НА ГЛАВНУЮ - адрес этой страницы - http://ra6foo.qrz.ru/attenuation.html - версия 20 01 2016 (третья) -- НА ГЛАВНУЮ

Измерение затухания, К укор. и места дефекта кабеля КСВ метром. Раскачка КСВ

ИЗМЕРЕНИЕ ЗАТУХАНИЯ

Если к 50 Омному КСВ метру подключить длинный 50 Омный кабель, ненагруженный или короткозамкнутый на другом конце, показания КСВ метра будут не ∞, а некоторое реальное число, величина которого будет тем ближе к 1, чем больше затухание в кабеле. Если принять уровень напряжения прямой волны на входе кабеля за 1, то к концу кабеля с затуханием 4 дБ её уровень упадет на 4 дБ, или до 0,63, Полностью отразившись от ненагруженного (или к.з.) конца кабеля, обратная волна потеряет еще 4 дБ, до уровня 0,4. КСВ на входе кабеля, как отношение суммы прямой и обратной волн к их разности, будет при этом Uпр.+Uобр. / Uпр.-Uобр. = 1+0,4 / 1-0,4 = 1,4 / 0,6 = 2,33
Справедливо и обратное: если КСВ метр с ненагруженным (или к. з.) кабелем показывает 2,33, значит затухание кабеля 4 дб.
Методика измерения
Для обеспечения высокой точности измерения надо выбрать длину кабеля, при которой его затухание по предварительной оценке от 2 до 7 дб, что соответствует благоприятному для КСВ метра диапазону КСВ от 4,5 до 1,5. При измерении на частоте 435 МГц для тонких кабелей типа RG58 это длина от 3 до 10 м, для толстых, типа LMR 400 от 20 до 65 метров. На частоте 145 МГц потребуется в 1,7 раза длинее. Или выбрать частоту измерения, на которой затухание укладывается в этот диапазон.
Сопротивление сравнения (установка КСВ метра) должно быть равно волновому сопротивлению кабеля
Для примера измерим на частоте 435 МГц затухание тонкого кабеля длиной 9,51 м. КСВ незакороченного кабеля 1,9. Переводим КСВ в К отражения по формуле r = КСВ-1 / КСВ+1 = 0,9 /2,9 = 0,31. 0,31 - это уровень напряжения сигнала, дошедшего до конца кабеля, полностью отразившегося и вернувшегося ко входу кабеля в виде отраженной волны. Т. е это потери на удвоенной длине кабеля, 19,2 м. По таблице Перевод отношений U, I, P в децибелы переводим затухание напряжения 0,31 в дБ. Это соответствует 10,2 дБ на длине 19,2 м или 10,2 дБ / 19,2 м = 0,53 дБ/м.
Для примера был взят не бывший в эксплуатации кабель РК 50-2-11 1965 г выпуска с затуханием по ГОСТ на частоте 435 МГц 0,47 дБ/м. Разница, как видим, небольшая, 0,06 дБ/м или превышение потерь мощности на 1,4% выше паспортных для нового кабеля. Это в несколько раз меньше, чем допуск на увеличение затухания в течение срока службы 12 лет. Испытания образцов кабелей РК75-4-11 и РК75-9-13 дали аналогичные вполне удовлетворительные результаты.

Некоторые особенности измерения.
Такие замеры КСВ длинного кабеля как правило дают волнистый частотный ход КСВ. Среди причин этого:
- изменение уровня зондирующего сигнала из за изменения нагрузки КСВ метра (входного сопротивления кабеля)
- погрешности в виде различия показаний КСВ метра при нагрузках больше и меньше сопротивления настройки КСВ метра.
- отличие волнового сопротивления кабеля от сопротивления, на которое настроен КСВ метр (установленного в КСВ метре)
Значительно снизить погрешность измерения затухания из за волнистости можно, если для расчета взять среднее между максимумом и минимумом КСВ. Если нет возможности изменить частоту, возьмите среднее между КСВ при открытом и закороченном концах кабеля, минимумы и максимумы при этом меняются местами. Дополнительно повысить точность можно, определив средние значения КСВ при открытом и средние значения КСВ при закороченном конце кабеля и взяв среднее значение между ними.

Дефекты кабеля типа смещения центральной жилы из за локального перегрева, разрушения экрана и прочие неоднородности могут исказить картину КСВ и понизить точность измерения до неприемлемой. Это характерно не только для этого, для любого способа измерения затухания.

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УКОРОЧЕНИЯ
Метод основан на измерении частотного промежутка волнистости КСВ, о которой было сказано выше
Метод аналогичен измерению шага мелкой резьбы обычной линейкой - подсчет количества витков на единицу длины
Чем больше длина, на которой сделан подсчет, тем точнее результат. Здесь вместо длины берется частотный промежуток.

Методика измерения.
Понадобится тройник. Подключим его к КСВ метру, один вход нагрузим резистором, равным сопротивлению, на которое настроен КСВ метр (50 или 75 Ом) к другому входу подключим измеряемый кабель с заранее известной физической длиной. (Резистор необязательно должен быть эталонным, также необязателен тройник, к КСВ метру можно просто подключить сам кабель, закороченный резистором 47...51 Ом в месте подключения).
Если менять частоту от минимальной до максимальной, то на частотах, где электрическая длина кабеля будет 1/4, 3/4, 5/4 и т. д., он будет закорачивать резистор и показания КСВ метра будут максимальны, напротив, на частотах, где его длина кратна полволны, его шунтирующее действие минимально и показания КСВ метра будут близки к 1. В процессе изменения частоты надо записать частоту 1 минимума, частоту последнего минимума и количество промежутков между ними. Разделив разность между этими частотами на количество промежутков, получим частотный интервал между ними. К укор. будет равен физической длине кабеля в метрах, умноженной на частотный интервал в МГц, деленный на 150. Или К укор. = L физ. х Δf / 150
При измерениях с тройником в расчетную длину кабеля должен быть включен разьем и плечо тройника до его центра.
Можно то же сделать с закороченным на другом конце кабелем, в этом случае минмумы и максимумы КСВ поменяются местами.

Современные анализаторы позволяют по этой же методике сделать отсчет без тройника и резистора, просто на кабеле, подключенном к прибору, по контрольным точкам пиков или переходов через ноль

Некоторые особенности измерения.
1 - Чем короче кабель и больше (меньше численно) его ожидаемый К укор, тем больше частотный промежуток между пиками. Это значит, что при ограниченном диапазоне частот КСВ метра надо брать достаточную длину кабеля и для уменьшения частотных промежутков и для увеличения точек отсчета, а значит и точности определения Ку.

2 - Что весьма важно. Если вы возьмете тонкий кабель, то можете не заметить, что частотный интервал между пиками КСВ неодинаков и увеличивается с увеличением частоты. Это приведет не к ошибке, а к усреднению К укор. Дело в том, что он непостоянен и численно увеличивается по мере роста частоты. Единственной причиной этого являются омические потери в проводнике, а точнее, существенно большая величина отношения потерь в проводнике к потерям в диэлектрике a пров./а диэл. относительно величины отношения L/C кабеля. Подробнее об этом на стр. Расчет длинных линий с потерями Например у кабеля RG 178B/U диаметром 1,8 мм он изменяется от 0,33 на частоте 0,1 МГц до 0,62 на 1 МГц и далее до паспортных 0,7 на частотах 600 МГц и выше (синяя линия) У толстых кабелей К укор более стабилен с частотой (красная линия - LMR 400 диаметром 10 мм) Естественно, что это приведет к тому, что частотный интервал на малых частотах будет вдвое меньше, чем на больших, и в результате вы получите нечто среднее для этого диапазона частот.
Для избежания этого ограничивайте снизу диапазон частот, в котором производите подсчет пиков, той областью, в которой К укор изменяется мало. Конкретно у марки кабеля или по аналогии с ней эту область можно определить с помощью программы TLDetails 0,4 Мб . Скрин графика - с неё.
Обычно нас интересует точный К укор. на конкретной частоте или диапазоне частот. В таком случае выбирайте такую длину кабеля, чтобы в этой области было достаточно много пиков КСВ. Например если вас интересует точный К укор. на 145 МГц, выберите область отсчета от 100 до 200 МГц и частотный интервал не более 10 МГц, что соответствует интервалу длины волны 30 м. Кабель со сплошным ПЭ при этом должен быть не короче 15 м электрической длины или 10 м физической. За нулевой пик берите максимум на нижней частоте и от него ведите отсчет и количества пиков и отсчет частотной области.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ЛОКАЛЬНОГО ДЕФЕКТА

Зная К укорочения кабеля, таким же способом можно определить место локального дефекта, обрыва центральной жилы, передавливания изоляции, коррозии или разрыва оплетки. Для этого надо нагрузить конец кабеля резистором с сопротивлением, близким к волновому сопротивлению кабеля. По вышеизложенной методике и частотному интервалу между пиками определить электрическую длину до места дефекта и пересчитать на физическую длину. Вырезать кусок кабеля, вспороть и убедиться в том, место дефекта дейстивительно определено без ошибок в арифметике.

РАСКАЧКА КСВ
Термин пришлось применить свой, т. к. описаний этого явления не нашел.

Того кабеля, на котором это проявилось, уже не имею, но это явление достаточно хорошо моделируется в RFSimm 99 (см.скрин)
Здесь взят кабель 50 Ом длиной 10 метров, волновое сопротивление которого периодически через каждые полметра изменяется, оставаясь в пределах допуска по ГОСТ, ± 4% или 50 ± 2 Ом. Полоса сканирования от 100 до 800 МГц, вертикальная шкала в S11 или К отражения от 0 до 1, или КСВ от 1 до ∞
При приближении к частоте 150 МГц пики КСВ растут и на частоте, где периодичность длины становится равной 1/4 волны, наблюдается резкий пик, в данном случае до КСВ 5.0. Затем, по мере роста частоты, они уменьшаются и на частоте 300 МГц, где их длина становится равной полволны, исчезают. На частоте 150 МГц происходит следующее: последний (правый, 48 Ом) отрезок трансформирует 50 Ом нагрузки в 46 Ом, следующий перед ним (52 Ома) трансформирует 46 Ом в 59 Ом, следующий (48 Ом) трансформирует 58 Ом в 40 Ом и так далее. Таким образом, происходит "раскачка КСВ"
На частотах 450, 750 и т. д. МГц эти отрезки работают как 3/4, 5/4 и т. д. трансформаторы. А на частотах, где длина отрезков кратна полуволнам, 300, 600 и т. д. МГц, они работают как повторители. С увеличением длины кабеля КСВ на пиках растет квадратично, тот же кабель при длине 20 м имел бы на пиках КСВ до 20.
Причины возникновения периодического изменения волнового сопротивления кабеля могут быть и в процессе изготовления и, чаще, в процессе хранения. Например у висящей на стене бухты по разному вытягиваются участки кабеля, или часть бухты под солнечными лучами, или находится во влажном состоянии существенно дольше, чем другая половина и т. д.
Конечно, в реальных случях нет столь резких переходов волнового сопротивления и постоянной длины отрезков, но проявления этого эффекта давно известны по сообщениям и доставляют неприятности в случаях, когда пик находится в нужной для работы полосе частот, причем изменить или сместить по частоте его невозможно.

НА ГЛАВНУЮ