39. Коэффициенты отражения и прохождения. Ксв. Кбв. Согласование сред и лп.

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). На практике всегда часть передаваемой энергии отражается и возвращается в передатчик. Отражённая энергия ухудшает работу передатчика и может его повредить.

КСВ рассчитывают следующим образом:

KСВ = 1 / KБВ = (Uпад + Uотр) / (Uпад - Uотр), где Uпад и Uотр - амплитуды падающей и отраженной электромдаагнитных волн.

КСВ измеряется или рассчитывается на определенной длине волны или в диапазоне длин волн.

В идеальном случае КСВ = 1, это означает, что отраженная волна отсутствует. При появлении отраженной волны КСВ возрастает в прямой зависимости от степени рассогласования тракта и нагрузки. Значения КСВ до 1,5 считаются приемлемым в УКВ диапазоне. На практике чаще используется коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН). Этот параметр обязательно оговаривается в технических требованиях на передающее устройство. Кроме того, существуют ГОСТы на предельно допустимый уровень КСВ^{[источник не указан 713 дней]}.

КСВ является обратной величиной к коэффициенту бегущей волны (КБВ).

КСВ зависит от многих условий, например:

• Волновое сопротивление СВЧ кабеля и источника СВЧ сигнала

• Неоднородности, спайки в кабелях или волноводах

• Качество разделки кабеля в СВЧ-соединитель (разъём)

• Наличие переходных соединителей

• Сопротивление антенны в точке подключения кабеля

• Качество изготовления и настройки источника сигнала и потребителя (антенны и др.)

КСВ измеряют с помощью включения в тракт двух направленных ответвителей, включенных в противоположных направлениях. В космической технике КСВ измеряется встроенными в волноводные тракты датчиками КСВ. Параметр КСВ входит в состав телеметрической информации, принимаемой от космического аппарата.

При проведении измерений КСВН необходимо учитывать, что затухание сигнала в кабеле приводит к погрешности измерений. Это объясняется тем, что и падающая и отраженная волны испытывают затухание. В этом случае КСВН можно рассчитать по формуле:

КСВН=(Uпрям+Uотр*К)/(Uпрям — Uотр*К),

где КСВН — коэффициент стоячей волны по напряжению; Uпрям — измеренное напряжение падающей волны; Uотр — измеренное напряжение отраженной волны; К — коэффициент ослабления отраженной волны.

Коэффициент ослабления отраженной волны рассчитывается по формуле:

K=B*2*L

где K — коэффициент ослабления отраженной волны; В - удельное затухание, дБ/м; L - длина кабеля, м.

В этой формуле коэффициент 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути. Так как 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 2,0, прибор покажет только 1,38; при реальном значении 3,0 прибор покажет около 2,08.

Коэффицие́нт бегу́щей волны́ (КБВ) — отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наибольшему. КБВ является величиной, обратной коэффициенту стоячей волны.

Выражение коэффициента бегущей волны через различные величины

С амплитудами падающей ( U_пад) и отраженной ( U_отр) волн в линии КБВ связано соотношением:

K_бв = (U_пад - U_отр) / (U_пад + U_отр)

Через коэффициент отражения по напряжению ( K_U ) КБВ выражается следующим образом:

K_бв = (1 - K_U) / (1 + K_U)

При чисто активном характере нагрузки КБВ равен:

K_бв = R / ρ при R < ρ или

K_бв = ρ / R при R ≥ ρ

где R — активное сопротивление нагрузки, ρ — волновое сопротивление линии

Другие величины, характеризующие отражения

Коэффициент стоячей волны — K_ст = 1 / K_бв = (U_пад + U_отр) / (U_пад - U_отр)

Коэффициент отражения по напряжению — K_U = ( 1 - K_бв ) / ( 1 + K_бв )

Для измерения КБВ применяются измерительные линии, измерители полных сопротивлений, а также панорамные измерители КСВН (ими измеряется только модуль, без фазы).

Мерами КБВ являются различные измерительные нагрузки — активные, реактивные с изменяемой фазой и др.

КОЭФФИЦИЕНТ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ) показывает степень согласования приемной антенны с фидером (кабелем) снижения. Он численно равен отношению минимального напряжения (узел) линии к максимальному напряжению (пучность), которые имели бы место при измерении вдоль фидера при работе антенны в режиме передачи:

КБВ = Uмин / Uмакс (3.9a)

Выражается КБВ в относительных единицах: чем больше значение КБВ, тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору. Полное согласование будет в том случае, когда сопротивление антенны Ra и волновое сопротивление фидера Rф равны (Ra = Рф). При чисто бегущей волне ток и напряжение по длине фидера не имеют ни минимума, ни максимума, а КБВ равен единице. Такой режим согласования практически получить трудно, вполне достаточно считать КБВ>0. 5, что соответствует снижению мощности принимаемого сигнала до 10% [3. 3]. Чем выше значение КБВ (в антеннах различных конструкций находится в пределах 0, 25... 0, 6), тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору, выше качество приема.

При изготовлении кабелей вследствие не совершенства технологии возникают различные дефекты: деформации изоляции, проводников, отклонения диаметров проводников и толщины изоляции от номинальных значений, эллиптичность проводников в коаксиальной паре, их несоосность и др. Вследствие этого кабель становится неоднородным по длине, изменяются его параметры, линия становится неоднородной. Однородность линии определяется постоянством волнового сопротивления по длине линии. Мерой неоднородности линии является коэффициент отражения p в

• Рабочее затухание - более общий параметр, т.к. кроме собственного затухания кабеля , учитывает также влияние несогласованности на стыках кабеля с нагрузкой.

• В линиях неоднородных по длине различают внутренние неоднородности - в пределах строительной длины кабеля, и стыковые – обусловленные разбросом конструктивных, а следовательно, и электрических параметров.

• Стыковые неоднородности, как правило, превышает внутренние неоднородности в кабеле сказываются, главным образом, на волновом сопротивлении кабеля, величина которого в месте сосредоточенной неоднородности отличается от номинальной.

• Реальный кабель является неоднородной цепью. Электромагнитная волна, распространяясь по такой цепи и встречая на своём пути неоднородность, частично отражается от неё и возвращается к началу линии. При наличии нескольких неоднородных участков при распространении волны возникают многократные частичные отражения, что вызывает увеличение рабочего затухания и искажения характеристик цепи.

• Неоднородности в кабеле приводят к появлению в цепи двух дополнительных потоков энергии: обратного (встречного), движущегося к началу цепи (генератору), и попутного, совпадающего с основным потоком.