Що таке VSWR і як він впливає на радіозв’язок

Після придбання професійної рації, якісного коаксіального кабелю і зовнішньої антени система все одно може демонструвати незадовільні результати. Незважаючи на правильну роботу, дальність зв’язку може бути мінімальною, а корпус трансивера – швидко нагріватися.

У такому разі варто перевірити узгодженість системи, а саме такої характеристики, як коефіцієнт стоячої хвилі за напругою. В цій статті ми розглянемо параметр VSWR – що це таке на практиці, чому цей показник є критичним і як його контролювати.

Що таке VSWR (КСХН)

Спочатку розберемося з абревіатурою. VSWR розшифровується як Voltage Standing Wave Ratio. Замість неї частіше вживається термін КСХН – коефіцієнт стоячої хвилі за напругою. Це безрозмірна величина, що характеризує ступінь узгодження імпедансів передавача, фідера та антени.

В ідеальних умовах вся енергія мала б випромінюватися у простір. Проте в реальності якщо імпеданс антени не збігається з хвильовим опором кабелю (зазвичай це 50 Ом), частина випромінювання наштовхується на межу між кабелем та антеною, і відбивається назад до джерела. У кабелі утворюються дві фази: пряма та відбита. Вони накладаються одна на одну, утворюючи так звану стоячу хвилю.

VSWR у цифрах – це співвідношення між максимальною та мінімальною амплітудою напруги у цій стоячій хвилі. Чим ближче це значення до одиниці, тим краща узгодженість. Високий показник вказує на те, що значна частина корисного сигналу спрямована не в ефір, а рухається кабелем, створюючи зайві перешкоди. 

Чим VSWR відрізняється від КСХ

Часто в технічній документації можна зустріти спрощений термін КСХ (SWR). Строго кажучи, КСХ і КСХН – це близькі поняття, але між ними є термінологічний нюанс, який важливо розуміти.

КСХ – це загальна назва групи коефіцієнтів. Залежно від того, який фізичний параметр вимірюється, виділяють такі його види:

  • VSWR (КСХН) – коефіцієнт за напругою, в радіотехніці використовується найчастіше;

  • ISWR (КСХС) – коефіцієнт за струмом, що вимірює співвідношення амплітуд сили струму;

  • PSWR – коефіцієнт за потужністю, який існує переважно в теоретичних розрахунках.

У більшості випадків, коли мова йде про радіозв’язок та виміри звичайними приладами, мається на увазі саме КСХ за напругою. Різниця полягає у методології заміру – прилади аналізують саме пучності та вузли напруги в лінії передачі.

Обираючи вимірювальне обладнання у магазині A-Comms, ви найчастіше будете мати справу саме з приладами, що вимірюють VSWR, оскільки це найбільш інформативний параметр для оцінки стану антенно-фідерного тракту в побутових і професійних умовах.

Як працює VSWR

У лінії передачі виникають точки, де фази прямої та відбитої хвиль збігаються (напруга додається, утворюється пучність), і точки, де вони розташовані у протифазі (напруга віднімається, виходить вузол). VSWR – це математичне вираження того, наскільки великою є різниця між цими точками. Якщо відбиття немає, напруга уздовж усього кабелю розподілена рівномірно і коефіцієнт дорівнює 1.

Якщо ж антена не під’єднана (через обрив чи коротке замикання), відбивається 100% енергії, і значення прямує до нескінченності. Стояча хвиля буквально завмирає в кабелі, створюючи надмірну напругу та струм у певних ділянках фідера, що може спричинити пробій ізоляції.

Як VSWR впливає на роботу радіозв’язку

Багато початківців помилково вважають, що високий КСХН – це лише незначна втрата дальності зв’язку. Але насправді його наслідки значно серйозніші.

По-перше, це теплове руйнування вихідних каскадів через те, що відбита енергія повертається до передавача. Напівпровідникові транзистори не розраховані на те, щоб розсіювати таку колосальну потужність у вигляді надмірного тепла.

По-друге, сучасні трансивери мають системи автоматичного захисту (ALC – Automatic Level Control). Як тільки детектор приладу фіксує критичний VSWR, система примусово знижує вихідну потужність, щоб запобігти пошкодженню обладнання. Тоді замість декларованих 50 Вт на виході – лише 5-10 Вт.

По-третє, високий коефіцієнт викликає викривлення діаграми спрямованості антени. Сам коаксіальний кабель починає випромінювати енергію (виникає так званий антенний ефект фідера), що спричиняє сильні перешкоди для іншої електроніки, аудіосистем і навіть побутової техніки.

Як і чим можна виміряти КСХН

Найбільш доступний варіант – КСХ-метр. Він під’єднується до розриву між трансивером і кабелем.

Більш точний та професійний інструмент – векторний антенний аналізатор (VNA). Він дозволяє побачити не просто сухе число, а повноцінний графік залежності параметра від частоти. Оператор може наочно спостерігати, де саме розташований резонанс антени і наскільки широкою є її смуга пропускання.