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
Метод измерения основан на зависимости входного сопротивления кабеля от его затухания.
При этом вы должны быть уверены, что волновое сопротивление кабеля и настройка КСВ метра совпадают

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.
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
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 менжду КСВ при открытом и закороченном концами 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 быдо 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
Можно то же сделать с закороченным на другом конце кабелем, в этом случае минмумы и максимумы КСВ поменяются местами.

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.

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 астотный 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               HitMeter.ru - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика