КСВ-антенны: измерение согласованности антенн¶
КСВ-антенны — это антенны, у которых параметр стоячей волны (КСВ) на входе является заявленной характеристикой, определяющей степень согласованности антенны с фидерной линией и передатчиком. В радиолюбительской и профессиональной практике под выражением «КСВ-антенны» чаще понимают антенны, рассчитанные на низкий коэффициент стоячей волны (обычно КСВ ≤ 1,5–2,0) без использования согласующих устройств, либо же антенны, снабжённые встроенными трансформаторами (балунами, дунами) для подавления симметричных токов и снижения КСВ во всём рабочем диапазоне.
¶Что такое КСВ
Коэффициент стоячей волны (КСВ, англ. VSWR — Voltage Standing Wave Ratio) — безразмерная величина, показывающая, насколько хорошо импеданс антенны (как правило, 50 Ом в радиолюбительской технике) согласован с импедансом фидера и передатчика. КСВ = 1 означает идеальное согласование: вся энергия уходит в антенну, отражённой волны нет. КСВ = 2 соответствует примерно 11 % потерь мощности, КСВ = 3 — около 25 %, КСВ = 5 — уже около 55 %. Именно поэтому низкий КСВ считается признаком качественной антенны.
Важно понимать, что сам по себе низкий КСВ не гарантирует высокой эффективности излучения: антенна может «принимать» энергию из фидера без отражений, но рассеивать её в виде потерь в металле и диэлектрике. Тем не менее КСВ остаётся стандартным эксплуатационным параметром, по которому судят о согласованности антенной системы.
¶Типы антенн с низким КСВ
¶Вибраторные антенны
Классический диполь в свободном пространстве на частоте резонанса имеет КСВ, близкий к единице. Однако при монтаже над землёй, вблизи строений и на неоптимальной высоте его входное сопротивление заметно меняется, и КСВ растёт. Для расширения рабочего диапазона применяют укороченные вибраторы с индуктивной компенсацией, а также мультидиполи (например, антенны «двойной квадрат», «тройной квадрат», «логопериодический диполь»), у которых КСВ остаётся низким на полосе в 1,5–2 октавы.
¶Рамочные и петлевые антенны
Петля, периметр которой равен одной длине волны (full-wave loop), имеет входное сопротивение около 100–120 Ом и при правильном согласовании демонстрирует КСВ в пределах 1,2–1,5 на всей полосе. Малые рамочные антенны (малые рамки) снабжаются трансформаторами, обеспечивающими согласование с 50-омным фидером.
¶Антенны с балунами и трансформаторами
Большинство современных «КСВ-антенн» для КВ и УКВ — это диполи и вертикали, снабжённые встроенным широкополосным трансформатором (так называемый «voltage balun» или «current balun»). Трансформатор преобразует сопротивление вибратора (200 Ом у рамки, 73 Ом у диполя и т. д.) к 50 Ом, а также гасит токи оболочки фидера. Такие антенны выпускают, например, фирмы Hy-Gain, Butternut, Diamond, Comet, Cushcraft.
¶Вертикальные антенны
Четвертьволновые вертикали с заземлением (GP — ground plane) имеют резонансное сопротивление около 36 Ом, что даёт КСВ ≈ 1,4 на 50-омном фидере. Широкополосные вертикали с радиальными проводами и индуктивными компенсаторами (например, Butternut HF2V, Hy-Gain AV-640) поддерживают КСВ ≤ 2 на нескольких диапазонах.
¶Измерение КСВ
Для измерения КСВ используют антенные анализаторы (SWR-метры) и стрелочные приборы, подключаемые между передатчиком и фидером. Широко распространены приборы: RigExpert, MiniVNA, MFJ-259, а также встроенные индикаторы в современных КВ-трансиверах (Icom, Yaesu, Kenwood, Elecraft). Измерение проводят на частотах рабочего диапазона, строя «свип» — график КСВ по частоте, и подбирают длину вибратора или настройку согласующего устройства так, чтобы минимум КСВ приходился на рабочую частоту.
¶Практическое значение
Передатчики категории «без согласующего устройства» (no-tune, automatic antenna tuner) рассчитаны на работу с нагрузкой до КСВ 3:1 и выше, однако при росте КСВ снижается выходная мощность и возрастает нагрев выходного каскада. Поэтому в любительской радиосвязи традиционно стремятся получить КСВ ≤ 1,5 на рабочей частоте.
При этом низкий КСВ не является единственным критерием качества: важны также диаграмма направленности, коэффициент усиления относительно диполя (dBd) или изотропной точки (dBi), шумовая температура и помехозащищённость. Антенна с КСВ 1,1, установленная на крыше многоэтажного дома, может работать хуже, чем антенна с КСВ 1,8 на открытом поле.
¶Критика термина
Выражение «КСВ-антенны» не является строгим техническим термином и чаще используется в рекламе и радиолюбительской речи. Профессиональные стандарты (ITU, ГОСТ) оперируют понятиями «входное сопротивление», «полоса пропускания», «КСВ на входе», но не выделяют отдельный класс «КСВ-антенн». Тем не менее термин прочно вошёл в обиход как обозначение антенн, не требующих внешнего согласующего устройства.
Источники:
- Радиолюбительские антенны: справочник / под ред. В. И. Брайна. — М.: ДОСААФ, 1982.
- ГОСТ Р 52023-2003. Техника радиосвязи. Термины и определения.
- ARRL Antenna Book, 22nd edition. — Newington: ARRL, 2011.
- Справочник по расчёту и конструированию радиолюбительских антенн. — М.: Радио и связь.