|
|
КСВ метр от RV4HV
Данное схемное решение скопировано с промышленного КСВ метра ROGER RSM-200 имеющего следующие хар-ки:
- Полоса частот от 1.6 мГц до 200мГц
- Проходная мощность не более 200 ватт
Принципиальная схема:
Прибор не реверсивный, поэтому надо соблюдать правильность включения входа и выхода. Трансформаторы L1 L2 намотаны на ферритовых кольцах типоразмер 12x7x6 мм проводом пэв-0.4мм 22 витка, мотается равномерно по всей окружности кольца. Затем в оба намотанных кольца вставляется латунная трубка диаметром 3,5мм и длинной 40 мм (я использовал элемент антенны от карманных приёмников) и распаивается на разъемах PL. Образец приведён на фотографии.
Дроссели L3 L4 мотаются на аналогичных кольцах и имеют по 19 витков ПЭВ 0.4мм. Обратите внимание, что через отверстия колец L3 L4 в кембрике пропущены перемычки, которые соединяют диоды и дроссели L1 L2 (как показано на схеме и видно на фото). Печатная плата двухсторонняя, на стороне показанной на фото, расположены два пятачка для пропайки разъемов PL. На второй стороне расположены остальные элементы схемы:
Выводы элементов должны быть предельно короткие.
Печатная плата выполнена утюжно-лазерной технологией её размеры 60мм Х 33мм. Плата помещается в жестяной экран 60 Х 33 Х 33мм
Получившийся блок располагают в любом удобном корпусе из алюминия или текстолита с измерительной головкой и переключателями. Все переменные и подстроечные резисторы располагаются на отдельной плате около изм. головки. Настройка КСВ метра сводится к калибровке обратной волны резистором R3. Калибровка мощметра производится резисторами R4, R5 в поддиапазоне 200 и 20 ватт.
АНТЕННОСКОП ДЛЯ ДИАПАЗОНА 144 МГц
Этот прибор предназначен для измерения входного сопротивления антенн двухметрового диапазона в пределах от 20 до 150 Ом. Антенноскоп (см. рисунок) состоит из генератора шума, мостовой схемы и индикатора баланса моста. Генератор шума выполнен на кремниевом СВЧ диоде V1. на который подано обратное смещение. Высокочастотные шумы, генерируемые диодом V1, усиливаются двухкаскадным широкополосным усилителем на транзисторах V2 и V3. С выхода усилителя шумовой сигнал через симметрирующий трансформатор T1 поступает на мостовую схему.
Она образована резистором R12, верхней и нижней (по отношению к движку) частями переменного резистора R10 и входным сопротивлением антенны, подключаемой к разъему Х2. Индикатор баланса моста (связной приемник любительской радиостанции, перекрывающий диапазон 144— 146 МГц) подключается к разъему XI. Резистор R11 служит для ослабления влияния индикатора на мостовую схему, а конденсаторы С7 и С8 — для компенсации индуктивных составляющих цепей монтажа антенноскопа.
Симметрирующий трансформатор T1 выполнен на кольце типоразмера К7x4x2 из феррита марки М50ВЧ2. Обмотки I—III имеют по 9 витков провода ПЭЛШО 0,3, причем обмотки Iи III наматывают одновременно двумя проводами, а обмотку II — отдельно.
Корпус прибора имеет размеры 60x95x25 мм. Он изготовлен из меди или латуни толщиной 0,5 мм. Внутри имеется одна перегородка с двумя отверстиями для подачи шумового сигнала с симметрирующего трансформатора на мост. В одном отсеке размещают генератор шума и батарею «Крона» для его питания, в другом — высокочастотный мост. Все швы должны быть тщательно пропаяны.
Подключив к антенноскопу связной приемник, убеждаются в наличии шума. Затем к разъему Х2 подключают образцовое безындуктивное сопротивление 50—100 Ом и находят положение движка переменного резистора R10, при котором прослушивается минимум шумов на выходе приемника. После этого подстроечным конденсатором С8 компенсируют индуктивную составляющую монтажа моста (также по минимуму шумов на выходе приемника). Для градуировки шкалы антенноскопа подключают к разъему Х2 образцовые резисторы с сопротивлением 20—150 Ом.
Прибор можно использовать и для определения резонансной частоты антенны. Для этого необходимо на связном приемнике найти такую частоту, на которой шум при балансе моста будет минимальным.Еще раз об УКВ рефлектометре.
Наверно ни кому не нужно доказывать и убеждать в том, что успех работы в эфире зависит от антенны и от степени ее согласования и настройки.
В большей степени это касается УКВ диапазонов, где уровни сигналов РЛ станций малы, а затухания по фидерным линиям питания антенн велики. В такой ситуации и начинает играть главную роль точность согласования. Произвести такую настройку без УКВ рефлектометра просто невозможно. В литературе на данную тему было предложено достаточно много схем и вариантов КСВ-метров для КВ диапазонов, все они прекрасно работают на частотах до 30 МГц. Что же касается УКВ , то этот вопрос не достаточно освещен. В связи с этим, хочу предложить вниманию радиолюбителей, работающих на УКВ диапазонах, вариант УКВ рефлектометра, достоверно работающего в полосе частот 130-480МГц.
В основу устройства заложен двунаправленный ответвитель на полосковых линиях рис 1:
Он изготавливается из фольгированного стеклотекстолита толщиной 6 мм. Полосковая линия w-1 имеет волновое сопротивление 50 Ом. Параллельно соединенные линии w-2 и w-3, Рассчитываются на волновое сопротивление 100 Ом, Нагружены на безиндуктивное сопротивление 50 Ом
с их противоположных концов снимаются напряжения Uпр и Uобр. Далее эти напряжения выпрямляются диодами D1 и D2. С анодов диодов снимаются постоянные напряжения пропорциональные Uпр. и Uобр. и поступают на схему индикации. Ее можно собрать по схеме рис.2.
Но лучше и удобнее использовать цифровую схему подробно описанную в Радиоаматор №7 2004 г предложенную US5WDQ.
Во всем выше изложенном нет ничего нового, но нужно заострить внимание на том, что, чтобы говорить о какой либо точности измерений на частотах 70см диапазона, ответвитель должен быть выполнен с особой тщательностью и точностью, что не всегда возможно осуществить в радиолюбительских условиях. Исходя из этого, пользуясь предлагаемой методикой изготовления ответвителя можно получить довольно неплохие результаты.
Теперь о некоторых конструктивных особенностях.
Стеклотекстолит с толщиной диэлектрика 6мм выбран не зря, ведь тем более такой материал промышленностью не выпускается. Исходя из формулы рис 3.
Если использовать широко распространенный фольгированный стеклотекстолит
Толщиной 1,5мм то ширина полосковой линии имеющей 50 Ом должна быть 2.7 мм. Уход от этого размера на одну, две десятых мм вызовет уход волнового сопротивления на 5…10 Ом соответственно, что приведет к ощутимым погрешностям в работе ответвителя. При толщине материала 6мм. ширина полосковой линии имеет 11мм. Понятно, что чем шире дорожка, тем легче обеспечить точность размера. 6мм фольгированный стеклотекстолит изготавливается следующим образом: по размерам платы рис.1 вырезаются 4 заготовки из 1.5мм ф.стеклотекстолита. У двух из них металлизация удаляется с двух сторон у двух других только с одной. Заготовки промазываются клеем типа ЭДП собираются в пакет и зажимаются в тиски. После высыхания клея заготовка вынимается из тисков. Чтобы выяснить какая диэлектрическая проницаемость получилась у такого «слоеного пирога» нужно воспользоваться измерителем емкости, измерив емкость получившегося конденсатора. Зная емкость находим диэлектрическую проницаемость из формулы рис.4
У меня получилось 4.7….5. Изходя из полученных данных рассчитываются конструктивные размеры полосковых линий по выше приведенной формуле.
Из полученной заготовки плата ответвителя изготавливается или фото способом или с применением «кмпьютерно-утюжной» технологии или при определенной сноровке простым резаком из ножовочного полотна. Печатную плату ответвителя впаивают в прямоугольную рамку из латунной или медной полосы толщиной 0.8-1мм. На торцевых стенках рамки устанавливают ВЧ раземы соответствующего волнового сопротивления.
После этого рефлектометр нужно проверить. Для этого на вход от передатчика или ГСС подают вч напряжение, а выход нагружают на эквивалентную нагрузку 50 Ом. Можно воспользоваться готовыми вч нагрузками от АЧХ Х1-13, Х1-49, Х1-50. Подбором резистора R1 добиваются показаний КСВ=1. После этого поочередно подключают к выходу нагрузки сопротивлением 75 и 100 Ом показания должны быть 1.5 и 2 соответственно. Настроенный ответвитель закрывают с двух сторон крышками из меди или латуни. Поскольку ответвитель симметричный его вход и выход можно менять местами, учитывая, что выходы Uпр. и Uобр. тоже поменяются местами.
Индикатор выходной мощности трансивера или усилителя мощности ВЧ
На приведенной схеме показан один из самых простых индикаторов, который можно собрать на широкодоступной микросхеме и минимальном количестве деталей.
При настройке необходимо подобрать сопротивление резистора R1, номинал которого зависит от конструкции КСВ-метра и выходного напряжения с него.
Расчет вести из того, что максимальную мощность (100 Ватт) индикатор покажет при входном напряжении на 5-й ножкемикросхемы - 10 Вольт
 Используемые компоненты:
Микросхема - LM3915,
светодиоды любого типа, цвет по вашему усмотрению (можно все разного цвета),
резисторы МЛТ-0,125
конденсаторы - любого типа,
Назначение некоторых выводов микросхемы
5 - входной сигнал,
7 - выход опорного напряжения,
8 - регулировка опорного напряжения,
9 - режим работы. Индикатор поля — волномер
Схема собирается из старых деталей, навесной монтаж прямо на индикаторе, на пластинке облуженного фольгированного текстолита. Может быть весьма полезна при настройке выходных каскадов передатчиков и антенн УКВ-диапазона 144 МГц.
 При использовании головки с током полного отклонения 100 мкА, излучение 300 мВт «хэндика» со штатной «резинкой» регистрируется на расстоянии более 10 м, т.е. нескольких длин волн. Катушка — бескаркасная, 4 витка провода 0,5 на оправке 4 мм, отвод — от 3-го витка. Антенна — вертикально стоящий кусок проволоки диаметром 1…2 мм и длиной 0,5…1 м. Подстроечный конденсатор — типа КПВМ-1 с воздушным диэлектриком, к оси припаян указатель шкалы — отрезок провода.УКВ РЕФЛЕКТОМЕТР На рис.1 показана конструкция УКВ рефлектометра на плоской коаксиальной линии (рабочий диапазон 100-600 Мгц). КСВ, вносимый самим прибором в линию передачи, порядка 1,1-1,13 в указанном диапазоне. Прибор состоит из отрезка плоской линии 1 и измерительной голой линии 2 с направленным ответвителем 3.
Puc.1 
На рис.2 показан основной вертикальный разрез рефлектометра. Наружная поверхность плоской линии сделана из двух дюралевых пластин 5 размером 115х195Х2 мм, соединенных между собой двумя отрезками швеллера 4 размером 2Х18Х25,04мм, длиной 115 мм. Внутренний проводник линии 6 сделан из куска латунной трубки диаметром 9,4 мм, длиной 160 мм, удлиненной с обоих концов ступенчатыми переходами 7, компенсирующими неравномерности самой линии и перехода ее во внешние коаксиальные разъемы 8.
Разъемы крепятся к швеллеру 4 четырьмя винтами М3, соединение их с внутренним проводником 6 делают в зависимости от конструкции самого разъема.
Puc.2 
В центре одной из пластин 5 сделано отверстие диаметром 10 мм и над ним крепится измерительная головка прибора. Механически головка состоит из двух отрезков гильзы N 20 и служит основанием 9 для поворотной части головки 10 из гильзы N 24.
В поворотной части головки смонтированы все детали направленного ответвителя: петля связи 3, нагрузочное сопротивление 11, детектор 12 и держатель детектора 13. К дну гильзы 10 припаян диск 14 из латуни 0,8-1,2 мм диаметром 26 мм; обод диска рифленый, так как он служит и ручкой поворота всей головки. На гладкую поверхность диска 14 уложена прокладка из слюды 0,8-0,1 мм, поверх которой наложен еще латунный диск 15, служащий второй обкладкой развязывающего конденсатора головки. Плоскости конденсатора стянуты вместе через слюду при помощи винта 16, проходящего через изолирующую втулку 17. Резьба под М2 для винта 16 сделана в центральной части дна, где обычно располагается капсюль.
В опытном образце рефлектометра сопротивление 11 желательно сделать сменным, поэтому его заземляемый конец крепится в дне гильзы при помощи стопорного винта 18 с резьбой М2. Толщина дна для этой цели вполне достаточна. В повторных конструкциях этот узел можно упростить и сопротивление R1=120-130 ом типа МЛТ впаивать в тонкую боковую стенку гильзы примерно так, как это показано на рис.2.
Держатель детектора 13 имеет внешнюю резьбу М2 и внутреннюю резьбу М3, куда ввинчивается детектор типа ДКИ. Тонкая ножка держателя проходит через отверстие диаметром 4,2 мм в дне гильзы 10 и ввинчивается в резьбу М2 в диске 15 конденсатора развязки. После подбора нужной высоты держателя 13 его положение фиксируют еще контргайкой, под которую одновременно подкладывают лепесток для соединения с микроамперметром.
Петля 3 ответвителя Lc сделана из провода диаметром 0,6 мм, имеет длину 12-13 мм и расстояние между центрами 2,6-2,8 мм. Ее левый конец припаян к проводу вывода сопротивления R1, правый, идущий к детектору, - к малому кольцу диаметром 2,0-2,5 мм, высотой 2-2,5 мм, согнутому из тонкой бронзы или латуни. Кольцо плотно надето на цилиндрический вывод детектора.
Поворот головки 10 желательно каким-либо способом ограничить в пределах 0-180°, так как отсчет ведется только в двух крайних положениях.
Применение рефлектометра. Основное назначение прибора - измерение коэффициента стоячей волны (КСВ), нагрузок и контроль согласования. Для измерения КСВ прибор включают при помощи высокочастотных разьемов между выходом передатчика и кабелем антенны. Головку ответвителя ставят в положение измерения падающей волны (ПВ), т.е. петлей в направлении к генератору, и связь с передатчиком подбирают такой, чтобы получить удобный отсчет по шкале прибора a1. Затем головку поворачивают в направлении к нагрузке для измерения отраженной волны a2. P=Uотр/Uпад=Sqr(a2/a1) где Uотр и Uпад - значения напряжений, на которые реагирует рефлектометр;
a1 и a2 - отклонения прибора;
(Sqr - корень квадратный).
Зная коэффициент отражения Р, можно определить и КСВ в измеряемой линии: K=(1+P)/(1-P) Пусть, например, антенна дает a1=20, a2=5, какой будет КСВ и потеря мощности? P=Sqr(5/20)=0,5 следовательно, K=(1+0,5)/(1-0,5)=3,0 Такие подсчеты нужны лишь в том случае, когда по каким-либо соображениям нельзя добиться согласования и узнать мощность, которую действительно излучает антенна с учетом всех потерь. Однако чаще всего рефлектометр сначала используют как индикатор рассогласования, сопоставляя a1, a2, первое должно быть большим. Если удастся, например, перемещением рефлектора в антенне "волновой канал" добиться того, что a2 будет в 10 раз меньше a1 при незначительном изменении усиления антенны, то дальнейшего уменьшения отраженной волны надо уже добиваться согласующим трансформатором или изменением диаметров и расстояний у сложных петлевых вибраторов. Соотношения a2/a1=10, <- 15, <- 20 соответствуют КСВ=1,93, 1,7, 1,57 и потеря мощности Рп=10%, 8%, 5%. Следовательно, приемлемым надо считать соотношение a2/a1=10, так как более высокие соотношения требуют точности и от самого рефлектометра. Точность его оценивается соотношением a2/a1 без нагрузки на разъеме Р2. В этом случае вся мощность падающей волны должна отразиться обратно, т. е. a2=a1 или a2/a1=1. Отклонение от 1, выраженное в процентах, можно считать погрешностью b прибора. В описываемой конструкции b=1,3% на 400 Мгц, 1,6% на 600 Мгц, 2,2% на 900 Мгц. Уменьшить погрешность в желаемом узком участке диапазона можно подбором длины петли связи Lc и величиной сопротивления нагрузки R1 петли. Например, для диапазона 120-450 Мгц меньшую погрешность дает Lc=19 мм, d=4,0 мм при R1=160-170 ом, Рп=5-6%.
КСВ метр своими руками
С помощью рефлектометра можно настраивать антенны, измерять выходную мощность передатчика, согласовывать между собой промежуточные и выходные каскады, согласовывать выход передатчика на 144 МГц со входом утроителя на 430 МГц и выход утроителя с нагрузкой и т.д. Принципиальная схема рефлектометра для УКВ диапазонов 144/430 МГц приведена на
Рис. 1 
Основу устройства составляет двунаправленный ответвитель, выполненный на полосковой линии Е1 с двумя петлями связи L1 и L2. С них и снимаются напряжения прямой и отраженной волн, которые выпрямляются диодами V1 и V2. В зависимости от положения переключателя S1 измеряются либо то, либо другое напряжение. Петли связи нагружены на резистор R2. Резистором R1 регулируется чувствительность прибора. Емкость блокировочных конденсаторов С1 и С2 для диапазона 144 МГц - 0,022 мкФ, для 430 МГц - 220 пФ.
Конструкция линии с петлями связи для диапазонов 144/430 МГц показаны на рис.2а, б соответственно.
Рис. 2 
Размеры даны для несимметричного фидера с волновым сопротивлением 75 Ом. Линия и петли связи выполнены на печатных платах из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 4 мм. При использовании другого материала ширину линии можно найти из формулы:
где Z - волновое сопротивление линии, Ом;
E - диэлектрическая проницаемость используемого материала (для стеклотекстолита Е=5);
D - толщина материала, мм;
b - ширина полосковой линии, мм.
Печатные платы впаивают в прямоугольную рамку из латунной полосы толщиной 0,8...1 мм и шириной 30 мм. Припаивать печатную плату нужно с двух сторон. На торцевых стенках рамки можно укрепить коаксиальные ВЧ разъемы. Если же использовать рефлектометр в какой-то конкретной цепи и не предусматривать его отключение, коаксиальный кабель можно припаять непосредственно.
Вход и выход полосковой линии через проходные конденсаторы или пистоны выводят на противоположную сторону печатной платы. На ней размещают резистор R2, диоды и конденсаторы. Для этого симметрично выводам петель связи на противоположной стороне делают опорные точки - вырезают кольцевые канавки в фольге так, чтобы получились "пятачки" диаметром 5 мм. К этим "пятачкам" и припаивают диоды V1 и V2 и резистор R2.
Диоды устанавливают между выводами петель связи и блокирующими конденсаторами. Конденсаторы применяют типа КМ, КГЛ или, в крайнем случае, СГМ. Их тонкие проволочные выводы отрезают, диоды припаивают к металлизированному участку конденсатора. Вторую обкладку конденсатора припаивают к общей поверхности фольги, как показано на рис.3.
Рис.3 
Время пайки должно быть минимальным, так как при перегреве диоды выходят из строя.
Переключатель S1 - МТ-1. Резистор R2 - безиндукционный (УЛИ или МЛТ-0,25).
Стрелка микроамперметра на 100 мкА отклоняется на всю шкалу в положении переключателя "Прямая" при мощности на 144 МГц примерно 50 мВт и на 430 МГц - 100 мВт. При большей мощности чувствительность прибора необходимо понижать, вводя резистор R1.
После монтажа и сборки рефлектометр необходимо настроить. Для этого подают на вход сигнал от передатчика или ГСС, а выход нагружают на эквивалентную нагрузку 75 Ом. Можно воспользоваться готовым ВЧ эквивалентом от измерителей АЧХ Х1-13, Х1-19, Х1-30. Подают такое напряжение ВЧ, чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу в положение переключателя S1 "Прямая". Затем переключатель переводят в положение "Отраженная" и подбором резистора R2 добиваются нулевого показания. Эту процедуру повторяют несколько раз с каждым из вновь включаемых резисторов. Настроенный рефлектометр закрывают с двух сторон крышками.
Поскольку рефлектометры симметричны, их входы и выходы можно поменять местами.
|
