Квс метр 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
Измерение КСВ — Простой КСВ-метр
| EW8AU Владимир Приходько, 246027 Гомель а/я 68, Беларусь Email — dmitry.by (at) tut.by |
Если на выходе линии передачи подключен импеданс, отличающийся от ее волнового сопротивления, часть падающей на нагрузку сигнальной волны отразится обратно. Эта отраженная волна складывается с падающей, и результативная амплитуда в любой точке является алгебраической суммой амплитуд двух волн. Узлы и пучности не движутся относительно линии передачи, т.е. стационарны. Такие волны называются стоячими.
Важным параметром линии передачи, подсоединенной к антенне, является коэффициент стоячей волны. Коэффициент стоячей волны (КСВ) определяется отношением ее максимальной и минимальной амплитуд. Когда сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии передачи, падающая волна полностью поглощается в нагрузке и отраженная и стоячая волны отсутствуют. В этом случае система является идеальной, ее коэффициент стоячей волны равен 1.
Существует несколько методов измерения КСВ, по напряжению, по току и по мощности. Наиболее точно работает прибор в котором измеряется мощность падающей и отраженной волны на согласованной нагрузке, но он относится к разряду сложных и дорогих приборов. Простейший рефлектометр рассмотрен в справочнике «Антенны» автор К.Ротхаммель. Он изготовлен из отрезка гибкого коаксиального кабеля и в диапазоне коротких волн дает вполне точные результаты измерений. Некоторые практические рекомендации по изготовлению данного рефлектометра. Автор приводит длину коаксиального кабеля 14 см, что явно недостаточно для измерения малых мощностей, ниже 100 Ватт.
Для измерения малых мощностей потребуется очень чувствительный микроамперметр и хорошая экранировка. Не указан диаметр провода во вторичном проводнике и его волновое сопротивление относительно экрана. Рефлектометр или направленный ответвитель конструктивно может быть коаксиальным, полосковым или воздушным на связанных линиях, симметричный и несимметричный. Напряжение высокой частоты наведенное на вторичный проводник (петлю связи) зависит от степени связи между проводниками и от длины этих проводников, и достигает максимального значения при длине проводников 0,25лямбдаl. Величина степени связи выражается в В и выбирается такой, чтобы вторичный проводник не вызывал большого изменения в волновом сопротивлении основной линии. Так как радиолюбители работают в большой полосе частот от 1 до 30 МГц, то даже на частоте 30 МГц четвертьволновой рефлектометр имел бы очень большую длину. Поэтому длину рефлектометра рассчитывают исходя из наименьшей измеряемой мощности.
В нашем примере, мы рассмотрим рефлектометр с длиной кабеля 300 мм. При изготовлении применялся кабель РК-75-7-11. Диаметр кабеля по наружной оболочке 9,5 мм, диаметр по изоляции 7,3 мм, диаметр внутренней жилы 1,13 мм ( одножильный ). Вторичный проводник провод МГТФ 1 х 0,2 многожильный диаметр по изоляции 0,87 мм, диаметр проводника без изоляции 0,6 мм. В принципе, диаметр провода вторичного проводника не критичен при условии, если есть возможность после изготовления измерить волновое сопротивление вторичной линии, так как нагрузочный резистор во вторичной линии должен быть равен волновому сопротивлению этой линии.
В противной случае во вторичной несогласованной линии сигнал придя с произвольной фазой от нагрузки внесет погрешность при измерении как прямой, так и падающей волны. В нашем случае диаметр вторичного проводника подобран так, что волновое сопротивление вторичного проводника равняется 75 Ом. Нагрузочный резистор без индукционный 75 Ом 2 вт. Проведенные измерения показали КСВ рефлектора в основной линии на согласованной нагрузке 75 Ом, в полосе частот 1-50 МГц равен 1,01. КСВ в линии связи (вторичной линии) изменяется от 1,02 на частоте 1 МГц, до 1,17 на частоте 50 МГц. Измерения проводились в лаборатории прибором Р4-37. Измеритель комплексных коэффициентов передачи.
Связь между связанными линиями, составила на частотах:
При мощности передатчика 100 Вт. напряжение в фидере питания составляет 87 вольт, при нагрузке 75 Ом. Значит, при измерении прямой волны напряжение на вторичной (измеряемой) линии, после выпрямителя составит, при связи — 39 d В на частоте 29 мГц. 0,97 в, и при связи — 62 dВ. в диапазоне 1,8 кГц, 0,07 в. При КСВ = 1 обратная (или отраженная) волна будет в 10 раз меньше.
При изготовлении рефлектометра особое внимание уделить распайке экрана кабеля к разъему. На краях кабеля делается бандаж тонкой залуженной медной проволокой 0,15 мм, на длину 5 мм виток к витку. От края кабеля к разъему симметрично по кругу припаять 3-4 полоски медной фольги. Вторичная линия выводится из под оплетки кабеля (с одной и с другой стороны) на расстоянии 10 мм от края кабеля. По всей длине кабеля хорошо прижать оплетку обмотав ее изоляционной полихлорвиниловой лентой.
При монтаже кабеля, изгибы должны быть плавными (максимальным радиксом). Если есть возможность, по краям кабеля поставить кабельные разъемы СР-75-155 ПВ. Улучшается согласование и экранировка тракта.
Для измерения КСВ. при малой мощности (например между трансивером и усилителем) лучше применить рефлектометр в полосковом исполнении, с большей электрической длиной и большей связью между линиями. Так как диэлектрическая проницаемость стеклотекстолита больше чем у полиэтилена, то рефлектометр на полосках, выполненный на стеклотекстолите будет иметь большую электрическую длину, чем на РК — кабеле при тех же линейных размерах, а так же можно рассчитать необходимую степень связи между линиями. Ширина полоски зависит от заданной степени связи между линиями» толщины применяемого материала и его диэлектрической проницаемости.
На рис.1 приведена принципиальная схема рефлектометра в полосковом исполнении. Для измерения падающей или отраженной волны необходимо переключить соответствующий микропереключатель. Измерительный прибор тестер или осциллограф подключают к измерительному выходу Х 3 экранированным кабелем.
Несимметричные связанные линии довольно трудно рассчитывать, поэтому приводятся конкретные размеры скорректированные после измерений и проверки. Направленный ответвитель был изготовлен из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщина 2 мм. Полосковые линии лучше вырезать самодельным резаком при травлении и нанесении краски в домашних условиях довольно трудно точно выдержать линейные размеры, как между полосками, так и по всей длине линий Необходимой точности можно добиться вырезая линии самодельным резаком, изготовленным из ножовочного полотна используя ниже описанное простое приспособление.
Приспособление состоит из столика, двух металлических линеек упоров и четырех струбцин. В качестве столика используется прямоугольный лист алюминия 320 х 120 мм. толщиной 3 : 5 мм. Смотрите рисунок 3.
Положить заготовку фольгированного стеклотекстолита на столик и прижать его к столику двумя струбцинами через линейку. На заготовке предварительно начертить карандашом примерное расположение полосковых линий, положить вторую линейку на крайнюю линию полоска и между линейками (с двух сторон) положить два набора концевых мер. Концевые меры, в каждом наборе, подобраны по размерам таким образом, чтобы прорезав первую линию и убрав по одной пластинке из каждого набора, мы передвинули вторую линейку на заданный размер полосковой линии W и прорезаем вторую линию и так далее. Таким образом мы очень точно можем прорезать 4 линии. Если нет возможности достать концевые меры, можно изготовить самодельные упоры из прямоугольных пластинок белой жести. По два упора для каждого линейного размера. Придется делать 6 упоров по 3 типоразмера.
Для удобства работы пластинки согнуть, как показано на рисунке.
Упоры подогнать в размер, притирая их на мелкой наждачной бумаге контролируя размер штангельциркулем. Зазор (расстояние) между двумя полосками 0,5 мм) необходимо взять резаки такой же толщины, чтобы сразу получить необходимый размер зазора. Ширина полосков для 50 омного рефлектометра W = 3,25 мм, для 75 омного W = 1,3 мм. Связь междe полосками на 30 мГц составит для 50 омного – 29,5 dB, для 75 омного — 17 dВ. Фольгу вокруг полосков убрать скальпелем. Высокочастотные разъемы СР-50 припаять к корпусу. Корпус пропаять по всей длине сплошным швом без разрывов, с двух сторон каждой платы. После изготовления корпуса и распайки деталей, корпус со всех сторон покрыть нитролаком или клеем Бф-2, если клей густой добавить немного спирта. Прорезать дорожки без нажима, острым резаком, за несколько приемов, чтобы края полосок были ровными и без заусениц. Аккуратно прорезать дорожки можно используя два резака. Режущая часть резака (кромка лезвия) затачивая под небольшим углом, в одном резаке делают левый скос, в другом правый. Медь нанесенная на стеклотекстолит прорезается первым резаком не по всей ширине, (имеется в виду ширина режущей части резака, т.е. толщина ножовочного полотна из которого сделан резак), а примерно половину ширины прорезаемой дорожки.
Вторым резаком прорезают вторую половину дорожки. При таком методе, края прорезаемой дорожки получаются ровными и без заусенец. В процессе работы необходимо несколько раз подтачивать режущую кромку лезвия резака. Пока режется медь, лезвие не тупится, но попадая на стеклотекстолит кромка лезвия быстро тупится, как на образиве. Стараться прорезать только медь не углубляясь глубоко в стеклотекстолит. Экран перегородку из белой жести, припаять к стеклотекстолиту с шагом пайки 10 : 15 мм. Высота перегородки не критична примерно 20 мм. Длина полоска вторичной линии 290 мм. Улучшить параметры этого рефлектометра можно положив ( наклеив) полоску стеклотекстолита поверх двух полосковых линий, предварительно сняв фольгу с двух сторон этой полоски. Толщина этой пластинки не критична 1,5 : 3 мм. Размер 20 х 290 мм. При такой коррекции выравниваются четные и нечетные модели длин волн, а так же компенсируется реактивность. Улучшается КСВ основной и вторичной линий. Сверху корпус можно закрыть запаяв стеклотекстолитовую или из белой жести крышку.
Глубина корпуса, выбрана с большим запасом крышку можно утопить на глубину 5 мм, при этом, это ни каким образом не изменяет параметры направленного ответвителя. Таким рефлектометром удобно настраивать антенны мобильных станций в диапазоне 27 мГц имеющими не большую выходною мощность.
Источник
