Коэффициент стоячей волны (КСВ) SWR Standing Wave Ratio — Отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему.
Коэффициент стоячей волны (КСВ) 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.
Различают величины КСВ и КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению): КСВ высчитывается по мощности, КСВН высчитывается по амплитуде напряжения и на практике используется чаще. В общем случае эти понятия эквивалентны.
Коэффициент стоячей волны по напряжению вычисляется по формуле:
КСВН = (U1+U2) / (U1-U2)
где U1 и U2 — амплитуды падающей и отражённой волн соответственно.
Можно установить связь между KCBH и коэффициентом отражения Г:
Г= (КСВН-1) / (КСВН+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:
КСВН = (U1 + К * U2) / (U1- К*U2)
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.
Аналоги КСВ в зарубежных изданиях
VSWR — полный аналог КСВН
SWR — полный аналог КСВ