Коэффициент стоячей волны

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения.

Коэффициент стоячей волны — Отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему^[1].

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: $\mbox{KCBH} = \frac{U_1 + U_2}{U_1 - U_2}$,
где U₁ и U₂ — амплитуды падающей и отражённой волн соответственно.
Можно установить связь между KCBH и коэффициентом отражения Г: $\Gamma = \frac{\mbox{KCBH}-1}{\mbox{KCBH}+1}$
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: $\mbox{KCBH} = \frac{U_1 + K \cdot U_2}{U_1 - K \cdot U_2}$,

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. 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):
$\mbox{KCBH} = \frac{1+\left|S_{11}\right|}{|1-\left|S_{11}\right||},$
где $\mbox{S}_{11}$ — комплексный коэффициент отражения сигнала от входа измеряемого тракта;

Аналоги КСВ в зарубежных изданиях

• VSWR — полный аналог КСВН
• SWR — полный аналог КСВ

Примечания

1. ↑ ГОСТ 18238-72. «Линии передачи сверхвысоких частот. Термины и определения»