Универсальный измеритель КСВ

В.Ефремов, г.Ессентуки,
Для эффективной работы любой передающей радиостанции необходимо свести к минимуму потери ВЧ энергии, неизбежные при ее передаче от радиопередающего устройства (ТХ) к антенне по фидерной линии. Это возможно лишь при высоком качестве согласований и, следовательно, при наличии прибора, позволяющего контролировать их с достаточной точностью. На практике наибольшее распространение получили измерители, построенные по схемам либо мостового типа, либо с применением измерительных токовых трансформаторов или направленных ответвителей различных конструкций. Все они в определенных случаях имеют как достоинства, так и недостатки, что достаточно полно описано в литературе [ 1, 2, 3,4]. Учитывая это, желательно иметь достаточно универсальный измеритель КСВ, а также эквивалент нагрузки в его составе (встроенный в прибор).
Именно такими качествами обладает универсальный измеритель КСВ, схема которого показана на рис. 1.


В нем объединены оба указанных выше типа измерителей и эквивалент. В основу схемы мостового измерителя положена схема, описанная в [3]. От подобного устройства, описанного ранее в [4], данная конструкция отличается простотой, отсутствием дефицитных деталей (реле) и малыми габаритами (180 х 100 х 80мм). Кроме того, по мнению автора, не имеет смысла объединять измерители КСВ с согласующим устройством или РА, так как при этом, во-первых, все равно понадобится их тщательное экранирование, а во-вторых, значительно сужаются возможности их практического применения.
Данный прибор может быть выполнен для волнового сопротивления 50 или 75 Ом при соответствующем выборе элементов (таб.2) и конструкции и использоваться при выходной мощности до 100 Вт. Он позволяет Контролировать: выходную мощность ТХ в процессе настройки РА на эквиваленте нагрузки без излучения энергии в эфир; уровень отраженной волны или значение КСВ при пониженном уровне мощности в фидере и излучении в эфир; уровень прямой и отраженной волны, а также КСВ при номинальной мощности в процессе работы ТХ на реальную нагрузку (антенну). Так как основные свойства и способы применения обоих видов измерителей КСВ достаточно полно описаны в указанной литературе, ограничимся лишь некоторыми конструктивными и эксплуатационными особенностями данного варианта прибора. Прежде всего, это возможность реализации трех основных режимов указанных выше.
1. В верхнем по схеме положении переключателя SA2 выход ТХ будет нагружен на эквивалент нагрузки (R5 — R5n). При этом энергия антенной не излучается, что позволяет настраивать РА без создания помех на рабочей частоте и контролировать его выходную мощность, если шкалу прибора РА1 проградуировать непосредственно в ваттах. Градуировку производят при максимальной мощности ТХ. Выключатель SQ3 должен быть разомкнут (положение — «изм-Pw»). К разъему XS1 подключить ламповый вольтметр (например, ВК7 — 9). ТХ настраивают на максимальную мощность в нагрузке и, отрегулировав показания прибора РА1 подстроечным резистором R7 в конце шкалы, измеряют ВЧ напряжение (ЛВ). Мощность определяют по формуле Pw-U2(B)/50(75) (Ом). Затем, уменьшая мощность ТХ, градуируют шкалу таким же образом.
2. В среднем положении переключателя SA2 большая часть энергии ВЧ рассеивается на эквиваленте нагрузки, а некоторая ее часть через резисторы R10 — R11 поступает в блок измерительного моста и в антенну. Для моста определяющим является результирующее значение двух параллельно соединенных резисторов R12, R13. Следовательно, — если подключить к разъему XS3 безиндукционный нагрузочный резистор (не менее 2 Вт) с сопротивлением равным эталонному, то показания РА1 будут минимальными, а КСВ, следовательно, близким к 1. Заменяя нагрузочные резисторы другими номиналами, например, в 1,5, 2 или 3 раза большими, можно проградуировать шкалу РА1 непосредственно в КСВ, соответственно 1,5, 2 и 3 . Подстроечный резистор R6 позволяет отрегулировать показания прибора РА1 и сделать шкалу сжатой или растянутой для малых значений КСВ. Следует помнить, что точность показаний КСВ-метра будет максимальной в том случае, когда мощность, подводимая к мосту, не будет значительно отличаться от той, на которой производилась градуировка прибора. Однако, в работе можно калибровать измеритель переменным резистором R15, что производят в первом положении переключателя SA2 при замкнутых контактах выключателя SQ3 ("Калибр"). Необходимо учитывать, что при этом точность измерений будет несколько ниже (из-за возможного разброса реальных значений резисторов R6, R7). Несмотря на это, в этом положении .переключателя SA2 измерителем можно успешно пользоваться для предварительной настройки антенн, АСУ, в начале работы и при переключении антенн или при переходе на другой частотный участок или диапазон. Все перечисленные операции необходимо выполнять с минимально возможным излучением энергии в эфир, что и позволяет осуществить данный прибор. Пренебрежение к этим требованиям не только порождает взаимные помехи, но и может явиться причиной сокращения срока службы контактов и токосъемников, различных элементов РА и АСУ, а в некоторых случаях — привести к выходу из строя РА. В особенности это касается РА, выполненных на мощных транзисторах, так как большинство из них не приспособлено к работе при высоких значениях КСВ. При работе с прибором в этом режиме следует учитывать значительное влияние контактов токосъемников переменных конденсаторов и вариометров АСУ и РА. При настройке этими элементами из-за неоднородности контактов могут возникать значительные броски стрелки прибора РА1, от которых его частично защищают VD4, VD5.
3. В нижнем по схеме положении переключателя SA2 измеритель позволяет контролировать уровень прямой и отраженной волны в зависимости от положения переключателя SA1 и определять КСВ. Калибровку и настройку прибора в данном режиме производят соединив коаксиальным соединителем разъемы XS1 и XS3. При этом переменным резистором R15 также можно осуществлять калибровку прибора уж в работе.
Несколько слов о назначении и конструкции переключателей SQ3 и SA2. В процессе работы с измерителем выяснилось, что для определения мощности по шкале прибора (PA1 не совсем удобно переводить движок R15 в крайнее положение, при котором ранее производилась калибровка измерителя мощности (это нарушало калибровку в режиме измерения КСВ). Чтобы устранить этот недостаток, пришлось в уже готовый прибор ввести переключатель SQ3. Чтобы не переделывать панель прибора, пришлось совместить его с осью R15 механически, так что при нажатии на ручку контакты SQ3 замыкаются и удерживаются в таком положении. Это механическое усложнение оказалось весьма удобным, хотя в нем нет прямой необходимости.
В качестве переключателя SA2 можно использовать обыкновенный га летный переключатель на керамической основе. Для надежности лучше соединить по 2 галеты, спаяв их контакты параллельно, а для уменьшения монтажной и межконтактной емкостей можно использовать группы контактов через одно положение. Между платами SA2,1; SA2,2 и SA2,3 необходимо установить металлические экраны, которые должны быть надежно заземлены. Не следует устанавливать галеты переключателя очень близко к экранам, а между SA2,1 и SA2,3 желательно установить пружинящий и заземляющий ось переключателя токосъемник.
Табл. 1

N

Обозначение элемента по схеме

SA2

SA1

SQ3

R15

п. п.

Назначение и наименование

"Род   работы"

-Up.   Uбp.-

"Калибр -Изм-Pw-

"Чувствительность(РА1)

 

Вид измерений

Положение контактов

 

Положение движка

1

Измерение «Pw»

«Эквивалент»

«1»-верхнее по схеме. Излучения в эфире нет

*

-Изм-Pw-

#

 

Выходной мощности

 

разомкн.

 

2

Калибровка мостового измерителя КСВ

то   же

#

"Калибр." замкнут

Устанавливают стрелку РА1 на калибр, метку

3

Измерение КСВ

«Настройка» «2» среднее по схеме. Излучение в эфир мало

#

то же

Не изменять!

 

мостовым измерителем

 

 

 

4

Контроль «U обр.» При настройке ГХ. антенны. АСУ

#

то же

Регулируют по необходимости, увеличивая чувствительность

5

Контроль и калибр, «пр.» в фидере

«Работа» «3» нижнее по схеме. Полное излучение в эфир

Uпр/(1-с)

то же

Установка стрелки РА1 на калибр, метку

6

Измерение «U обр.» и КСВ в фидере

Uобр/(2-с)

то же

Не изменять!

7

Контроль «U обр.» при подстройке ТХ. антенны, АСУ

то же

то же

то же

Регулируют по необходимости, увеличивая чувствительность

8

Измерение «Pw» в фидере при КСВ близком к 1

то   же

Uпр/(1-с)

-Изм.Рм-разомкн.

*

Примечания: *, # — на показания РА1 не влияют. Назначение некоторых элементов прибора:
ХS1 —для подключения лампового вольтметра и др. приборов при контрольных измерениях и настройке ТХ.
XS2 — для подключения измерителя к выходу ТХ.
XS3 — для подключения антенны или АСУ (антенно согласующих устройств).
R4 — начальная установка показаний РА1. производится в режиме N 4. при отключенной антенне, влияет на «растянутость» шкалы в области небольших значений КСВ.
R7 — начальная установка показаний РА1 в режиме N 1, определяет максимальное значение измеряемой головкой РА1 мощности.
R15 — регулировка чувствительности прибора (головки РА1); может быть конструктивно объединен с выключателем SQ3. Например, при нажатии на ручку, соединенную механически с движком R15. контакты SQ3 замыкаются и удерживаются в таком положении; при этом уменьшается число органов управления на передней панели.
С1 — подстроечный конденсатор для настройки измерителя с токовым трансформатором на минимум показаний РА1. которая производится в режиме N 4 (КСВ-1). антенна к XS3 не подключается.
VD4. VD5 — служат для защиты прибора РА1 от ВЧ наводок и перегрузок.
Табл. 2.

Обозначение элементов по схеме

Рекомендуемые действующие значения (номиналы) под волновое сопротивление

Тип. количество и номиналы элементов

50 Ом

75 Ом

R1

З.ЗК

МЛТ 0.5 Вт

R2. R3

30 Ом

МЛТ 0.125 Вт. 4шт. по 120 Ом*

R4. R5. R7

100 К   —   330 К

подстроенные. СПО 0.15 — 0.5**

R5— R5n

50 Ом

75 Ом

не менее 20 шт. МЛТ 2 Вт соответствующих номиналов*

R8.R9

50 Ом

75 Ом

МЛТ 0.5 Вт. 2 шт. по 100 или 150 Ом соответственно*

RIO. R11

1.65 К

2.35 К

МЛТ 2 Вт, 2 шт. по 3.3 К или 4.7 К соответственно

R12. R13

50 Оm

75 Ом

МЛТ 0.5 Вт. 1%. 100 Ом u 150 Ом соответственно

R14

3.3К

МЛТ 0.5 Вт

R15

47   —   100 К

СП-1**

С1

2   —   15 пФ

воздушный, зазор 1 мм

С2

270 пФ           |          390 пФ

керамический КД. КТ

СЗ. С4. С7

4.7 н   —   6,8 н

то же

С5

10 н   —   15 н

то же

С6

3.3 н   —   6.8 н

проходной керамический

L1

100 мкГн

Д 0.1

VD1.VD2.VD3

Д18

аналогичные, германиевые

VD4. VD5

КД503

аналогичные, кремниевые

PAI

50 — 200 мкА

М24 и т.п. Р рамки -2 К

ТР1

68 мкГн

К20 х 10 х 5  40 вит. ПЭЛШО 0.15 1 - 50 — 100 ***

Примечания: * — состоят из параллельно включенных резисторов, для увеличения мощности и уменьшения общей индуктивности. Желательно применять резисторы без проточенных канавок.
** — номиналы выбирают в зависимости от параметров головки микроамперметра РА1. а соотношение номинала R15 к R4. R6. R7 в соответствии с необходимостью регулировки (диапазона индицируемых мощностей).
*** — точное количество витков определяют в зависимости от марки и размеров имеющегося ферритового кольца; критерий получения равномерных показаний прибора РА1 в режиме N 8 во всем рабочем диапазоне частот при определенной, постоянной мощности ТХ (1.8 — 30 МГц).
В случае отсутствия подходящего кольца возможно использование в качестве сердечника центральной части (броневого) сердечника из карбонильного железа подходящих размеров.
Литература:
1. Бекетов В., Харченко Н. Измерения и испытания при конструировании и регулировке радиолюбительских антенн. — М.: Связь, 1972. — С. 195 — 228.
2. Бунин С., Яйленко Л. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. — М.: Техника, 1984. — С.234 — 244.
3. Антенный индикатор для передатчика. Радиотехника, Венгрия, 1989, N 8, С.339 — 400 (или «Radio Communication, 1988, N10).
4. Подгорный. Антенный тюнер. Радиолюбитель, 1991, N 1, С.8 — 9.
Радиолюбитель 1/94

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR