Ксв приборы своими руками
Почти каждый пользователь радиостанции или трансивера сталкивается с необходимостью оптимального согласования антенно-фидерного устройства и передатчика. Эта проблема актуальна как для тех, кто пользуется «стационарными» радиостанциями (в том числе для радиообмена в гражданском диапазоне 27 МГц), так и для тех, кто использует автомобильные AM и ЧМ трансиверы. Для увеличения зоны действия портативной (носимой) радиостанции подключают соответствующую внешнюю антенну. Решение этой проблемы важно для тех, кто уже имеет или собирается приобрести и зарегистрировать радиостанцию, ведет активный и эффективный (на дальние расстояния) радиообмен. Для этого и необходим КСВ-метр.
КСВ-метр — это измеритель коэффициента стоячей волны. Автор в своей лаборатории имеет два промышленных измерителей КСВ -SWR-430 Optim (вариант SWR-121) и SX-40 (вариант SX-40). Об общих принципах настройки антенного хозяйства с помощью КСВ-метров хорошо описано в [1].
КСВ-метр SWR-430
КСВ-метр SWR-430, внешний вид которого показан на фото 1 внизу, измеряет КСВ в линиях питания (фидерных линиях) антенного хозяйства гражданского диапазона 27 МГц (диапазон частот измерений 24. 30 МГц) и является необходимым устройством для качественной настройки антенн.
Это, в свою очередь, обеспечивает качественную работу приемо-передающих устройств. Поскольку любая антенна настраивается «под передатчик», именно от резонанса антенного хозяйства и передающего тракта конкретной радиостанции зависит эффективность и дальность работы конкретного радиокорреспондента.
Прибор SWR-430 помимо КСВ может измерять выходную мощность передатчика радиостанции. Шкала стрелочного индикатора (фото 1 внизу) в устройстве только одна, функции измерения КСВ и мощности передатчика переключаются на передней панели полозковым переключателем.
Погрешность устройства не более 5%, импеданс 50 Ом. Устройство годится для измерения проходной мощности до 100 Вт, что вполне удовлетворяет запросам радиолюбителей, поскольку большинство современных трансиверов имеют
максимальную мощность до 100 Вт, кроме того, в России по требованиям Роскомнадзора работать с мощностью выше этого значения могут только специалисты.
Диапазон градуировки стрелочного индикатора 1. 1:3. Это прибор небольшой точности измерения, однако с его помощью можно настроить антенну простым способом, что, безусловно, лучше, чем полное отсутствие приборов настройки антенного хозяйства.
Замечу, что аналогичные по характеристикам устройства SWR-420 Optim и SWR-121 могут изменять только КСВ без возможности измерения мощности.
Измерители КСВ и мощности SX-20 и SX-40
Измеритель КСВ и мощности SX-40 (см. фото 1 вверху) представляет собой устройство с двумя функциями: позволяет измерить мощность и КСВ в диапазоне 140. 525 МГц.
На передней панели прибора установлен переключатель максимальной измеряемой мощности 15/150 Вт. Причем минимальная измеряемая мощность всего 1 Вт, что позволяет настраивать антенное хозяйство портативных радиостанций в режиме «LOW», не опасаясь выхода из строя выходного каскада при любом из возможных значений входного сопротивления антенны.
КСВ-метр модели SX-20 предназначен для измерения мощности и КСВ в диапазоне 1,8.. 200 МГц. Он имеет переключатель максимальной измеряемой мощности 30/300 Вт.
У обоих устройств волновое сопротивление (импеданс) 50 Ом (для подключения к кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом), подключаемый с помощью разъема UHF. Минимальная мощность радиостанции 2 Вт.
Самодельный КСВ-метр
Те радиолюбители, кто редко ремонтирует и настраивает радиостанции, пользуются для настройки и согласования трансиверов и АФУ услугами «выездных специалистов», что сегодня обходится весьма дорого, как и любые работы в сфере обслуживания и ремонта. Хотя специалисты для настройки и согласования пользуются все теми же измерителями КСВ. Так не проще ли собрать его самому? Для тех, кто готов сам собрать измеритель КСВ и научиться пользоваться им, предлагаю следующие рекомендации.
Для согласования выхода передатчика с фидером используется специальное согласующее устройство, а антенна согласуется с кабелем, как правило, изменением длины антенны.
Принципиальная электрическая схема самодельного измерителя КСВ с согласующим устройством показана на рис.1.
Согласующее устройство состоит из двух конденсаторов переменной емкости С1 и С2 с воздушным диэлектриком (например, КПЕ-4. 50, 1КЛМВ-1) и бескаркасной катушки индуктивности L1. Она содержит 8 витков медного провода без изоляции диаметром 2,2 мм с диаметром намотки 25 мм и длиной 22 мм. Индуктивность такой катушки составит 1,2 мкГн. Настройка согласования производится конденсаторами С1 и С2. Показания считывают по шкале миллиамперметра ИП. КСВ-метр при настройке устанавливается между согласующим устройством и фидерной линией.
Измеритель КСВ показывает, насколько близко к режиму бегущей волны (отсутствие отраженного сигнала от нагрузки) находится система «радиостанция-фидер-антенна».
Согласующее устройство измерителя подключают к гнезду антенны передатчика с помощью отрезка кабеля (длиной не более 1 м) с волновым сопротивлением 50 Ом, например, РК-50 или аналогичного.
Измерительная часть КСВ-метра конструктивно выполнена из отрезка того же кабеля длиной 160 мм с удаленной внешней изоляцией. Этот отрезок кабеля после всех подготовительных работ загибают подковой. Экран провода соединяют с «общим проводом» передатчика. Конструкция и внешний вид окончательно оформленного отрезка кабеля показан на рис.2.
Внутреннюю жилу кабеля (2) подсоединяют соответственно одним концом к согласующему устройству (конденсатор С2), а другим — к фидеру антенны. Внутри экранирующего провода КСВ-метра (отрезка кабеля длиной 160 мм с удаленной изоляцией — 1) аккуратно с помощью иголки прокладывают гибкий изолированный провод типа МГТФ-0,8 (3) и от его середины выводят отвод для подключения резистора R1. Концы внутреннего провода МГТФ-0,8 (может быть применен любой аналогичный провод МГТФ-1, МГТФ-2) припаивают к германиевым диодам VD1, VD2.
Резистор R1 мощностью 2 Вт с сопротивлением в пределах 30. 150 Ом. Переменный резистор R2 типа СПО-1. В качестве диодов VD1, VD2 используются «старые» германиевые диоды из серий Д2, Д9, Д220, Д311 с любым буквенным индексом.
Измерительный прибор любой градуированный, стоком полного отклонения 1 мА. Переключатель SB1 типа тумблер, например MTS-1. Корпус для устройства измерителя КСВ может быть выбран любым подходящим, экранированным.
Внешний вид готового устройства может быть таким (например, как в авторском варианте), как показано на фото 2.
Перед включением радиостанции и согласующего устройства проводят необходимые подготовительные работы: подключают антенно-фидерное устройство, устанавливают переключатель SB1 в положение «ПР» (в левое по схеме положение), а движок переменного резистора R2 устанавливают в среднее положение.
После подачи питания на радиостанцию и включения ее в режим «передача», перемещением движка переменного резистора R2 добиваются максимального отклонения стрелки миллиамперметра вправо, к примеру, до цифры «10» (если эта цифра является максимальной градуированной величиной на шкале). После этого переводят переключатель SB1 в положение «ОБР» и фиксируют новое показание по шкале прибора (заметно меньше предыдущего), что соответствует значению обратной волны.
По формуле КСВ=(Ппр +Побр )/(Ппр -Побр)) находят значение КСВ, где Ппр -показание прибора в режиме фиксации прямой волны (переключатель SB1 в левом по схеме положении).
Побр — показание прибора при обратной волне.
Например, Ппр =10, Побр=2, тогда КСВ =(10+2)/( 10-2)= 12/8=1,5.
Потери на отражение волны в цепи «передатчик-фидер-антенна» зависят от величины КСВ и приведены в таблице.
Для оптимального согласования желательно иметь КСВ в пределах 1,1. 1,5, в этом случае потери на отражение волны составят 5. 12%, что вполне допустимо.
Перед началом настройки антенны желательно убедиться в правильности показаний имеющегося КСВ-метра и иметь «контрольную» антенну, которой может быть штатная антенна от переносной радиостанции или даже самодельный четвертьволновый (1/4) «штырь».
В своих запасах хорошо иметь два КСВ-метра, рассчитанных для работы с фидерами, имеющими волновое сопротивление и 50 и 75 Ом, и, конечно, несколько «образцов» используемых кабелей.
Сравнительные измерения (сравнительная эффективность) сводятся к определению уровня напряженности поля создаваемого настраиваемой антенной относительно контрольной.
Еще более точную оценку эффективности работы антенны можно получить, используя стандартный калиброванный измеритель напряженности поля, и тогда снять диаграмму направленности антенны, но такие возможности имеются не у всех радиолюбителей.
Согласование антенного хозяйства с помощью рассмотренного самодельного прибора сводится к тому, что при условии постоянной длины штыря антенны, изменением емкости конденсаторов С1 и С2 согласующего устройства, а также изменением емкости подстроечного конденсатора в основании антенны добиваются необходимых значений КСВ.
Если штырь антенны, а в некоторых моделях и его «противовес», конструктивно имеют возможность регулировки длины, то это является дополнительной возможностью настройки всей системы согласования.
Таким простым методом можно воспользоваться для настройки радиолюбительских УКВ-трансиверов и даже автомобильных радиостанций, работающих в гражданском диапазоне частот, с выходной мощностью 0,5. 15 Вт и укомплектованных простыми конструкциями антенн.
Источник
Простой мостовой КСВ-метр.
Схема широкополосного устройства измерения КСВ в диапазоне частот 1,5-430 МГц.
Онлайн калькулятор, вычисляющий КСВ по значениям измеренных прибором напряжений.
Поговорили мы на предыдущей странице про коэффициент стоячей волны и его влияние на потери, побалагурили, покурили, день прошёл, как не было, а вопрос с измерителем КСВ так и остался открытым.
А поскольку КСВ является важнейшим параметром согласования приёмо-передающих устройств, то, хочешь не хочешь, а придётся поднапрячься и отработать несколько человеко-часов, упражняясь в изготовлении измерительного прибора.
Чтобы не закружилась голова, и не перенапряглись мышцы, остановим своё внимание на самом простом, но далеко не самом плохом типе измерителей — мостовом КСВ-метре. 
Рис. 1
Несмотря на внешнюю простоту, схема, приведённая на рисунке — это вполне себе работоспособная классика жанра, описанная в большом количестве авторитетных источников.
Наиболее подробно, на мой взгляд, суть этой конструкции раскрыл уважаемый автор многотомника «Антенны КВ и УКВ» И.В. Гончаренко. Процитирую часть раздела, посвящённого КСВ-метрам из 2-го тома упомянутого источника:
«3.2.9.2. Мостовой КСВ-метр.
Мостовой КСВ-метр известен очень давно. Когда я попытался найти его изобретателя (хотел сослаться точно — уж больно красивая идея), то ничего из этой затеи не вышло. Упоминаний много (первые относятся к 30-м годам прошлого века), но вот кто до этого додумался, обнаружить не удалось. А жаль, прибор-то хорош.
Его достоинства:
• Независимость выходных сигналов от частоты.
• Чрезвычайно широкий рабочий диапазон частот. Отношение Fmax/Fmin легко достигает нескольких сотен при весьма скромных конструктивных требованиях.
• Возможность работы при малых (единицы вольт) уровнях сигнала передатчика.
Недостатки:
• Высокое затухание, вносимое в линию и связанная с этим невозможность работать при большой мощности.
• Подвержен влиянию наводок, принятых измеряемой антенной.
Для настройки антенн такой прибор является лучшим решением. Но он совершенно непригоден для текущего контроля антенн во время штатной работы передатчика.
Схема мостового КСВ-метра показана на Рис. 1 .
При указанных номиналах он рассчитан на работу в линии 50 Ом в полосе 1,5…430 МГц.
Основой прибора является мост R1-R2-R3-Za, где Za — волновое сопротивление антенны.
Детектор на VD1 измеряет половину входного сигнала детектор на VD2 (включенный в диагональ моста) — сигнал разбаланса моста, пропорциональный Uотр.
Чтобы понять, как работает этот прибор, рассмотрим несколько примеров. Считаем, что на входе КСВ-метра ВЧ напряжение амплитудой 10 В.
1. Za = 50 Ом. На диоде VD1 5 В (1/2 от входного напряжения с делителя R2, R3) и Uпад = 5 В (считаем, что диоды германиевые, или Шоттки, с очень малым прямым напряжением). На антенне тоже 5 В (Za = R1). На обоих выводах VD2 равные и синфазные напряжения, значит на диоде напряжения нет и Uотр = 0 В. По формуле КСВ = (Uпад+Uотр)/(Uпад-Uотр) = 1, что и есть на самом деле.
На резисторах R1-R3 рассеивается 75% мощности передатчика. Именно поэтому мостовой КСВ-метр пригоден только для измерений и настройки, но не при работе передатчика на антенну.
2. Za = 0 Ом. Короткое замыкание. Ясно, что реальный КСВ при этом равен бесконечности. На VD1 все те же 5 В и Uпад= 5 В. На антенне 0В (КЗ в нагрузке). На аноде VD2 5 В ВЧ, на катоде ВЧ нет. Значит, на диоде VD2 есть ВЧ (5 — 0) = 5 В. Uотр = 5 В. По формуле КСВ = (Uпад+Uотр)/(Uпад-Uотр) измеренный КСВ равен бесконечности.
3. Za равен бесконечности. Обрыв. Реальный КСВ тоже равен бесконечности. На VD1 все те же 5 В и Uпад= 5 В. На антенне все те же входные 10 В. На аноде VD2 те же 5 В ВЧ, на катоде 10. Значит, на диоде VD2 есть ВЧ (10 — 5) = 5 В. Uотp= 5 В. По формуле КСВ = (Uпад+Uотр)/(Uпад-Uотр) измеренный КСВ равен бесконечности.
4. Za = 25 Ом. Реальный КСВ = 2.
На VD1 неизменные 5 В и Uпад = 5 В. На антенне 1/3 от входного напряжения (делитель Za/(R1 +Za) = 25/(50 + 25) =1/3), т.е. 3,33 В. На аноде VD2 конечно же 5В ВЧ, на катоде 3,33. Значит, на диоде есть ВЧ (5 — 3,33) = 1,66 В. Uотp = 1,66 В. По формуле КСВ = (Uпад+Uотр)/(Uпад-Uотр), измеренный КСВ = (5 + 1,66)/(5 — 1,66) = 2.
5. Zа = -j50 Ом. Конденсатор. Реальный КСВ равен бесконечности, поскольку нет активной мощности в нагрузке. Uпад = 5 В. На антенне-конденсаторе напряжение 7,06 В (простая задачка на построение векторной диаграммы цепи, решению которой тут не место, иначе мы никогда не выберемся из этого параграфа). На аноде VD2 конечно же 5 В (с фазой 0°) на катоде 7,06 В с фазой 45° (из того же ответа той же задачки). Напряжение на VD2 есть векторная разность, в данном случае равная = 5 В. Т.е. Uотр = 5 В и измеренный КСВ — бесконечность.
Таким образом, при любой нагрузке, активной и реактивной, мостовой КСВ-метр измеряет правильно. Дополнительным полезным свойством такого КСВ-метра является то, что при любом значении Za передатчик “видит” почти чисто активную нагрузку (R2 + R3 включены постоянно), и КСВ по входу (не путать с измеряемым КСВ антенны!) не превышает 2.
Это важно при работе с генераторами, чувствительными к импедансу нагрузки.
В принципе, при хороших детекторных диодах мостовой КСВ-метр может работать при напряжениях на входе всего 1…2 В. Но при измерениях антенн надо иметь в виду, что принятый ими из эфира сигнал искажает показания прибора. А сигнал на длинных проволочных KB антеннах может достигать нескольких сотен милливольт. Поэтому желательно иметь сигнал на входе прибора 5. 15 В и по возможности не измерять НЧ антенны вечером и ночью, когда уровень принимаемых ими сигналов максимален.
Конструкция прибора в точности соответствует принципиальной схеме. КСВ-метр размещается в маленькой экранированной коробочке с двумя ВЧ разъемами, стоящими настолько близко друг к другу лишь бы между ними размещался R1. Резисторы R1-R3 должны быть безындуктивными, с мощностью 0,5. 1 Вт. Удобно сделать их параллельным включением двух по 100 Ом (при этом дополнительно снизится паразитная индуктивность). Все выводы деталей должны быть минимальной длинны, по возможности хорошо бы применить SMD компоненты.
Настройка прибора не требуется. При резисторах МЛТ, конденсаторах КМ и диодах 1N34 (все с выводами 2. 3 мм), в корпусе 25x25x25 мм КСВ метр, показанный на Рис.1 работает в полосе 1.5. 430 МГц. Fmin зависит лишь от С1-С4, при их емкости 0,047 мкФ можно работать даже на 136 КГц. Fmax зависит лишь от качества компонентов и монтажа, и при SMD компонентах и СВЧ диодах мостовые КСВ-метры по схеме Рис.1 выпускаются до 5 ГГц.
При измерениях КСВ относительно иного, чем 50 Ом сопротивления, соответственно меняются номиналы R1-R3».
Всё доходчиво, понятно, и добавить вроде бы нечего, если бы не маленькое «но».
Сигнал на входе прибора 5. 15 В — не является проблемой, если он поступает с выхода передатчика мощностью 0,2 — 2Вт. При более высоких амплитудах следует увеличивать мощность входящих в состав КСВ-метра резисторов, либо понижать сигнал посредством аттенюатора.
А что делать, если мы настраиваем приёмную антенну, а в хозяйстве не затерялось ничего, кроме ВЧ генератора с выходной амплитудой, не превышающей 1 В?
Ответ на этот насущный вопрос можно найти в научно-популярном издании «Радиоежегодник» 1983 года издания.
«Хорошо известно, что шкала простого ВЧ вольтметра, состоящего из полупроводникового диода и микроамперметра с добавочным резистором, существенно нелинейна при небольших (менее 2 В) уровнях ВЧ напряжения. Иными словами, такой ВЧ вольтметр нуждается в калибровке (причем на нескольких пределах измерения!), что далеко не всегда можно выполнить в радиолюбительских условиях. Здесь, однако, выручает одно обстоятельство.
Исследование простых ВЧ вольтметров, выполненных на германиевых диодах серий Д2, Д9, Д18, Д20, Д310, Д311, Д312, ГД402, ГД507 и ГД508 с различными буквенными индексами, показали, что некоторые характеристики подобных вольтметров очень близки друг к другу. Так, если в КСВ-метре используется микроамперметр с током полного отклонения 50. 200 мкА, а добавочный резистор R6 такой, что вместе с прибором Р образует вольтметр постоянного тока на напряжение 1. 2 В (некритично), то показания ВЧ вольтметра N на упомянутых диодах будут связаны с амплитудой высокочастотного напряжения Uвч простым соотношением: 
Это дает возможность не калибровать шкалу КСВ-метра по образцовому прибору, а получить ее расчетным путем. Если пользоваться линейной шкалой микроамперметра, то формула для нахождения КСВ приобретает следующий вид:
Эффективность выпрямления ВЧ напряжения зависит от типа использованного в КСВ-метре диода. Для диодов типа Д2, Д9, Д310, Д312 частотная зависимость показаний вольтметра начинает проявляться уже на частотах 2. 5 МГц, а на частоте 30 МГц эффективность выпрямления падает примерно в два раза по сравнению с низкими частотами (
Заметно лучшие частотные характеристики имеют диоды Д18, Д20, Д311, ГД402 и ГД507 — у них частотная зависимость начинает проявляться на частотах 10. 20 МГц. Наилучшими для КСВ-метра являются диоды ГД508: у выполненных на их основе ВЧ вольтметров эффективность выпрямления остается постоянной вплоть до частоты 30 МГц.
Заметим, кстати, что в КСВ-метрах нельзя использовать кремниевые диоды, так как они практически на выпрямляют ВЧ напряжения при амплитудах сигнала меньше 0,6. 0,7 В. КСВ-метр с такими диодами будет заметно «улучшать» малые значения коэффициента стоячей волны.
Если КСВ-метр необходим от случая к случаю и не предполагается к частому использованию, то я не вижу особых поводов заморачиваться встраиванием внутрь прибора измерительной головки. Прекрасно можно обойтись без этого и произвести измерения, подключив к измерителю обычный аналоговый или цифровой мультиметр, по-любому имеющийся у каждого радиолюбителя.
А чтобы не тужиться при проведении расчётов (особенно в случаях низких амплитуд) приведу простой калькулятор, позволяющий перевести измеренные напряжения Uпад и Uотр в КСВ.
При вводе не ошибайтесь — амплитуда Uотр не может быть больше Uпад.
Источник
