR», часто применяют стрелочные приборы заводского изготовления, на рынке достаточно много моделей с разной ценовой категорией от 900 руб. и выше, которые включают в себя кроме основной функции еще и дополнительную — измерение мощности рации.

Отличаются интерфейсом, кнопками управления, частотным диапазоном измерения — на фото выше модель RSM-600 имеет два диапазона измерения по частоте 1.8 — 160 MHz и 140 — 525 MHz плюс два диапазона по мощности 200 и 400W, большая градуированная шкала со значениями ксв от 1 до ∞ и шкала мощности с поддиапазонами 5, 20, 200 Ватт.
Наряду со стрелочными приборами для настройки антенн применяют и антенные анализаторы, функция у них одна, степень согласования оценивают по стандартной формуле и определяют коэффициент стоячей волны — как отношение максимального значения тока или напряжения к минимальному:
КСВ=Umax/Umin или КСВ=Imax/Imin

Антенный анализатор для настройки си-би антенн АА-330М

Антенные анализаторы — это, конечно, более продвинутые приборы, с информативными дисплеями отображающими не только ксв, частоту, но и значение активной и реактивной состовляющей. Имеют функцию сканирования по диапазонам, интерфейс для подключения к компьютеру, выводят графики резонанса антенны по диапазону, что очень удобно для быстрой и качественной настройки.

Однако цены на антенные анализаторы гораздо выше чем на стрелочные измерители ксв, даже самая дешевая модель из Китая обойдется вам более 4000 рублей.
Как настроить ксв автомобильной антенны
Настроить ксв автомобильной антенны достаточно просто, для этого надо иметь прибор для настройки, и знать основное правило — для повышения частоты (резонанса) антенны на нужном канале штырь подрезаем (укорачиваем) или задвигаем внутрь катушки, а для понижения полотно антенны удлиняется (выдвигается) или меняется на новое, более длинное.
Настраивается антенна только на автомобиле, то есть, установлена будь то на кузов, крышку багажника или на универсальный кронштейн, протянут кабель в салон авто к радиостанции.
Перед настройкой обязательно нужно проверить, где находится резонанс антенны или на каком канале показывает минимальное значение ксв, для этого:

КСВ метр — разъемы для подключения

Подключаем прибор к радиостанции — гнездо ANT к кабелю антенны через разъем PL259, гнездо TX соединяется через короткий кабель с гнездом рации.

Калибровка CAL

Находим резонанс антенны, то есть минимальное значение ксв — переводим переключатель прибора в положение калибровка CAL, нажимаем тангенту рации, ручкой калибровки выставляем стрелку на максимальное значение шкалы. После этого переводим переключатель ксв метра в положение измерения — SWR, и видим реальное значение ксв в данном канале, перемещаясь по каналам (сеткам) вверх или вниз, вы узнаете, где минимальные показания прибора, то есть резонанс антенны.
Сдвигаем резонанс антенны. Пример: вы настраиваете новую антенну — штырь 1,5 метра, на 15 канал сетки D, нашли минимальные значения ксв 1.3 в 10 канале, что бы этот резонанс переместить в 15 канал нужно укоротить (подрезать, задвинуть) штырь антенны буквально на 0,5 или один сантиметр и повторно произвести измерение.

Значение ксв на приборе

КСВ линии можно также определить по результатам измерения тока I _Л в одном из проводов линии на участке длиной не более 0,5λ. Зная максимальное и минимальное значения, можно вычислить КСВ по формуле КСВ= I_MAX / I_MIN . Для измерения тока широко применяют преобразователь ток / напряжение в виде токового трансформатора (ТТ) c определенным нагрузочным резистором, напряжение на котором U_T пропорционально и синфазно измеряемому току. Отметим интересную (теоретическую ) возможность – при определенных параметрах ТТ на его выходе можно получить напряжение, равное напряжению на линии (между проводниками), т.е. U ’ _T = I _Л Z ₀ .

На рис.1б приведены совместно графики изменения U _Л и U ’_Т вдоль линии, которые имеют одинаковые амплитуду и форму, но расположены со сдвигом 0,25λ. Анализ этих кривых показывает, что можно определить r (или КСВ) при одновременном измерении величин U _Л и U ‘_Т в любом месте линии. В местах расположения максимумов и минимумов обеих кривых (т.т. 1 и 2) это очевидно: отношение этих величин U _Л/ U ‘_Т (или U ‘_Т/ U _Л) равно КСВ, сумма равна 2 U _Л0, а разность равна 2 r U _Л0. В промежуточных точках U _Л и U ’_Т сдвинуты по фазе и их нужно складывать как векторы, однако приведенные выше соотношения сохраняются, так как отраженная волна напряжения всегда обратна по фазе отраженной волне тока, а r U _Л0 = r U ‘_Т0.

Следовательно, прибор, содержащий вольтметр, калиброванный преобразователь ток / напряжение (ТТ) и схему сложения / вычитания, позволит определить такие параметры линии, как r или КСВ, а также Р_ПАД и Р_ОТР при включении в любом месте линии.

1.2. Первые сведения об устройствах такого рода относятся к 1943 г. и воспроизведены в [1]. Первые известные автору практические устройства было описаны в [2, 3]. Вариант схемы, взятый за основу, воспроизведен на рис.2 .

а) датчик напряжения – емкостной делитель на С1 и С2 с выходным напряжением U_C , значительно меньшим, чем напряжение на линии U _Л;

б) датчик тока — токовый трансформатор Т1, намотанный на карбонильном кольце. Первичная обмотка Т1 имела 1 виток в виде проводника, проходящего по центру кольца. Вторичная – n витков, нагрузка по вторичной обмотке – резистор R 1, выходное напряжение 2 U _Т. Вторичную сторону можно выполнить из двух отдельных обмоток, каждая с напряжением U _Т и своим нагрузочным резистором, однако конструктивно удобнее сделать одну обмотку с отводом от середины. Данные Т1, R 1 и делителя С1/С2 выбраны с расчетом, чтобы при согласованной нагрузке R _Н= Z ₀ напряжения U _С= U _Т;

в) детекторы на диодах VD 1 и VD 2, переключатель SW 1 и вольтметр на микроамперметре РА1 с добавочными резисторами.

Вторичная обмотка Т1 включена таким образом, что при подключении ТХ к левому разъёму, а нагрузки к правому на диод VD 1 поступает суммарное напряжение U _С+ U _Т, а на диод VD 2 – разностное,. При согласованной нагрузке отраженная волна отсутствует, следовательно и напряжение на VD 2 должно быть нулевым. Это достигается в процессе балансировки за счет уравнивания напряжений U _Т и U _С с помощью подстроечного конденсатора С1 (возможна балансировка и за счет изменения величины R 1). Как было показано выше, после такой настройки величина разностного напряжения (при Z _Н≠ Z ₀) будет пропорциональна коэффициенту отражения r . Измерение с реальной нагрузкой производится так: сначала в положении переключателя SW 1 “падающая” с помощью калибровочного резистора R 3 выставляют положение стрелки прибора в конце шкалы (условно 100 микроампер), затем SW 1 переводят в положение “отраженная” и отсчитывают величину r . Применительно к случаю с R _Н=75 Ом прибор должен показать 20 мкА, что соответствует r =0,2. Значение КСВ определяют по формуле (3) – КСВ=(1+0,2)/(1–0,2)=1,5 или КСВ=(100+20)/(100–20)=1,5 (в этом примере детектор условно линейный, в действительности необходимо вводить поправку). После дополнительной настройки прибор может быть использован для измерения падающей и отраженной мощностей.

1.3. Точность КСВ-метра как измерительного прибора зависит от ряда факторов, в первую очередь от точности балансировки прибора в положении SW 1 “отраженная” при R _Н= Z ₀. Идеальной балансировке соответствуют напряжения U _С и U _Т, равные по величине и строго противоположные по фазе, их разность (алгебраическая сумма) равна нулю. В реальной конструкции несбалансированный остаток U _ОСТ есть всегда. Рассмотрим на примере, как это отражается на результате. Допустим, что при балансировке получились напряжения U _С = 0,5 В и U _Т = 0,45 В (разбаланс 0,05 В, что вполне реально). При нагрузке R _Н=75 Ом в 50-омной линии реально имеем КСВ = 75 / 50 = 1,5 и r = 0,2 и величина отраженной волны, пересчитанная к внутриприборным уровням, составит r U _С=0,2х0,5 = 0,1 В и r U _Т=0,2х0,45=0,09 В.

Вновь обратимся к рис.1б , кривые на котором соответствуют КСВ=1,5 (кривые U _Л и U ‘_Т для линии будут соответствовать U _С и U _Т в нашем случае). В т.1 U _{С max} =0,5+0,1=0,6 В, U _{Т min} =0,45–0,09=0,36 В и КСВ=0,6/0,36=1,67. В т.2 U _{Т max} =0,45+0,09=0,54 В, U_Cmin =0,5–0,1=0,4 и КСВ=0,54/0,4=1,35. Из этого несложного расчета видно, что в зависимости от места включения такого КСВ-метра в линию с реальным КСВ=1,5 или при изменении длины линии между прибором и нагрузкой могут быть отсчитаны разные значения от 1,35 до 1,67.

Что может привести к неточной балансировке?

— Напряжение отсечки германиевого диода (в нашем случае VD 2), при котором он перестает проводить, около 0,05 В. Поэтому, при U _ОСТ U _С и, соответственно, U _Т. Например, при U _С=2 В и U _Т =1,95 В ( U _ОСТ=0,05 В) пределы изменения КСВ будут от 1,46 до 1,54.

— Частотная зависимость напряжений U _С или U _Т. При этом точная балансировка может быть достигнута не во всем диапазоне рабочих частот. Разберем на примере одну из возможных причин. Допустим, в приборе использован конденсатор делителя С2 емкостью 150 пФ с проволочными выводами диаметром 0,5 мм и длиной по 10 мм каждый. Измеренная индуктивность проволоки такого диаметра длиной 20 мм оказалась равной L =0,03 мкГн. На верхней рабочей частоте f = 30 МГц сопротивление конденсатора будет X _С=1/2p fC =- j 35,4 Ом, суммарное реактивное сопротивление выводов X _ВЫВ=2p fL = j 5,7 Ом, в результате сопротивление нижнего плеча делителя уменьшится до значения — j 35,4+ j 5,7= — j 29,7 Ом (это значение соответствует конденсатору емкостью 177 пФ). В то же время на частотах от 7 МГц и ниже влияние выводов ничтожно. Отсюда вывод — в нижнем плече делителя следует применять безиндуктивные конденсаторы с минимальными выводами (например, опорные или проходные) и включение нескольких конденсаторов параллельно. Выводы “верхнего” конденсатора С1 практически не влияют на ситуацию, так как его X _С в несколько десятков раз больше, чем у нижнего. Получить равномерную балансировку во всей рабочей полосе частот можно с помощью оригинального решения, показанного во второй части.

— Влияние паразитных реактивностей приводит к несинфазности напряжений U _С и U _Т (режим R _Н= Z ₀). Сдвиг фаз на несколько градусов незначительно отражается на их сумме ( SW 1-“пад.”), но сильно ухудшает балансировку. К примеру, если сдвиг фаз составляет всего α =3є и U _С= U _Т=2 В, несбалансированный остаток составит U _ОСТ≈ U _С sin α =2х0,052=0,104 В. Рассмотрим возможные причины:

а) влияние реактивности выводов вторичной обмотки. При длине выводов всего по 10 мм на верхней частоте их сопротивление X = j 5,7 Ом (см. предыдущий пример) и фаза тока во вторичной цепи Т1 будет по отношению к току в линии (и напряжению U _С) сдвинута на угол α = arctg ( X _ВЫВ/ R 1). Здесь R 1 – сопротивление нагрузки трансформатора, составляющее в разных образцах от 10 до 100 Ом. Для крайних значений получаем α = arctg (5,7/10)=30є (!) и α = arctg (5,7/100)≈3є. В действительности во вторичной цепи паразитная индуктивность может быть ещё больше из-за наличия индуктивности рассеяния Т1 и индуктивности выводов R 1. Отметим, что хотя полное сопротивление вторичной цепи на верхних частотах возрастает, напряжение U _Т, снимаемое непосредственно с R 1, остается неизменным по величине (свойство токового трансформатора Т1, см. ниже);

б) индуктивное сопротивление вторичной обмотки Т1 на нижних частотах рабочего диапазона (

1,8 МГц) может ощутимо шунтировать R 1, что приведет к уменьшению U _Т и его фазовому сдвигу;

в) сопротивление R 2 – часть детекторной цепи. Так как R 2 по схеме шунтирует С2, на нижних частотах коэффициент деления может получить частотную и фазовую зависимость;

г) в схеме рис.2 детектор на VD 1 или VD 2 в открытом состоянии шунтирует своим входным сопротивлением R _ВХД нижнее плечо емкостного делителя на С2, т.е действует также, как и R 2. Влияние R _ВХД незначительно при ( R 1+ R 2) более 40 кОм, что требует применения чувствительного индикатора РА1 с током полного отклонения не более 100 мкА и ВЧ напряжения на Д1 не менее 4-х вольт;

д) входной и выходной разъёмы КСВ-метра обычно разнесены на 30…100 мм. На верхней частоте 30 МГц ( λ =10 м) разница фаз напряжений на разъёмах составит α =[(0,03…0,1)/10]360є ≈ 1…3,5є. Как это может отразиться на работе, продемонстрировано на рис.3а и 3б . Разница схем на этих рисунках только в том, что конденсатор С1 подключен к разным разъемам (Т1 в обоих случаях находится на середине проводника между разъёмами). В первом случае нескомпенсированный н остаток можно уменьшить, если скорректировать фазу U _ОСТ с помощью небольшого параллельно включенного конденсатора С_К (пунктир на рис.3а ), во втором за счет включения последовательно с R 1 небольшой индуктивности L _К в виде проволочной петли (рис.3б) . Такой способ нередко применяется в кустарных и фирменных КСВ-метрах, но делать это не следует. Чтобы убедиться в этом, достаточно повернуть прибор так, чтобы входной разъём стал выходным. При этом компенсация, которая помогала до поворота, станет вредной – U _ОСТ существенно увеличится. При работе на реальной линии с несогласованной нагрузкой в зависимости от длины линии прибор может попасть в такое место на линии, где введенная коррекция “улучшит” реальный КСВ или, наоборот, “ухудшит” его, в любом случае будет неправильный отсчет. Рекомендация – располагать разъёмы по возможности ближе друг к другу и использовать оригинальное решение, показанное во второй части. Очень важно, чтобы корпуса (фланцы ) входного и выходного разъёмов соединялись максимально короткими и широкими проводниками.

1.4. Для иллюстрации того, как сильно могут повлиять рассмотренные выше и другие причины на достоверность КСВ-метра, на рис.4 показаны результаты проверки двух фирменных приборов [4].

Проверка заключалась в том, что несогласованная нагрузка с расчетным КСВ=2,25 устанавливалась на конце линии, состоящей из ряда последовательно соединенных отрезков кабеля с Z ₀=50 Ом длиной каждый по λ /8. В процессе измерений полная длина линии изменялась от λ /8 до 5/8 λ . Проверялись два прибора: недорогой BRAND X и одна из лучших моделей – BIRD 43. Как говорится – комментарии излишни.

На рис.5 приведен график зависимости ошибки измерений от величины коэффициента направленности D ( directivity ) КСВ-метра [4] , где по горизонтальной оси отложены реальные значения КСВ ( v . s . w . r .), а по вертикальной – измеренные с учетом ошибки в зависимости от величины D КСВ-метра.

Пунктиром показан пример – реальный ксв = 2, прибор с D = 20 дБ даст показания 1,6 или 2,5 , а при D = 40 дБ ошибка значительно меньше, соответственно 1,9 или 2,1. Аналогичные графики применительно к КБВ=1/КСВ приведены в [5].

В конструкции рис.2 этот коэффициент равен отношению напряжений ВЧ на анодах диодов VD 1 и VD 2 при подключении к выходу КСВ-метра нагрузки с R _Н= Z ₀: D =20 lg (2 U ₀/ U ост), дБ, Таким образом, чем лучше удалось сбалансировать схему (чем меньше U _ОСТ) тем выше D . Можно также использовать показания индикатора РА1 — D =20 lg ( I _ПАД/ I _ОТР), дБ, однако это значение D будет менее точным из-за нелинейности диодов.

Вторая по важности причина неправильных показаний КСВ-метра связана с нелинейностью вольтамперной характеристики детекторных диодов. Это приводит к зависимости показаний от уровня подаваемой мощности, особенно в начальной части шкалы индикатора Р A 1. В фирменных КСВ-метрах нередко на индикаторе делают две шкалы для малого и большого уровней мощности. В любительских конструкциях можно применить описанные в п. 2.3. способы коррекции.

1.5. Трансформатор тока Т1 является важной частью КСВ-метра. Основные характеристики Т1 такие же, как и у более привычного трансформатора напряжения: число витков первичной обмотки n 1 и вторичной n 2, коэффициент трансформации к = n 2/ n 1, ток вторичной обмотки I 2= I 1/к. Отличие состоит в том, что ток через первичную обмотку определяется внешней цепью (в нашем случае это ток фидера) и не зависит от сопротивления нагрузки трансформатора R 1, поэтому ток I 2 также не зависит от величины R 1. Например, если по фидеру Z ₀=50 Ом передается мощность Р=100 Вт, ток I 1=√Р/ Z ₀=1,41 А и при к=20 ток вторичной обмотки будет I 2= I 1/к ≈ 0,07 А. Напряжение на выводах вторичной обмотки будет определяться величиной R 1: 2 U _Т= I 2х R 1 и при R 1=68 Ом составит 2 U _Т=4,8 В, выделяемая на резисторе мощность Р=(2 U т) 2 / R 1=0,34 Вт. Обратим внимание на “непривычную” особенность Т1 – чем меньше витков во вторичной обмотке, тем больше будет напряжение на её выводах (при одном и том же R 1). Самый тяжелый режим для Т1 – режим холостого хода ( R 1=∞), при этом напряжение на его выходе резко возрастает, сердечник насыщается и разогревается настолько, что может разрушиться. В большинстве случаев в первичной обмотке используют 1 виток. Этот виток может иметь разные формы, как на рис.6а и 6б , они равноценны. Следует иметь в виду, что обмотка на рис.6в – это уже 2 витка.

Отдельный вопрос – применение соединенного с корпусом экрана в виде трубки между центральным проводом и вторичной обмоткой. С одной стороны, экран устраняет емкостную связь между обмотками, чем несколько улучшает балансировку разностного сигнала, с другой стороны в экране возникают вихревые токи, также влияющие на балансировку. Практика показала, что с экраном и без него можно получить примерно одинаковые результаты. Если экран все же применен, длину его следует сделать минимальной, примерно равной ширине примененного сердечника, и соединить с корпусом широким коротким проводником. “Заземление” экрана следует делать в равноудаленном от обоих разъемов месте корпуса или печатной платы. Для экрана можно использовать латунную трубку диаметром 4 мм от телескопических антенн.

Для КСВ-метров на проходящую мощность до 1кВт достаточны ферритовые кольцевые сердечники размером К12х6х4 и даже К10х6х3. Практика показала, что оптимальное число витков n 2=20. При индуктивности вторичной обмотки 40…60 мкГн получается наибольшая частотная равномерность, допустимая величина — до 200 мкГн. Возможно использование сердечников с проницаемостью от 200 до 1000, желательно выбрать типоразмер, который обеспечит оптимальную индуктивность обмотки. Можно использовать сердечники с меньшей проницаемостью, если применить большие типоразмеры, увеличить число витков и (или) уменьшить сопротивление R 1.

Если проницаемость имеющихся сердечников неизвестна, при наличии измерителя индуктивности её можно определить. Для этого следует намотать 10 витков на неизвестном сердечнике (витком считается каждое пересечение проводом внутреннего отверстия сердечника), измерить индуктивность катушки L (мкГн) и подставить это значение в формулу μ=2,5 LD _СР/ S , где D _СР — средний диаметр сердечника в см, а S – сечение сердечника в см 2 (пример – у К10х6х3 D _СР=0,8 см и S =0,2х0,3=0,06 см 2 ). Если μ сердечника известна, индуктивность обмотки из n витков можно рассчитать L =μ n 2 S / 250 D _СР.

Применимость сердечников на уровень мощности 1 кВт и более можно проверить и при 100 Вт в фидере. Для этого следует временно установить R 1 сопротивлением в 4 раза больше расчетного, соответственно напряжение U _Т также вырастет в 4 раза, а это эквивалентно возрастанию проходящей мощности в 16 раз. Разогрев сердечника можно проверить “наощупь” (мощность на временном резисторе R 1 также вырастет в 4 раза). В реальных условиях мощность на R 1 возрастает пропорционально росту мощности в фидере.

2. Две конструкции КСВ-метров UT 1 MA

2.1. КСВ-метры имеют одинаковую схему, но разное исполнение. В первом варианте (КМА-01) высокочастотный датчик и индикаторная часть выполнены раздельно. Датчик имеет входной и выходной коаксиальные разъёмы и может быть установлен в любом месте фидерного тракта, соединение с индикатором осуществляется трехжильным кабелем любой длины. Во втором варианте (КМА-02) обе части расположены в одном корпусе.

Схема КСВ-метра приведена на рис.7 и отличается от базовой схемы рис.2 наличием трех цепей коррекции.

Рассмотрим эти отличия по отдельности:

— Верхнее плечо емкостного делителя выполнено из двух одинаковых постоянных конденсаторов С1′+С1″=С1, подключенных к входному и выходному разъёмам, фазы напряжений на которых несколько различаются (п.1.3.). При таком включении фаза U _С усредняется и сближается с фазой U _Т, что улучшает балансировку.

— За счет включения катушки L _К сопротивление верхнего плеча емкостного делителя становится частотнозависимым, что позволяет выровнять балансировку на верхнем краю диапазона (21…30 МГц).

— Подбором сопротивления R 2 (постоянной времени R 2 C 2) можно компенсировать разбалансировку, вызванную спадом напряжения U _Т и его фазовым сдвигом на нижнем краю диапазона (3,5…1,8 МГц).

Кроме отмеченного, балансировка осуществляется с помощью подстроечного конденсатора С3, включенного в нижнем плече делителя. При этом упрощается монтаж и становится возможным применение маломощного малогабаритного подстроечника.

В конструкции предусмотрена возможность измерения мощности отдельно для падающей и отраженной волн. Для этого с помощью переключателя SW 2 в цепь индикатора вместо переменного калибровочного резистора R 4 вводится подстроечный резистор R 5, которым устанавливается нужный предел шкалы измеряемой мощности.

Применение коррекции и рациональная конструкция прибора позволили получить коэффициент направленности D в пределах 35…45 дБ в частотном диапазоне 1,8…30 МГц.

Вторичная обмотка Т1 содержит 2х10 витков (намотка в 2 провода) ПЭВ 0,35, намотанных равномерно на ферритовом кольце К12х6х4 проницаемостью около 400 (измеренная индуктивность »90 мкГн).

Резистор R 1 – МЛТ 68 Ом, желательно без винтовой канавки на теле резистора. При проходящей мощности менее 250 Вт достаточно МЛТ-1, при 500 Вт – МЛТ-2, при 1 кВт R 1 можно составить из 2-х параллельно включенных МЛТ-2 по 130 Ом. Впрочем, если КСВ-метр проектируется под высокий уровень мощности, есть смысл вдвое увеличить вторичную обмотку Т1 (2х20 вит.), что позволит в 4 раза уменьшить рассеиваемую мощность R 1 (при этом величина емкости С2 также удваивается).

Конденсаторы С1′ и С1″ емкостью 2,4…3 пФ каждый, типа КТ, КТК, КД на напряжение 500 В при Р ≥ 1 кВт и 200…250 В при меньшей мощности, С2 – на любое напряжение, КТК или другие безиндуктивные, один или 2…3 параллельно, С3 – малогабаритный подстроечный 3…20 пФ. Емкость С2 зависит от суммарной емкости верхнего плеча емкостного делителя, в которую входит помимо С1′+С1″=С и внутренняя емкость между вторичной обмоткой Т1 и центральным проводником (0,5..1 пФ). Общая емкость нижнего плеча (С2+С3) при R1=68 Ом примерно в 30 раз больше емкости верхнего. Диоды — типа Д311, С4, С5 и С6 – 0,003…0,01 мкФ типа КМ или другие высокочастотные, индикатор – М2003 с током полного отклонения 100 мкА, калибровочный резистор R 4 – 150 кОм СП-4-2м, R 3 (10 кОм) предохраняет индикатор от возможной перегрузки, подстроечный R 5 – 150 кОм.

Индуктивность корректирующей L _К можно определить следующим образом. При балансировке ( R _Н= Z ₀) отметить положения подстроечника С3 на частотах 14 и 29 МГц (без L _К), затем выпаять и измерить его емкость в обоих отмеченных положениях. Допустим, для верхней частоты емкость оказалась меньше на 5 пФ, а общая емкость нижнего плеча около 130 пФ, т.е. разница составляет 5/130 или около 4%. Следовательно, для частотного выравнивания нужно на частоте 29 МГц уменьшить сопротивление верхнего плеча также на

4%. Зная Х_С1 и то, что сопротивление L _К должно составлять 4% от Х_С1, несложно определить величину L _К Примененный вариант – 8…10 витков ПЭЛШО 0,29, внутренний диаметр 5 мм, намотка бескаркасная плотная с последующей пропиткой клеем БФ-2, окончательное количество витков уточняется при балансировке, критерий – положения ротора С3 на 14 МГц и 29 МГц должны совпадать.

После достижения хорошей балансировки на средних и верхних частотах устанавливают частоту 1,8 МГц, на место R 2 временно впаивают переменный резистор на 15…20 кОм и находят значение, при котором U _ОСТ минимально. Значение R 2 зависит от индуктивности вторичной обмотки Т1 и находится в пределах 5…20 кОм соответственно для L =40…200 мкГн.

2.3. Индикатор

В радиолюбительских условиях наиболее часто в индикаторе КСВ-метра используют микроамперметр с линейной шкалой, и отсчет ведут по формуле КСВ=( I _ПАД+ I _ОТР)/( I _ПАД– I _ОТР), где I в микроамперах – показания индикатора в режимах “падающая” и “отраженная” соответственно. При этом не учитывается ошибка из-за нелинейности начального участка ВАХ диодов. Проверка с помощью нагрузок разной величины на частоте 7 МГц показала, что при мощности около 100 Вт показания индикатора были в среднем на 1 деление (1 мкА) меньше реальных значений, при 25 Вт — меньше на 2,5…3 мкА, а при 10 Вт – на 4 мкА. Отсюда простая рекомендация: для 100-ваттного варианта – заранее сместить начальное (нулевое) положение стрелки прибора на 1 деление, а при использовании 10 Вт (например, при настройке антенны) прибавлять к отсчету по шкале в положении “отраж.” ещё 4 мкА. Пример: при отсчетах “пад/отр” соответственно равных 100 / 16 мкА правильный КСВ будет (100+20)/(100–20)=1,5. При значительной мощности (500 Вт и более) в указанной коррекции нет необходимости.

Примечание. Все популярные у радиолюбителей типы КСВ-метров – КСВм-тт, мостовые и на направленных ответвителях – непосредственно отсчитывают именно коэффициент отражения r , а величину КСВ затем приходится вычислять. Между тем, именно r является основным показателем степени согласования, а КСВ – показатель производный. Подтверждением этого может быть тот факт, что в электросвязи степень согласования характеризуется затуханием несогласованности (тот же r , только в децибелах). В дорогих фирменных приборах также предусмотрен отсчет r под названием return loss (обратные потери). Примечание это связано с тем, что в любительских условиях достаточно сложно изготовить шкалу индикатора в значениях КСВ, а вот r можно отсчитывать непосредственно по линейной шкале.

Что будет, если в качестве детекторов применить кремниевые диоды? Если у германиевого диода при комнатной температуре напряжение отсечки, при котором ток через диод всего 0,2…0,3 мкА, составляет около 0,045 В, то у кремниевого уже 0,3 В. Следовательно, чтобы сохранить точность отсчета при переходе на кремниевые диоды, необходимо более чем в 6 раз поднять уровни напряжений U _С и U _Т (!). В эксперименте, при замене диодов Д311 на КД522 при Р=100 Вт, нагрузке Z _Н=75 Ом и тех же U _С и U _Т были получены I _ПАД/ I _ОТР: до замены – 100/19 и КСВ=1,48, после замены – 100/12 и расчетный КСВ=1,27. Применение схемы удвоения на КД522 дало ещё худший результат – 100/11 и КСВ=1,25.

2.4. Конструкция

Корпус датчика в раздельном варианте (КМА-01) может быть изготовлен из меди, алюминия или спаян из пластинок 2-х стороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. Эскиз такой конструкции приведен на рис.8 , там же даны размеры заготовок.

Пунктирными линиями показаны места соединения перед пайкой, которая для большей прочности производится с обеих сторон. Корпус состоит из двух отсеков, в одном оппозитно расположены ВЧ разъемы (СР-50 или SO -239 c фланцами размерами 25х25 мм), перемычка из провода Æ1,4 мм в полиэтиленовой изоляции Æ4,8 мм (от кабеля РК50-4), токовый трансформатор Т1 , конденсаторы емкостного делителя (С1′+С1″=С1, С2′+С2″=С2) и компенсационная катушка L _К, в другом резисторы R 1, R 2, диоды, подстроечный и блокировочные конденсаторы и малогабаритный НЧ разъем. В средней фольгированной перегородке (рис.8б) устанавливаются три проходны х изолированны х контакт а (например, латунные винты М2. М3), места их расположения показаны на чертеже. Выводы Т1 и R 1 – минимальной длины.

Конструкция индикаторного блока без особенностей и здесь не рассматривается.

ВЧ датчик совместного варианта (КМА-02) монтируется на задней стенке (медь, алюминий, латунь) общего корпуса КСВ-метра (рис.9) .

В отличие от первого варианта все детали (кроме Т1 и разъёмов XS 1 и XS 2) смонтированы на печатной плате (рис.10) , туда же припаян трехконтактный НЧ разъем типа межблочных телевизионных. Оба конденсатора С1′ и С1″ одним концом припаяны к контактной площадке на печатной плате, а другими концами – к ВЧ разъёмам. С2 (1шт), С3 и L к расположены со стороны фольги. R 3 перенесен на плату, где для дополнительной развязки по ВЧ установлено 2 резистора R 3 (рис.10) с допуском не более 5% . Плата крепится к панели между ВЧ разъёмами с помощью небольших напаянных уголков из меди толщиной 0,5…1 мм. Датчик желательно накрыть экраном. Конструкция индикатора – без особенностей.

2.5. Для настройки и проверки КСВ-метра необходим образцовый нагрузочный резистор 50 Ом (эквивалент антенны) мощностью 50…100 Вт. Одна из возможных радиолюбительских конструкций показана на рис.11 . В ней используется распространенный резистор ТВО сопротивлением 51 Ом и мощностью рассеивания 60 Вт (прямоугольник размерами 45х25х180 мм). Внутри керамического корпуса резистора находится длинный цилиндрический канал, заполненный резистивным веществом. Резистор размещается внутри алюминиевого кожуха, его выводы коротко соединяют с входным коаксиальным разъёмом и кожухом, и плотно прижимают к днищу кожуха. Это улучшает отвод тепла и создает распределенную емкость, улучшающую широкополосность. С помощью дополнительных резисторов с мощностью рассеивания 2 Вт входное сопротивление нагрузки устанавливают в пределах 49,9…50,1 Ом. С небольшим корректирующим конденсатором на входе (

10 пФ) удается на базе этого резистора получить нагрузку с КСВ не хуже 1,05 в полосе частот до 30 МГц ( измерено мостовым ксв-метром ). Отличные нагрузки получаются из специальных малогабаритных резисторов типа Р1-3 номиналом 49,9 Ом, выдерживающих значительную мощность при использовании внешнего радиатора.

2.6. Были проведены сравнительные испытания КСВ-метров разных фирм и приборов, описанных в этой статье. Проверка заключалась в том, что к передатчику с выходной мощностью около 100 Вт через испытуемый 50-омный КСВ-метр подключалась несогласованная нагрузка 75 Ом (эквивалент антенны на мощность 100 Вт заводского изготовления) и производились 2 измерения. Одно при подключении коротким кабелем РК50 длиной

10 см, другое — через кабель РК50 длиной

0,25λ. Чем меньше разброс показаний, тем достовернее прибор.

При частоте 29 МГц получены следующие значения КСВ:

DRAKE WH-7 ………………1,46/1,54

DIAMOND SX-100 …………1,3/1,7

ALAN KW-220 …………… 1,3/1,7

ROGER RSM-600 ………. 1,35/1,65

С нагрузкой 50 Ом при любой длине кабелей все приборы “дружно” показывали КСВ мощность RSM -600 всего 200…400 Вт). В его схеме нет подстроечного элемента, поэтому резистор нагрузки токового трансформатора должен быть высокой точности (хотя бы 50±0,5 Ом), а реально был использован резистор сопротивлением 47,4 Ом. После его замены на резистор 49,9 Ом результаты измерений стали значительно лучше — 1,48/1,58. Возможно, с этой же причиной связан большой разброс показаний приборов SX -100 и KW -220.

Измерение при несогласованной нагрузке с помощью дополнительного четвертьволнового 50-омного кабеля – надежный способ проверки качества КСВ-метра. Отметим три момента:

1. Для такой проверки можно использовать и нагрузку 50 Ом, если включить параллельно её входу конденсатор, например, в виде небольшого отрезка разомкнутого на конце коаксиального кабеля. Подключение удобно произвести через коаксиальный тройниковый переход. Опытные данные – с отрезком РК50 длиной 28 см на частоте 29 МГц такая комбинированная нагрузка имела КСВ≈1,3, а при длине 79 см – КСВ≈2,5 (любую нагрузку подключать к КСВ-метру только 50-омным кабелем).

2. Реальный КСВ в линии примерно соответствует среднему от двух отсчитанных значений (с добавочным четвертьволновым кабелем и без него).

3. При измерении в реально м антенно-фидерно м устройств е могут возникнуть трудности, связанные с затеканием тока на внешнюю поверхность оплетки кабеля. При наличии такого тока изменение длины фидера снизу может привести к изменению этого тока, что приведет к изменению нагрузки фидера и реального КСВ. Уменьшить влияние внешнего тока можно защитным дросселем, например, свернув входящий в помещение фидер в виде бухты из 15…20 витков диаметром 15…20 см.

Литература

1. D . Lechner , P . Finck Kurzwellensender . — Militarverlag , Berlin , 1979

2. W.B.Bruene An Inside Pictures of Directional Wattmeters. – QST, 1959, Apr

3. D.Demaw In – Line RF Power Metering. — QST, 1969, Dec

4. W.Orr, S.Cowan The beam antenna handbook. – RAC, USA, 1993

5. Бекетов В., Харченко К. Измерения и испытания при конструировании и регулировке радиолюбительских антенн. — М. Связь, 1971

Автор: Э.Гуткин (UT1MA) г.Луганск

Вас может заинтересовать:

1. Антенна на диапазон 7 МГц. "ЗР"
2. Малогабаритные спиральные антенны. И.Капустин (UA0RW)
3. Коротковолновые передающие антенны. Подборка журнала "Радио"
4. Электронный переключатель антенны. В.Давыдов (UW9WR)
5. Универсальное согласующее устройство. В.Кобзев (UW4HZ)

Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.

Приборы для определения КСВ

Приборы, описание которых приведено в этой статье, позволяют измерить падающую и отраженную от нагрузки мощность и, следовательно, определять КСВ в коаксиальном тракте с волновым сопротивлением 50 Ом.

1. Мостовой КСВ-метр резистивного типа (Рис.1) имеет как ряд достоинств:
• независимость выходных сигналов от частоты,
• чрезвычайно широкий рабочий диапазон частот (от долей до многих сотен МГц) при весьма скромных конструктивных требованиях,
• возможность работы при малых (единицы вольт) уровнях сигнала передатчика,

так и ряд недостатков:
• высокое затухание, вносимое в линию,
• подверженность влиянию наводок, принятых измеряемой антенной.

Рис.1 КСВ-метр на основе ВЧ резистивного моста

Работу данного КСВ-метра мы подробно рассмотрели на странице – (Ссылка на страницу), поэтому в рамках данной статьи повторяться не будем. Отметим лишь то, что для настройки антенн такой прибор является лучшим решением, однако он совершенно непригоден для текущего контроля антенн во время штатной работы передатчика. Объясняется это просто – на резисторах R1-R3 рассеивается около 75% мощности передатчика.

2. КСВ-метры с ферритовым трансформатором тока. В качестве примера такого относительно простого и хорошо работающего устройства с токовым трансформатором приведём схему КСВ-метра В.Скрипника (UY5DJ) (Рис.2). Фото платы позаимствовано с сайта – (Ссылка на страницу).

Рис.2 КСВ-метр c трансформатором тока В.Скрипника (UY5DJ)

Устройство состоит из двух высокочастотных вольтметров на диодах VD1 и VD2, с помощью которых измеряется отраженная и падающая мощность. К каждому из диодов VD1 и VD2 приложено два напряжения: одно, пропорциональное напряжению в передающей линии, поступает на катоды с ёмкостных делителей С1С2 и СЗС4, а второе напряжение, пропорциональное току в центральном проводнике, поступает на аноды со вторичных обмоток трансформатора.

Так как электрическая длина измерительной линии (расстояние между точками подключения С1 и СЗ) невелика по сравнению с длиной волны в кабеле, то напряжения, снимаемые с ёмкостных делителей, практически синфазны.
В то же время напряжения, снимаемые со вторичных обмоток, противофазны. Поэтому на одном диоде результирующее напряжение будет равно сумме двух напряжений, а на другом – разности.
На каком какое – зависит от того, как включены начало и конец вторичной обмотки трансформатора.
Ток, протекающий через тот диод, к которому приложено суммарное напряжение, пропорционален падающей волне, а ток, протекающий через другой – отраженной.

Рис.3 Печатная плата КСВ-метра В.Скрипника (UY5DJ)

Высокочастотные германиевые диоды VD1 и VD2 ГД507 могут быть заменены на Д9, Д18, Д310, Д311 и т. п.
Трансформатор тока выполнен на кольцевом сердечнике типоразмера К12х6х4,5 из феррита марки М50ВН. Первичная обмотка представляет собой отрезок центрального проводника коаксиального кабеля, который вместе с изоляцией продет сквозь кольцо. Предварительно по окружности кольца намотана вторичная обмотка – 30 витков провода ПЭЛШО-0.2 или ПЭВ-2 0.25. Намотка на кольцо производится с таким расчетом, чтобы вся обмотка заняла примерно половину окружности кольца.
Несколько лучший результат даст сердечник побольше, например К20x10x4, и отрезок коаксиального кабеля без снятия экранирующей оплётки, которая в этом случае будет служить электростатическим экраном. Заземлять экранирующую оплётку следует только с одной стороны.

В начале регулировки движок подстроечного резистора R3 устанавливают в левое по схеме положение, соответствующее максимальной чувствительности, движок переменного резистора R4 в верхнее по схеме положение, подстроечные конденсаторы С1 и С3 – в положения, близкие к минимальной емкости. Налаживают прибор в диапазоне 14 или 21 МГц.
При включённом передатчике проверяют показания измерительного прибора в разных положениях переключателя S1. Если в положении «Пад.» показания прибора меньше, чем в положении «Отр.», то изменяют распайку выводов вторичной обмотки трансформатора Т1. После этого мощность передатчика устанавливают такой, чтобы показания прибора РА1 в положении «Пад.» были максимальны и, переведя переключатель S1 в положение «Отр.», подстраивают конденсатор С1 до получения минимальных показаний прибора.
Затем передатчик подключают к разъему ХS2, а эквивалент антенны – к разъему XS1, и в положении переключателя S1 «Пад.» подбором конденсатора С3 снова добиваются минимальных показаний прибора. Процесс подстройки конденсаторов C1 и С3 следует повторить несколько раз.

Положение движка подстроечного резистора R3 определяют в процессе калибровки прибора.

Точность измерения КСВ этим измерительным мостом составляет

10%, но её можно существенно повысить, изготовив устройство по следующей конфигурации:

3. КСВ-метры по схеме Стоктона с двумя трансформаторами
Другое название данного построения – «тандем матч», основанное на статье «The Tandem Match», опубликованной в журнале QST за январь 1987-го года (автор John Grebenkemper, KA3BLO).
На рисунке Рис.4 приведена схема такого моста, состоящего из двух линий коаксиального кабеля с ферритовыми трансформаторами и предназначенного для измерения КСВ в широком диапазоне частот с очень хорошей равномерностью.

Рис.4 Схема измерительного моста по схеме Стоктона

Оба трансформатора выполнены аналогично. Первичная обмотка образована жилой коаксиального кабеля, продетого в ферритовое кольцо. В качестве последнего рекомендуются ферритовые кольца FT50-43, либо отечественные М30-М50ВН. Вторичная обмотка мотается на кольце 7. 28-ю витками эмалированного провода. Количество витков зависит от максимальной подводимой мощности и указано на схеме (Рис.4).
Диоды D1 и D2 – либо германиевые, либо диоды Шоттки типа BAT43.
В качестве примера на Рис.5 приведена реализация 50-ваттного измерительного моста от DG1KPN (https://dl6gl.de/).

Рис.5 Реализация 50-ваттного КСВ-метра по схеме Стоктона от DG1KPN

Данные:
• Тороидальные сердечники FT50-43, 14 витков CuL 0,5 мм;
• Полужесткий коаксиальный кабель, изоляция под тороидами;
• Диоды: 1N34.

Без всякой настройки погрешность схемы измерения данного измерительного моста всегда остается ниже 5%.
Вносимые потери до 50 МГц не превышают 0,1 дБ.
КСВ на 50-омной нагрузке до 50 МГц находятся в диапазоне от 1,05 до 1,08.

Ещё одна реализация (на этот раз 750-ваттного КСВ-метра) от DG1KPN изображена на Рис.6.

Рис.6 Реализация 750-ваттного КСВ-метра по схеме Стоктона от DG1KPN

По сравнению с предыдущей схемой внесены некоторые изменения:
• На выводе «Incident» установлен подстроечный конденсатор 30p для минимизации отраженного сигнала в желаемом диапазоне частот.
• Жила коаксиального кабеля через нижний трансформатор выводится на коаксиальные разъемы BNC «Reflected» и «Incident». Два нагрузочных резистора 50 Ом или любого другого номинала могут быть подключены туда в виде стандартных нагрузочных штекеров.
• Диодные выпрямители можно подключать или отключать двумя перемычками.

В устройстве были применены тороидальные сердечники FT114-43.
Вторичные обмотки – 30 витков 0,8 мм CuL.
Коаксиальный кабель RG393 (или RG213, RG214).
Диоды 1N34.

При 750 Вт мощности в 50-омной нагрузке и 30 витках вторичных обмоток максимальное выходное напряжение составляет около 9 В постоянного тока. В зависимости от используемого блока обработки (аналоговый или цифровой) может потребоваться замена резисторов 1М на катодах диодов на делители напряжения.

Измерения параметров 750-ваттного КСВ-метра (S11 «пропускание» и S21 «потери на отражение») с помощью DG8SAQ VNWA показали даже лучшие значения, чем у младшего 50-ваттного собрата.

А на следующей странице рассмотрим разнообразные реализации индикаторной части КСВ-метров, построенные на стрелочных приборах, а также на светодиодных линейках.

Что измеряет КСВ-метр?

Сегодня КСВ-метры есть практически на любой любительской радиостанции — встроенные в фирменную аппаратуру, самостоятельные фирменные приборы или самодельные. Результаты их
работы (КСВ антенно-фидерного тракта) широко обсуждаются радиолюбителями.

Как известно, коэффициент стоячей волны в фидере однозначно определяется входным импедансом антенны и волновым сопротивлением фидера. Эта характеристика антенно-фидерного тракта не зависит ни от уровня мощности, ни от выходного сопротивления передатчика. На практике его приходится измерять на некотором удалении от антенны — чаще всего непосредственно у трансивера. Известно, что фидер трансформирует входной импеданс антенны в некоторые его значения, которые определяются длиной фидера. Но при этом в любом сечении фидера они такие, что соответствующее им значение КСВ не изменяется. Другими словами, он в отличие от импеданса, приведённого к дальнему от антенны концу фидера, не зависит от длины фидера, поэтому измерять КСВ можно и непосредственно у антенны, и на некотором удалении от неё (например, у трансивера).

В радиолюбительских кругах ходит немало легенд о «полуволновых повторителях», якобы улучшающих КСВ. Фидер с электрической длиной в половину рабочей длины волны (или в их целое число) действительно является «повторителем» — импеданс на дальнем от антенны его конце будет равен входному импедансу антенны. Единственная польза от этого эффекта — возможность дистанционно измерить входной импеданс антенны. Как уже отмечалось, на значение КСВ (т.е. на энергетические соотношения в антенно- фидерном тракте) это не влияет.

На самом деле при удалённом от точки подключения фидера к антенне измерении КСВ регистрируемое его значение всегда несколько отличается от истинного. Эти отличия объясняются потерями в фидере. Они строго детерминированы и могут только «улучшить» регистрируемое значение КСВ. Однако это эффект часто на практике бывает незначительным, если используется кабель с малыми погонными потерями и длина самого фидера сравнительно небольшая.

Если входной импеданс антенны не является чисто активным и равным волновому сопротивлению фидера, в нём устанавливаются стоячие волны, которые распределены по фидеру и состоят из чередующихся минимумов и максимумов ВЧ напряжения.

На рис. 1 показано распределение напряжения в линии при чисто активной нагрузке, несколько большей волнового сопротивления фидера. При наличии в нагрузке реактивности распределение напряжения и тока смещается влево или вправо по оси ^ в зависимости от характера нагрузки. Период повторения минимумов и максимумов по длине линии определяется рабочей длиной волны (в коаксиальном фидере — с учётом коэффициента укорочения). Их характеристикой и является значение КСВ — отношение максимального и минимального напряжения в этой самой стоячей волне, т. е. КСВ = Umax/Umin.

Напрямую значения этих напряжений определяют только с помощью измерительных линий, которые в любительской практике не применяют (в диапазоне коротких волн — и в профессиональной тоже) Причина тому простая: чтобы иметь возможность измерить изменения этого напряжения по длине линии, её длина должна быть заметно больше, чем четверть волны. Иными словами, даже для самого высокочастотного диапазона 28 МГц она должна быть уже несколько метров и соответственно ещё больше для низкочастотных диапазонов.
По этой причине и были разработаны малогабаритные датчики прямой и обратной волн в фидере («направленные ответвители»), на основе которых и изготавливают современные измерители КСВ в диапазонах коротких волн и в низкочастотном участке УКВ диапазона (примерно до 500 МГц). Они измеряют высокочастотное напряжение и токи (прямой и обратный) в конкретной точке фидера, а на основании уже этих измерений и вычисляется соответствующий им КСВ. Математика позволяет вычислить его точно по этим данным — с этой точки зрения метод абсолютно честный. Проблема состоит в погрешности датчиков как таковых.

По физике работы таких датчиков они должны измерять ток и напряжение в одной и той же точке фидера. Существует несколько вариантов исполнения датчиков — схема одного из самых распространённых вариантов приведена на рис. 2.

Они должны быть выполнены так, чтобы при нагрузке измерительного узла эквивалентом антенны (резистивной безындукционной нагрузкой с сопротивлением, равным волновому сопротивлению фидера) напряжение на датчике, которое снимается с ёмкостного делителя на конденсаторах С1 и С2, и напряжение на датчике тока, которое снимается с половин вторичной обмотки трансформатора Т1, были равны по амплитуде и сдвинуты по фазе точно на 180° или 0° соответственно. Причём эти соотношения должны сохраняться во всей полосе частот, на которую рассчитан данный измеритель КСВ. Далее эти два ВЧ напряжения либо суммируются (регистрация прямой волны), либо вычитаются (регистрация обратной волны).
Первым источником погрешностей при этом методе регистрации КСВ является то, что датчики, особенно в самодельных конструкциях, не обеспечивают названные выше соотношения между двумя напряжениями во всей полосе частот. Как результат, происходит «разбаланс системы» — проникание ВЧ напряжения из канала, обрабатывающего информацию о прямой волне, в канал, делающий это для обратной волны, и наоборот. Степень развязки этих двух каналов принято характеризовать коэффициентом направленности прибора. Даже у вроде бы хороших приборов, предназначенных для радиолюбителей, и тем более у самодельных, он редко превышает 20…25 дБ.

Это означает, что нельзя доверять показаниям подобного «измерителя КСВ» при определении небольших значений КСВ. Причём в зависимости от характера нагрузки в точке измерения (а она зависит от длины фидера!) отклонения от истинного значения могут быть в ту или иную сторону. Так, при коэффициенте направленности прибора 20 дБ значению КСВ=2 могут соответствовать показания прибора от 1,5 до 2,5. Вот почему один из методов проверки подобных приборов — измерение КСВ, не равного 1 при длинах фидера, отличающихся на четверть рабочей длины волны. Если будут получены различные значения КСВ, это лишь говорит о том, что у конкретного КСВ-метра недостаточный коэффициент направленности…
Именно этот эффект и породил, по-видимому, легенду о влиянии длины фидера на КСВ.

Ещё один момент — это не совсем «точечный» характер измерений в таких приборах (точки съёма информации о напряжении и токе не совпадают).

Влияние этого эффекта менее значимо. Другой источник погрешностей — падение эффективности выпрямления диодов датчиков при малых ВЧ напряжениях. Эффект этот известен большинству радиолюбителей. Он приводит к «улучшению» КСВ при его малых значениях. По этой причине в КСВ-метрах практически никогда не используют кремниевые диоды, у которых зона неэффективного выпрямления гораздо больше, чем у германиевых или у диодов Шотки. Наличие этого эффекта в конкретном приборе легко проверяется изменением уровня мощности, при котором производятся измерения. Если КСВ начинает «возрастать» при увеличении мощности (речь идёт о его малых значениях), значит диод, ответственный за регистрацию обратной волны, явно занижает соответствующее ей значение напряжения.

При ВЧ напряжении на выпрямителе датчика меньше 1 В (эффективное значение) линейность вольтметра, в том числе и выполненного с использованием германиевых диодов, нарушается. Этот эффект можно минимизировать, производя градуировку шкалы КСВ-метра не расчётным путём (как это часто делают), а по реальным значениям КСВ нагрузки.

Ну и, наконец, нельзя не упомянуть ток, протекающий по внешней оплётке фидера. Если не приняты соответствующие меры, он может быть заметным и влиять на показания прибора. В его отсутствии обязательно надо убедиться при измерениях КСВ реальных антенн.

Все эти проблемы присутствуют и в приборах заводского изготовления, но особенно они обостряются в самодельных конструкциях. Так, в подобных устройствах не последнюю роль может играть даже недостаточная экранировка внутри блока датчиков прямой и обратной волн.

Что касается приборов заводского изготовления, то для иллюстрации их реальных характеристик можно привести данные из обзора, опубликованного в [7]. В лаборатории ARRL были проверены пять измерителей мощности и КСВ разных фирм. Цена — от 100 до 170 долларов США. Четыре прибора использовали двухстрелочные индикаторы прямой и обратной (отражённой) мощности, позволявшие сразу считывать значение КСВ по объединённой шкале прибора. Практически все приборы имели заметную погрешность измерения мощности (до 10…15%) и заметную неравномерность её индикации по частоте (в полосе частот 2…28 МГц). То есть можно ожидать, что погрешность отсчёта КСВ будет выше приведённых значений. Более того, не все приборы, будучи подключёнными к эквиваленту антенны, показывали КСВ=1. Один из них (не самый дешёвый) даже показал 1,25 на частоте 28 МГц.
Иными словами, надо быть аккуратным при проверке самодельных КСВ-метров по приборам, которые выпускаются для радиолюбителей. И в свете сказанного совсем смешно звучат заявления некоторых радиолюбителей, которые нередко можно услышать в эфире или прочитать в радиолюбительских статьях в Интернете или в журналах, что у них КСВ, к примеру, 1,25… Да и целесообразность введения в подобные приборы цифрового отсчёта значений КСВ представляется не такой уж целесообразной.