Мини-лекции. Рефлектометр. КСВ-метр

   Каждое передающее или приёмное устройство подключается к антенне. Да мы не всегда её видим, нет не из-за плохого зрения, она просто скрыта, но присутствует. В мобильниках, смартфонах и далее по списку... Иногда видим коротенький хвостик такой наружной антенны. А вот более серьёзные устройства выглядят как пара, где антенна мёрзнет на улице, а приёмное или передающее в помещении. К примеру телецентр! Антенна на высоте сто-триста метров, а передатчик в помещении, внизу. А, что их соединяет? Правильно, ФИДЕРНАЯ ЛИНИЯ! А, что ещё? А, ещё переходное устройство, ну чтобы свести дебит с кредитом?! А точнее? Согласовать фидерную линию и антенну.

   На рис.3 блок-схема этого тандема. Буквой П показано согласующее устройство передатчика с линией. Буквой Т согласующее линию с антенной. В реальности согласующее антенное часто находится там на высоте. На рис.3а схема так называемого П-контура (П-фильтра). Обычным радиолюбителям он знаком по выпрямителям. Это же фильтр нижних частот... Именно П-контур служит тем самым согласующим устройством между передатчиком и линией. На практике он находится внутри самого передатчика. Только С1 остаётся перестроечным на всех диапазонах. С2 же имеет постоянную ёмкость и на каждый диапазон свою. Так-как фидерная линия служит для передачи (приёма) электромагнитных волн, то её также называют линией передачи! А, для понимания и расчёта линия называется длинной линией, даже если она и не очень длинная?!

   Что означает выражение длинные линии? Длинная линия, это линия передач. А длинная потому как длина её должна быть (чтобы её считать длинной) длиной в несколько длин волны. А расстояние между проводниками менее четверти той же самой длины волны. Для чего это всё нам нужно? А чтобы понять, — что такое хорошо, а что такое плохо!? Подробнее вот здесь: http://proza.ru/2016/03/03/613 На рис.5 в разрезе показана ванна наполненная водой. У правого борта некое устройство создающее волны. Волна распространяясь движется влево и в конце пути наталкивается на левый край ванны. Отражается от него и движется в обратную сторону, навстречу основной волне. В дальнейшем волны складываются (интерференционная картина) и в результате мы получаем СТОЯЧУЮ ВОЛНУ! Масса воды ритмично поднимается (относительно первоначального уровня) и опускается, не двигаясь ни вправо, ни влево. А теперь самое главное, — амплитуда возросла вдвое, по сравнению с амплитудой движущейся волны. Точки обозначенные зелёным цветом на рис.5, называются узлами (они не совершают колебания). Красным цветом обозначены максимальные значения амплитуд и называются пучностями.

   Для чего нам это нужно знать? Для того чтобы понять что же происходит в длинных линиях (в наших фидерных системах), ведь в них распространяются всё те же волны... Есть возможность измерить в длинной линии распределение напряжения в зависимости от внешних факторов. Что это ещё за факторы? Это сопротивление нагрузки на линию. На рис.6,7,8 Вы видите отрезки длинных линий подключенных к нагрузке (антенну), а вверху эпюры распределения напряжения в отрезке линии. Рис.6, — короткое замыкание. Сопротивление Ra = 0! Рис.7, — согласованная нагрузка, Ra = Z. Где Z, волновое сопротивление линии. При сопротивлении нагрузки равной волновому, устанавливается режим БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ. На графике напряжение везде одно и тоже (ровная линия). На рис.8, — СМЕШАННЫЙ режим, частично БЕГУЩЕЙ волны и частично СТОЯЧЕЙ. СТОЯЧАЯ ВОЛНА возникает не только при коротком но и в отсутствие нагрузки! Считается, что сопротивление нагрузки равно бесконечности! В основном такой, СМЕШАННЫЙ режим в большей или меньшей степени и будет присутствовать в реальных линиях! Идеального ничего нет! Наша основная задача уменьшение этой «стоячности»!

   В режиме СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ вся энергия волн будет вместо антенны, возвращаться назад, обратно в передатчик. А удвоенная амплитуда приведёт к возможности разрушения линии. Чтобы оценить степень «стоячности» и «бегучности» линии существует так называемые коэффициенты бегущей и стоячей волны: формулы КБВ и КСВ на рис.4. КСВ, как видите обратно пропорционален КБВ. В идеальном случае (режим бегущей волны), когда КБВ = КСВ = 1. При рассогласовании линии с нагрузкой КБВ становится меньше единицы, а КСВ больше! На рис.4 Uп — напряжение падающей (прямой) волны, Uо — отражённой (обратной).

   Как сделать это чёртово согласование и уменьшить «стоячность» в линии, это другой разговор! Мы же рассмотрим лишь то чем можно обнаружить и измерить эту «стоячность»! Варианты разные... Вам предлагаю самодельный, так называемый КСВ-метр рис1. Внешний вид на Ваше усмотрение... Хотя назвать прибор чисто КСВ-метром не совсем корректно... Он же вообще-то и КБВ-метр! Всё зависит от того с какой стороны подъехать к вопросу?! По науке он называется РЕФЛЕКТОМЕТР. От латинского reflectere «отражать» и греческого metreo «измеряю». Дословно измеритель отражения. Принцип работы рефлектометра основан на принципе работы двухнаправленного ответвителя. На рис.2 упрощённая схема рефлектометра. Если Вы пользуетесь кабельным телевидением, то у Вас скорее всего есть этот самый направленный ответвитель?! Да, он не совсем так устроен как у нашего рефлектометра, но? Но принцип всё тот же! От проходящей по линии отбирать часть энергии. Находясь в индуктивной и ёмкостной связи с основной линией на вспомогательной отводится часть тока основной линии.

   Устройство рефлектометра или в радиолюбительских кругах, КСВ-метра довольно простое. Основная возня с отрезком линии которой является коаксиальный гибкий кабель. В старину это был РК-75, из которого и был сделан главный элемент направленный ответвитель, рис.9. В отличие от схемного решения на рис.2 у реального прибора лишь одна вспомогательная линия вместо двух. Поэтому такой сложный переключатель режимов рис.4 Изготовить измерительный отрезок из РК-75 просто. Аккуратно снимается верхний, защитный слой изоляции. А там как повезёт?! Нужно под оплётку кабеля протащить тонкий проводник (в хорошей, прочной изоляции) рис.4е. Рекомендуют использовать тонкую, вязальную спицу. В смысле пробить канал и только потом... Получается, что проводник механически будет прижат оплёткой кабеля к сердцевине из пластика. Мне повезло и оплётка не была вплавлена в пластик и легко сжалась чулком. Далее я просто сделал тонкий канал на сердцевине. Осталось дело за малым, вернуть оплётку на место. А, чтобы приблизиться к первоначальному положению я сверху обмотал толстой прочной нитью всю оплётку виток к витку. Осталось прочно закрепить всё это на концах отрезка кабеля как на рис.9. Здесь: a — оплётка, b — концевое крепление оплётки, с — вывод оплётки (контакт), d — центральный проводник коаксиального отрезка кабеля и е — вывод второй, вспомогательной линии направленного ответвителя. Всё перечисленное симметрично расположено и на другом конце отрезка. На рис.4 этот отрезок имеет вид полукольца. У меня же он в виде буквы U! Хотя это не так и важно...

   На рис.2 сопротивления R1 и R2 служат нагрузкой линий и подбираются при настройке. Ориентировочно примерно равны 120 Ом. На рис.4, как Вы и видите, такое сопротивление R1 одно и я его сделал переменным, подстроечным. Всё это делается для согласования вторичной линии, ну чтобы создать в ней режим бегущей волны. Сопротивление R2 реостат для установки прибора на максимум (50 мкА) в включение ответвителя в режим прямой волны. И если согласование линии питания с антенной 100%, то прибор при положении измерения обратной волны должен показывать ноль! В том случае КБВ=КСВ=1. Рефлектометр такого типа называется частотно-зависимым! Поэтому показатель максимума прибора в режиме прямой волны, на разных диапазонах различный. Если на 80-метровом с избытком (значительно более 50 мкА.), то на десятке (28 мГц) стрелка отклоняется максимум на 1/3 шкалы (10-15 мкА.). Хотя, конечно играет роль и мощность отдаваемая передатчиком, которая разнится при переходе с одного частотного диапазона на другой!

   Таким вот КСВ-метром я пользуюсь с 1976 года. Для интереса габаритные размеры (без учёта кабельных разъёмов), 108 X 60 X 47мм.Остаётся лишь добавить... Такой вот рефлектометр работает более-менее хорошо с кабельной линией с тем же типом кабеля длинной линии. А радиолюбители нередко встраивают подобные рефлектометры прямо внутрь передатчика. Кликните в поисковике и Вам с удовольствием навешают лапшу про все эти КСВ-метры!