Измерение КСВ

**RU3AX** · 13.07.2003, 10:45

Автор оригинала Tadas

КСВ-метр обычно делается с волновым сопротивлением равным волновому сопротивлению линии, т.е. не для общего случая.
И тогда с достаточной для практики точностью они _равны_.

Более того. Измерять КСВ с прибором под другое волновое сопротивление - это все равно, что искать потерянные деньги не там, где их потеряли, а под фонарем, потому что под фонарем светлее! Такое множно намерять!!!

:-)))

**UR4III** · 14.07.2003, 16:08

Fcd!
Пока «теоретики» спорят, Вы можете доказать чью-либо правоту практически. Как я понял ваш КСВ-метр 75-ти омный. Возьмите достаточно длинный кабель (минимум около четверти волны) и нагрузите его 300 омным активным сопротивлением. Если при существенном изменении длины кабеля и фиксированной частоте ГСС или, что то же самое, при постоянной длине и изменении частоты ГСС КСВ будет, как вкопанный, стоять на 4, то я не прав. Желательно этот опыт проделать с другой конструкцией КСВ-метра.
Tadasу и RU3AX!
На собственном примере понимаю, что осознание может даваться трудно. Я и сейчас уверен только на 99%.
Давайте рассмотрим принципы работы КСВ – метров.
ТОКОВЫЙ.
Колечко. Центральная жила кабеля. Вторичная обмотка с центральным выводом. Что создаёт э.д.с. во вторичной обмотке? Ток в первичной. От чего зависит его величина? Если в линии не режим бегущей волны, то от места включения прибора в линию питания или от длины линии, если он подключён в конце линии. Прямая и обратная волны тока, складываясь, обуславливают разные значения тока по длине линии (пункт 2 проекта постановления). То же с напряжением в месте включения прибора. Отметим, что отношение напряжения к току в месте включения, есть сопротивление нагрузки КСВ-метра. Далее напряжение суммируется с э.д.с. в двух частях вторичной обмотки. Что дают показания прибора? Величины прямой и обратной волн? Билиберду! Надо произвести тарировку по ЭТАЛОННОМУ сопротивлению. И тогда прибор покажет величины прямой и отраженной волн от реального сопротивления нагрузки и сравнит её с величинами от эталонного.
ОТВЕТВИТЕЛЬ.
Проводок под оплёткой. Источник э.д.с. – ток. Предполагается, что волновое сопротивление проводка такое же, как и кабеля. Проводок нагружается на активное эталонное сопротивление. На другом конце проводка измеряется индуцированный ток. Производятся два замера - при подключении сопротивления на начало и конец проводка. Предполагается, что измеренные токи пропорциональны прямой и обратной волнам. (Здравая идея!) Но заметьте, что прибор тарируется эталонным сопротивлением. И опять в итоге имеем сравнение реальной и эталонной нагрузки. ( Поэтому я и писал ранее, что прибор меряет прямую и отраженную в пределах своей конструкции).
МОСТОВОЙ.
Ну, здесь и объяснять нечего. Сопротивление нагрузки вызывает разбаланс моста. Сравнение его с эталонным вычисляет к.с.в.

Отметим, что прямая и отраженная волны участвуют в измерениях косвенно, а реально приборы тарируются на сопротивление нагрузки и измеряют отклонение СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ, а не к.с.в. в линии. Во всех конструкциях мы имеем дело с оценкой сопротивления нагрузки прибора, которое зависит от длины линии питания при рассогласовании нагрузки с её волновым сопротивлением. То есть КСВ-метр это прибор в большей степени для СОГЛАСОВАНИЯ генератора и нагрузки и в меньшей для измерения к.с.в. Мой товарищ, большую часть жизни проносивший погоны, рассказывал, что у них такого прибора как КСВ-метр не было, а был прибор, похожий по устройству, называемый ИНДИКАТОРОМ ПРОХОДЯЩЕЙ МОЩНОСТИ. (ИНДИКАТОР – хороший термин для радиолюбительских приборов).

Tadas! По Вашему посту от 12.07.
Вы совершенно правы! Если бы в «частном случае» был 75-ти омный КСВ-метр, он показал бы к.с.в. в линии.
Помню Ваши высказывания в теме «ЕН-антенна…». Одно из них использовал в «Букваре…».
Что касается Вашего вопроса по очень длинной линии и гиперболическим функциям, то отвечаю – НЕ ЗНАЮ. По образованию я горный инженер. Недавно с трудом вспомнил, почему производная синуса равна косинусу, а тут какие- то функции. Но думаю, что закономерности, что на КВ, что на УКВ одни и те же. Поэтому согласен с объяснением RU3AX.

Владимиру И.!
Ток и напряжение в цепочке – кол. контур- линия питания – антенна – всегда сдвинуты по фазе на 90. К нашему счастью антенна нашла способ перевода реактивной мощности в активную.
Владимир, мы часто (я в том числе) используем общие понятия явлений, не вникая по тем или иным причинам в подробности. Например, симметрирование с использованием индуктивности.
Антенна у Fcd висит сикось-накось. Даже при запитке строго по центру симметричной линией токи в ней будут частично синфазны из-за асимметрии плеч антенны по отношению к земле. У нас запитка кабелем. Давить ток на внешней стороне оплётки индуктивностью – правильное решение. Но вместе с этим мы создаём дополнительное сопротивление токам в жиле и внутренней стороне оплётки.
Цель нашего обсуждения – дойти до основания, до сути. И не страшно, если кто-то ошибётся. Думаю, Вы разделяете это мнение.

**LY1CE** · 14.07.2003, 18:08

Vlad, спасибо за разъяснение принципов работы КСВ-метров.
Работа проделана большая, но не со всеми положениями можно согласиться.
Очень наглядно и вместе с тем достаточно строго принцип работы изложен в статье "Направленный ответвитель", в одном из номеров "КВ журнал" за 1997 г.
Вполне согласен, что КСВ-метр как и любой измерительный прибор должен быть настроен (более того, он должен быть праильно изготовлен).
Так же согласен, что любой прибор, не прошедший поверку должен называться индикатором.
Но мы любители, чем богаты тому и рады.
Я не горный инженер, потому уровень своего знания оцениваю гораздо ниже 99%, ну так скажем не хвалясь процентов 75

Теперь давайте представим, что у нас имеется КСВ-метр (токовый или на ответвителях по Вашей класификации - не суть.). Волновое сопротивление самой конструкции выдержано с достаточной точностью равным сопротивлению исследуемого тракта. Он настроен мо методике, которая дается в описании каждой конструкции КСВ-метра, используя эталонное _активное_ сопротивление равное волновому сопротивлению линии. Ощутимой неоднородности в исследуемый тракт он не вносит.
Для простоты рассуждений будем считать, что у нас имеется идеальный квадратичный ВЧ вольтметр (мечты, мечты...).
Подключаем генератор с одной стороны, нагрузку с другой стороны. Измеряем своим вольтметром два напряжения.
Как по Вашему, чему они будут пропорциональны ? Я считаю, что одно будет пропорционально мощности падающей волны, другое - мощности отраженной волны. И смею думать, что это суждение попадает в вышеупомянутые 75%.
По соотношению этих двух показаний, по известной формуле вычисляем значение КСВ. Насколько мне известно сопротивление в эту формулу не входит. Так же как абсолютные величины напряжений.
Вы почему-то стараетесь внушить нам, что если измерение косвенное, то это как бы и не измерение вообще. Это не совсем так.
Вот мостовой измеритель - он именно сопротивление (точнее будет сказать - модуль импеданса) измеряет. Тут я с Вами полностью согласен - измерение основывается именно на эталонном сопротивлении.
Что же касается первых двух типов - тут Вы немножко переставили понятия.
А серъезный ВЧ мост позволяет измерять и активную и реактивную составляющие импеданса.

Теперь что касается того длинного кабеля. Про гиперболические ф-ии я там не заикался, это все RU3AX

Там я хотел обратить внимание на то, что если отраженная волна устранена не согласованием с нагрузкой, а затуханием в кабеле (ну не доходит она до нас, теряется вся, в тепло превращается), то это практически равноценно бесконечно длинному кабелю, и КСВ будет равен единице. Практически идеальный эквивалент антенны. Конечно с некоторыми ограничениями. На КВ кабеля понадобится очень уж много. Да и по мощности перестараться не надо, как бы не задымился.

По поводу Антенного букваря.
С удовольствием увидел свое высказывание по поводу переменных полей

Но вот Ваша мысль о природе токов смещения мне не совсем понравилась. Причем тут материальные частицы ?
Разве антенна не будет работать при отсутствии оных ?
Согласен, они колебаться будут, но это только во вред антенне, а не обоснование ее работы.
Да и в уравнениях Максвелла ни о какой материальной среде нет и намека.

**UR4III** · 16.07.2003, 11:19

Tadas!
Неисповедимы пути твои, Господи, и не понять нам решения Твои.
(Это не цитата, это я о познании Природы).
Нет, я не пытаюсь навязать своё мнение и в других разделах радиотехники мои познания где-то на уровне 10%. А пресловутый 1% как раз относится к «частному случаю». Но по порядку.

«По соотношению этих двух показаний, по известной формуле вычисляем значение КСВ. Насколько мне известно, сопротивление в эту формулу не входит. Так же как абсолютные величины напряжений.»

Я не критикую, а комментирую. К.с.в. характеризует передачу мощности в нагрузку. Мощность можно выразить через ток и напряжение или через сопротивление и квадрат тока или напряжения. Поэтому к.с.в. также измеряется по отношению сопротивлений линии и нагрузки.

Вернёмся к «частному случаю». На вход линии подключим ещё один КСВ-метр, рассчитанный на 75 ом. Теперь цепочка выглядит так. Выход передатчика 50 ом – КСВ-метр 50 ом – КСВ-метр 75 ом – полуволновая линия 75 ом – активная нагрузка 50 ом. Оба КСВ-метра самые точные «ответвители». КСВ-метр 50 ом даёт 1, отраженки нет. КСВ-метр 75 ом даёт 1,5 , фиксирует отражёнку.

Если я считаю, что КСВ-метр фиксирует отклонение сопротивления нагрузки от эталонного, то результаты измерений полностью совпадают с моим мнением.

Если я считаю, что КСВ-метр измеряет прямую и отраженную волну мощности (напряжения или тока), то возникают вопросы.
1.Есть отраженка, почему она хоть как-то не фиксируется 50-ти омным ?
2. От активной нагрузки отражается 4% мощности. 50-ти омный КСВ-метр показывает, что вся мощность от передатчика уходит в линию. Значит отраженка должна как-то компенсироваться. Чем? 4% отраженки дойдя до выхода передатчика встретят несогласованную нагрузку и отразятся в линию. Только отражение составит 4%от 4% отраженки, а остальные должны быть зафиксированны 50-ти омным.
3. Можно представить линию как бассейн. По одной трубе в него мощность вливается, по другой выливается. По бассейну ходят волны отраженной мощности. Но при этой аналогии антенна не сразу бы излучала после включения передатчика и излучение не сразу бы прекращалось после выключения. О существовании такого эффекта я не слышал.

Всё! За сим по вопросу «что измеряет КСВ-метр» я умолкаю.

По замечанию о токе смещения.
В литературе я не нашёл толкового объяснения. Оно моё и мне не совсем нравиться. Объяснялось популярно. Ток – движение (колебание) заряженных частиц. Всё, что заряжено возле антенны, то и движется. Нет материи – нет тока.
73!

**RU3AX** · 16.07.2003, 12:09

Автор оригинала Vlad UR 4 III
Всё, что заряжено возле антенны, то и движется. Нет материи – нет тока.
73!

Т. е. в вакууме радиоволны не распространяются, ибо материи там нет ...

За сим тоже умолкаю, ибо дальнейшая дискуссия потеряла смысл.

**UR4III** · 16.07.2003, 15:16

Уважаемый RU3AX!
Мне не понятна цель Вашего высказывания от 16.07 11-09. Я ни с кем не хочу ссориться. Задаю вопрос и жду, когда знающие люди дадут на него конструктивный ответ. Вы по «частному случаю» ничего конструктивного и доказательного не привели. Теперь трактуете мои слова о токах смещения как о невозможности распространения электромагнитных волн в вакууме. Позволительно спросить – Вы внимательно прочли эти шесть коротких предложений?
Там есть такие слова – «мне не нравится», «популярно», «возле антенны». Если моё понятие токов не правильно или не полно, дайте своё. Потому что без токов смещения трудно объяснить, почему антенна IV, расположенная вблизи земли, вместо теоретически круговой ДН даёт максимумы вдоль проводов. Или почему длинный провод, висящий недалеко от земли, всё-таки излучает с максимумом вдоль провода.
Далее хочу спросить Вас.
А что во Вселенной есть такие места, где нет материи? И это доказано?
А ток смещения и электромагнитное поле это одно и тоже?
С удовольствием поработаю совместно с Вами по другим темам при Вашем конструктивном участии.

**LY1CE** · 16.07.2003, 16:51

Автор оригинала Vlad UR 4 III

Вернёмся к «частному случаю». На вход линии подключим ещё один КСВ-метр, рассчитанный на 75 ом. Теперь цепочка выглядит так. Выход передатчика 50 ом – КСВ-метр 50 ом – КСВ-метр 75 ом – полуволновая линия 75 ом – активная нагрузка 50 ом. Оба КСВ-метра самые точные «ответвители». КСВ-метр 50 ом даёт 1, отраженки нет. КСВ-метр 75 ом даёт 1,5 , фиксирует отражёнку.
..........
..........
Всё! За сим по вопросу «что измеряет КСВ-метр» я умолкаю.

Жаль что вы по этому вопросу умолкаете Vlad.
Я еще хотел спросить, что покажут оба прибора при длине линии не в полволны, а скажем в три четверти.
У меня как у УКВ-иста к сожалению КСВ-метра для 75-омного тракта нет, эксперимент поставить не могу.

По замечанию о токе смещения.
В литературе я не нашёл толкового объяснения. Оно моё и мне не совсем нравиться. Объяснялось популярно. Ток – движение (колебание) заряженных частиц. Всё, что заряжено возле антенны, то и движется. Нет материи – нет тока.
73!

В своем объяснениии тока смещения Вы отчасти правы.
Но только часть эта настолько мизерна, что Вы с водой выплеснули ребенка. А для популяризации это не простительно.
В конденсаторе с диэлектриком действительно одно слагаемое в выражении тока смещения выражает составляющую тока от колебания заряженных частиц.
Но в случае реальной антенны эта составляющая весьма мала.
Ведь антенна и в воздушной среде и в вакууме работает практически одинаково.
А прочтя Ваш букварь начинающий может подумать, что для повышения эффектвности антенны надо пыль вокруг нее поднять

Если желаете поглубже изучить этот вопрос, могу привести ссылку:
http://www.toehelp.ru/theory/fizika1/4_5.html

**RU3AX** · 17.07.2003, 11:28

Автор оригинала Vlad UR 4 III
Уважаемый RU3AX!
Мне не понятна цель Вашего высказывания от 16.07 11-09. Я ни с кем не хочу ссориться.

А разве мы поссорились?

Я просто потерял интерес к обсуждению тех вопросов, которые Вас волнуют.

Успехов Вам в освоении антенно-фидерной техники и в измерении ее параметров.

**UR4III** · 17.07.2003, 15:16

Здравствуйте Все!
Tadas.
Спасибо за ссылку. Я ввёл её в Избранное. Однако требуются пояснения. Вот цитата из ссылки.

«Пеpвое слагаемое в пpавой части (4.48) никакого отношения к току, т.е. к движению заpядов, не имеет. С этим слагаемым связано появление нового закона для магнитного поля. Втоpое слагаемое должно интеpпpетиpоваться как ток, обусловленный связанными заpядами. В пеpеменном электpическом поле связанные заpяды испытывают смещения от их сpедних положений.Вектоpы пpедставляют собой скоpости таких смещений. Поэтому название этого слагаемого "ток смещения" вполне опpавдано.» (формула и обозначения не скопировались).

Вот цитата из Букваря.
«Заряженные частицы материи ( ионы, катионы, пыль, соляные и щелочные растворы и т.д. ) будут совершать колебательные движения в такт с изменением поля, что равнозначно появлению в среде, окружающей антенну, переменного тока, получившего название – тока смещения.»

Вот Ваше высказывание.
«В конденсаторе с диэлектриком действительно одно слагаемое в выражении тока смещения выражает составляющую тока от колебания заряженных частиц.
Но в случае реальной антенны эта составляющая весьма мала.»

Вопрос. О каком слагаемом, которое в основном обуславливает ток смещения в воздушной среде или в вакууме, идёт речь? В выражение 4.48 этого нет. Может я что-то упустил?

Ответ на Ваш вопрос. Я понимаю так, что в «частном случае» длина кабеля стала 3/4l. 50-ти омный покажет явно не 1. Надо считать коэффициент трансформации. Поскольку сопротивление нагрузки меньше сопротивления кабеля, характер стояка аналогичен стояку в линии, замкнутой накоротко. Т.е. на конце кабеля возле нагрузки будет пучность тока, а у передатчика пучность напряжения. Предположим, что входное сопротивление линии получилось 600 ом. Тогда 50-ти омный покажет - 12, а рядом находящийся 75-ти омный - 8. 75-ти омный, включённый между нагрузкой и линией – 1,5 !

**LY1CE** · 17.07.2003, 16:02

Привет Vlad.
Основную роль при описании электромагнитного поля имеет первое слагаемое в уравнении 4.48. В нем не присутствует заряд.
Второе слагаемое приобретает значимый вес в средах с большой концентрацией зарядов или частиц с дипольным моментом
Первое же слагаемое по существу является математической фикцией (не может быть непосредственно измерена), тем не менее именно оно делает возможным существование электромагнитного поля. Она порождается изменением электрического поля и в свою очередь порождает переменное (вихревое по определению Максвелла) магнитное поле.
Это в моем понимании, я ни в коем случае не претендую на роль гуру электродинамики.

Что по поводу "что измеряет КСВ-метр".
Я все же остаюсь при своей точке зрения хотя не буду оспаривать правомочность Вашей.
Просто моя точка зрения основана на физике направленного ответвителя, как я ее понимаю.
А в том, что он настраивается под конкретное сопротивление нагрузки Вы правы. Именно в этом кажущаяся парадоксальность результатов Ваших опытов.
Примерно то же самое получим взвешивая один и тот же предмет на двух пружинных весах если первые градуированы в фунтах, а вторые в килограммах.
Моя же точка зрения подтверждается тем, что мы все таки измеряем два напряжения и по ним расчитываем КСВ.
А эти напряжения генерируются именно прямой и отраженной волнами (как Вы правильно подчеркнули - в пределах конструкции прибора).

**UR4III** · 18.07.2003, 11:24

Tadas!
Привожу ссылку, в которой более доступно расшифровывается формула 4.48.
http://www.ccssu.crimea.ua/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/maxwell.htm
Вот цитаты из неё.
«Всякое изменение электрического поля вызывает появление вихревого магнитного поля, в том числе и вне проводника. Магнитное поле возникает вокруг тока, поэтому Максвелл назвал переменное электрическое поле током смещения (в отличие от тока проводимости).»
«Важнейшим достижением Максвелла явилось включение тока смещения (переменного электрического поля) в уравнение для полного тока Ампера. Это позволило Максвеллу описать распространение электромагнитного поля в виде волн и построить электромагнитную теорию света в вакууме.»
Правда, нигде не сказано о весовых значениях слагаемых формулы 4.48.
Спасибо за замечание.
73!

**LY1CE** · 18.07.2003, 12:07

Автор оригинала Vlad UR 4 III
Правда, нигде не сказано о весовых значениях слагаемых формулы 4.48.

Это соотношение на мой взгляд можно довольно наглядно оценить сравнивая распространение электромагнитных волн в вакууме и скажем в толще воды или горных пород.
Я как то намекал, что второе слагаемое действует во вред работе антенны.

**UR4III** · 18.07.2003, 15:54

Tadas!
Дискуссия о КСВ плавно перешла в дискуссию о природе тока смещения.
Намёк я понял сразу. И ответ у меня был готов давно. Не думал, что его придётся применить. Формула 4.48 – формула тока смещения. При приближении антенны к земле эти токи имеют свойство почему-то замыкаться не через воздух-вакуум, а через землю, в которой распространение эл.-маг. волн в сравнении с вакуумом ужасное. А сопротивление – вполне приемлемое.
73!

**LY1CE** · 18.07.2003, 16:50

Да Vlad, примерно так и я думаю.
А в той формуле истинный ток смещения и есть первое слагаемое. Формулу в полном составе пожалуй следует считать выражением полного тока, что впрочем в той статье и присутствует.
Некоторая неразбериха тут произошла по видимому из за того, что со временем природа электромагнитного поля прояснилась, а терминология по консервативности осталась со времен дедушки Максвелла.
А дискусия действительно ушла в бок, fcd интересовался более практическими вопросами, теперь и не ясно, получил он от этого всего пользу или нет.

**UR4III** · 22.07.2003, 12:13

Здравствуйте Все!
Лазанье по учебникам электротехники позволило устранить одну нестыковку, мешающую расставить все точки над И. Напомню, что в «частном случае» КСВ-метр у передатчика не показывает отраженку, но благодаря ей в повторителе возникла стоячая волна. Мощность, отраженная от несогласованной нагрузки, должна была как-то компенсироваться. Ларчик открывался просто. СТОЯЧАЯ ВОЛНА НЕ ПЕРЕНОСИТ МОЩНОСТЬ. Если не учитывать потери, режим стоячей волны не требует расхода мощности на своё поддержание. Таким образом, отраженка компенсируется прямой волной. Если представить, что линия разомкнута на конце (режим холостого хода), то отраженка равна прямой волне и мощность передатчика не расходуется.
Режим смешанных волн в линии питания можно разложить на режим бегущей волны и режим стоячей. Бегущая переносит мощность в антенну, стоячая изменяет величину тока и напряжения по длине линии.
Отсюда легко сделать вывод – что меряет КСВ-метр.
Падающую и отраженную волну можно измерить только «ответвителем» при условии его врезки в линию питания. Если он располагается в конце или в начале линии, его вход и выход должны быть нагружены сопротивлениями, равными волновому сопротивлению линии. В этом случае изменение длины линии не сказывается на показаниях прибора.
Другие типы КСВ-метров меряют отклонение импеданса от эталонного сопротивления. В этом случае изменение длины линии сказывается на показаниях прибора.
Имеет ли существенное значение, какой тип КСВ-метра применяется радиолюбителем? Только в одном случае. Если радиолюбитель любит режим бегущей волны. Тогда нужен «ответвитель». Прибор, меряющий сопротивления может «пошутить» и показать входное сопротивление линии равное её волновому при наличии стояка.
Желаю успехов.73!