КСВ метр своими руками (материал предложен Владимиром Неклюдовым) 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. 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. 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.

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.

Эти баночные антенны в основном хвалят. Вот и я решил проверить, какой реальный диапазон они имеют, и каким КСВ обладают. Начну я со штыревой антенны, как наиболее простой и эффективной, проверенной на опыте при проведении дальних связей. Такая конструкция может пригодиться на все случаи жизни или на все стороны излучения и приёма, поскольку в горизонтальной плоскости она имеет круговую диаграмму направленности.
На графике зависимость КСВ (коэффициента стоячей волны) от частоты в интервале от 100 до 2000 МГц.

Оптимальное значение КСВ – единица, это провал частотной характеристики, диапазон частот, обеспечивающий наилучшее согласование. Изменение значения КСВ от 1 (отлично) до 2-х (вполне удовлетворительно). Размер каждой горизонтальной клетки соответствует 200 МГц. При большой полосе обзора погрешность прибора максимальна.

Конструкция штыревой антенны.

Фото 1.

Фото 2.

Мне понадобились всего две пол-литровые ёмкости, где одна банка служит излучателем, а вторая - противовесом. Задача противовеса – уменьшить токи высокой частоты по внешней оплётке коаксиального кабеля и обеспечить лучшее с ним согласование. Для удобства я использовал высокочастотные разъёмы (получив, таким образом, разборную антенну), хотя оплётку коаксиального кабеля и центральный провод можно закрепить с помощью гаек, шайб и винтов. Место крепления проводов и разъёмов к банке очистил от лака или пищевой пленки для лучшего контакта. В донышке одной банки пробил отверстие, пропустил коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. С противоположной стороны банки закрепил оплётку кабеля, а его центральный проводник соединил с другой банкой.

Фото 3.

Таким образом, верхняя банка представляет собой четвертьволновый излучатель, а нижняя, которую я назвал противовесом, оправдывает своё название как симметрирующее устройство. Благодаря такой конструкции я могу рассматривать антенну посредством соединительного кабеля на некотором расстоянии от генератора, чтобы оценить её параметры отдельно от прибора, а не в совокупности с ним.

Характеристики штыревой антенны.

Входное сопротивление 50 Ом. Диапазон 240 – 830 МГц. КСВ в пределах 1,0 – 2.0.

Круговая диаграмма направленности в горизонтальной плоскости.

Измерения антенны проводил по нескольким приборам, не забыв использовать самодельный КСВ-метр. Таким образом, мой КСВ-метр получил аттестацию, поскольку характеристики исследуемых антенн совпали.

С уверенностью теперь могу сказать, что получилась достаточно широкополосная антенна, захватывающая диапазон от 240 МГц до 830 МГц. Таким образом, антенна настроена на все аналоговые телевизионные каналы дециметрового диапазона, включая все мультиплексные пакеты эфирного цифрового телевидения, радиолюбительские диапазоны 70 см (430 – 438 МГц) и диапазон PMR связи (446 МГц). В рабочем диапазоне частот её КСВ колеблется от 1,0 до 2,0. Хорошие показатели, по край ней мере передатчик по максимуму отдаст свою мощность в эфир, так как его выходной каскад отлично согласован с самодельной конструкцией.

Для приёма телевизионных программ следует использовать горизонтальную поляризацию, расположив баночки горизонтально и поворачивая их в этой плоскости найти оптимальный уровень приёма.

Фото 4. Заводская конструкция штыревой антенны.

Использование пивных баночек в изготовлении антенн не ноу-хау. Аналогичные антенны давно используются в массовом производстве и при этом имеют неплохие характеристики. Внешне они выглядят как штыревые, но обладают особенностью работать с коаксиальным кабелем, поэтому имеют лучшую эффективность за счёт более высокого расположения их от поверхности земли.
На фото 4 антенна сделана из полых латунных цилиндров.

Конструкция антенны « Ground Plane ».

Фото 5.

Следующий тип антенн, не менее эффективных и широко распространённых – это вертикальная антенна с противовесами «Ground Plane ». Разница лишь в том, что противовесы, их количество обычно составляет от 3-х до 4-х (мне удобно было сделать 4) и расположены они под углом от 40 до 90 градусов к вертикали. Времени на её изготовления было затрачено больше, хотя всего-то потребовалось разрезать противовес-банку и развести лепестки под углом к вертикали. Очень неуклюжая получилась конструкция, что нельзя сказать о характеристиках. КСВ практически, как и у штыревой антенны и чуть больше получился диапазон согласования.

Характеристики антенны « Ground Plane ».

Входное сопротивление 50 Ом. Диапазон от 220 до 900 МГц. КСВ в пределах 1,2 до 2,2.

Конструкция симметричного разрезного вибратора.

Не мог я пройти мимо разрезного вибратора, сделанного также из двух ёмкостей. Такую антенну ещё называют горизонтальным полуволновым диполем. Именно такие антенны используют большинство любителей творить самоделки. Его входное сопротивление 73 -75 Ом, а диаграмма направленности существенно отличается от предыдущих антенн. Это восьмёрка с двумя максимумами излучения и приёма в горизонтальной плоскости диполя и с минимум излучением и приёмом по торцам. Конечно, меня немного смутило отсутствие симметрирующего устройства, но не остановило, чтобы проверить реальные значения КСВ в диапазоне частот в том виде этих антенн, каком их применяют на практике.

Диапазон согласования достаточно широк и занимает от 190 МГц до 770 МГц, как видно немного сместился вниз. Несколько хуже значения КСВ по сравнению со штыревой антенной. В диапазоне частот некоторые значения КСВ чуть больше значения 2,2, то есть на троечку с минусом. Возможно с согласующим устройством типа U – колена, с генератором с выходным сопротивлением 75 Ом, а не 50 Ом, КСВ улучшится, но сузится диапазон.

Характеристики симметричного разрезного вибратора.

Входное сопротивление 75 Ом. Диапазон 180 – 750 МГц. КСВ в пределах от 1,0 до 2,2.

Выводы. Всё же есть польза от пива. По крайней мере, после него остаются пустые емкости, из которых реально можно смастерить антенну с неплохими характеристиками. Согласно теории, ширина рабочей полосы должна быть в пределах 30 процентов от центральной частоты, но на практике она получилась больше.

Все перечисленные выше антенны практически не обладают коэффициентом усиления, поскольку не имеют ярко выраженной односторонней диаграммы направленности. Этот недостаток легко исправить, придав антенне направленные свойства, путём установки за ней металлического экрана в виде прямоугольника со сторонами не менее 1,5-й величины габаритного размера соединённых банок или металлическую сетку с шагом не более 1 см. На практике расстояние от экрана до банок составляет чуть меньше 4-й части длины волны и находится экспериментально по увеличению уровня сигнала на выходе антенны, который возрастает до 5 дБ и существенно повышает дальность приёма или передачи.

КСВ, характеристики, а будет ли антенна работать? В эти выходные я решил проверить первый вариант штыревой антенны за городом на предельном от него расстоянии, которое составляет около 90 километров. Место испытания многим уже известно – это мансарда, а сама антенна не наружная, а комнатная, что говорит о худших для неё условиях испытаний. При подключении антенны через 2-х метровый кабель (50 Ом) к телевизору идут программы в дециметровом диапазоне волн с помехами в виде снега. Ставлю отражатель в виде тазика для варенья, который участвовал в изготовлении детекторного приёмника, и снег на экране телевизора заметно слабеет. Подключаю приставку для приёма эфирного цифрового телевидения, и три мультиплексных цифровых пакета проходят в 100 процентном качестве с уровнем сигнала 30 процентов. Меняю тазик на решётку для барбекю, и качество теряется на 20 процентов.

Таким образом, антенна работает как комнатная и работает без усилителя.

Впереди ещё много ёмкостей разного калибра. Если выливать пиво жалко, то воспользуйтесь алюминиевой фольгой. Для дальнейшей самостоятельной работы предлагаю сделать простой самодельный КСВ-метр.

Самодельный КСВ-метр.

Современные приборы для измерения характеристик антенн очень сложны и неподъёмно дороги. Однако, имея широкодиапазонный генератор высокой частоты и простой самодельный КСВ-метр, можно определить согласование антенны в полосе используемых частот или настроить по величине КСВ антенну на нужную частоту приёма или передачи. Самое минимальное значение КСВ в большинстве случаев указывает на резонансную частоту антенны.

Самодельный КСВ-метр - это прибор мостового типа. При одинаковых сопротивлениях резистивной нагрузки 50 Ом и антенны с аналогичным сопротивлением токи одинаковой величины на милливольтметре будут вычитаться, и показание прибора будет равно 0, а КСВ = 1. Если сопротивление антенны будет отличаться от сопротивления нагрузки 50 Ом в ту или иную сторону, то и токи будут иметь разные величины, и КСВ будет ухудшаться.
На практике значения КСВ = 1 считается отличным, а КСВ = 2 считается удовлетворительным.

Фото 7.

Плату с высокочастотными разъёмами необходимо расположить непосредственно в корпусе, к месту, куда будет подсоединяться испытуемая антенна. Для некоторых типов штыревых антенн корпус будет являться противовесом. Если корпус изделия пластмассовый, то в качестве противовеса используется непосредственно печатная плата, в которой устанавливается антенный разъём.

Калибровка. С генератора подаю уровень до полной отклонения стрелки микроамперметра V п, в моём случае эта условная величина V п = 200 (деления всей шкалы микроамперметра). К антенному разъёму подсоединяю резистор 50 Ом и прибор показывает V и = 0.

КСВ = (V п + V и) / (V п – V и) = 1; КСВ = (200 + 0) / (200 – 0) = 1

Измерение. Теперь вместо резистора подсоединяю антенну и по этой же формуле считаю КСВ. В каждой точке измерения проверяю эффективность излучения самой антенны. Для этого подношу к измеряемой антенне лист металла, соизмеримый с её размерами, помахивая им словно веером. Не некотором расстоянии (это будет зависеть от мощности генератора и направленных свойств антенны, поэтому расстояние составляет от 10 см до 1 метра) антенна начнёт принимать отражённое от листа поле, и её характеристики будут меняться в такт колебания «веера», а стрелка миллиамперметра начнёт отклоняться в ту или иную сторону. Чем больше расстояние «дыхания» антенны, тем более она эффективна. Этим методом можно практически представить диаграмму направленности антенны, то есть, в какую сторону она наиболее эффективно излучает.

Если прибор для исследования частотных характеристик (Х1 - 42, Х1 - 50, Х 1 – 51 и др.) дополнить самодельным КСВ-метром, то можно наблюдать изменение КСВ по частоте на экране. Провод, идущий к микроамперметру, подсоединяю к входу УПТ характериографа (куда обычно подсоединяется детекторная головка), а на характериографе устанавливаю максимальный выход и обзор, тогда резонанс антенны – есть провал частотной характеристики, который будет соответствовать КСВ, стремящемуся к единице. Единичный уровень КСВ также калибруется подключением резистивной нагрузки с сопротивлением 50 Ом вместо антенны.

Да, и не забудьте помахать веером.

Известно, что успешная работа в эфире во многом зависит от эффективности антенны любительской радиостанции. Существует большое разнообразие коротковолновых антенн. Начинающие радиолюбители обычно используют наиболее простые, не требующие больших затрат. Более опытные устанавливают на высоких мачтах многоэлементные направленные антенны с дистанционным управлением положением главного лепестка диаграммы направленности. Но любая антенна будет давать хорошие результаты, лишь когда правильно настроена. Существенную помощь радиолюбителю в настройке антенны окажет предлагаемый прибор.

Антенну, как правило, запитывают тремя способами. На наиболее простые, например «длинный луч», питаются однопроводным фидером, являющимся частью антенны и поэтому интенсивно излучающим электромагнитные волны. При работе радиостанции на передачу такой фидер является источником помех для ближайших телевизоров. При приеме на него также наводится множество бытовых и индустриальных помех.

Некоторые антенны запитывают двухпроводным воздушным фидером или симметричным ленточным кабелем. Такой способ позволяет уменьшить излучение фидера, но широкого распространения у радиолюбителей не получил из-за необходимости использовать симметричные выходные цепи передатчика, относительно сложную воздушную двухпроводную фидерную линию или дефицитный ленточный кабель.

Наибольшее распространение получил коаксиальный фидер. При правильном согласовании и симметрировании он практически не излучает при передаче и помехозащитен при приеме. К тому же обычный телевизионный коаксиальный кабель доступен любому радиолюбителю. Описываемый ниже прибор предназначен для измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) и мощности, передаваемой по коаксиальному кабелю в антенну. Известно, что коаксиальная линия передачи характеризуется «так называемым волновым сопротивлением q, которое в основном зависит от соотношения размеров внутреннего (у кабеля - жила) и внешнего (оплетка) проводников. Наиболее часто встречаются кабели с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом. Для того чтобы мощность, подаваемая от передатчика в кабель (рис. 2.6,а), поступала в нагрузку (антенну), необходимо выполнить условие: сопротивление нагрузки должно быть равно волновому сопротивлению кабеля. В этом случае, если не принимать во внимание потери в кабеле, по всей длине между центральным проводником и оплеткой установится одинаковое напряжение и по ним потечет одинаковой силы ток (рис. 2.6,6). Конкретные значения этих величин зависят от мощности передатчика, параметров нагрузки и кабеля. Принято говорить, что при этом в кабеле устанавливается режим бегущей волны.

Но на практике чаще бывает так, что сопротивление нагрузки не равно волновому сопротивлению кабеля, т. е. между ними существует рассогласование. В этом случае в нагрузке выделяется только часть мощности (падающая волна), а появляющаяся так называемая реактивная мощность движется от нагрузки к передатчику (отраженная волна). Составляющие электромагнитного поля отраженной волны имеют начальную фазу, отличную от начальной фазы составляющих падающей волны. В результате сложения одноименных составляющих с разными фазами в кабеле образуются стоячие волны . Уровень стоячих волн можно оценить коэффициентом стоячей волны - частным от деления суммы на разность напряжений или токов в кабеле, вызванных падающей и отраженной волнами.

Рассмотрим два крайних случая рассогласования: обрыв нагрузки (RH=oo) и короткое замыкание (RH=0). В первом случае (рис. 2.6,в) напряжение на конце кабеля максимально и больше, чем в случае согласованной нагрузки (R„= 0), а ток в этой точке равен нулю. По мере удаления от конца кабеля к передатчику напряжение уменьшается, а ток возрастает. На расстоянии четверти длины волны в кабеле напряжение упадет до нуля, а ток достигнет максимума. В таком случае говорят, что в этой точке располагается узел напряжения и пучность тока.

Рис. 2.6. Распределение тока I и напряжения U вдоль линии передачи высокочастотной энергии

Попутно следует заметить, что длина волны в кабеле λн связана с длиной волны в свободном пространстве λ следующим соотношением:

В этой формуле ε - это диэлектрическая постоянная (проницаемость) материала внутренней изоляции кабеля. Выражение К = 1 / ε называется коэффициентом укорочения волны в кабеле. Например, для кабелей с диэлектриком из полиэтилена К = 0,66 и λк = 0,66 λ.

Если продолжать двигаться от конца кабеля в сторону передатчика, то еще через λк/4 картина соотношения напряжения и тока будет такой же, как и на конце кабеля, т. е. узел тока и пучность напряжения.

При коротком замыкании в нагрузке (рис. 2.6,г) картина стоячих волн несколько иная - на конце кабеля ток максимален, а напряжение равно нулю.

Обычно обрыв или короткое замыкание нагрузки бывает при неисправности антенны и случается не так часто. При неравенстве сопротивления нагрузки и волнового сопротивления кабеля вдоль линии также образуются стоячие волны и только часть мощности отражается от нагрузки (рис. 2.6, д, е).

Фидер антенны может работать как в режиме бегущих, так т в режиме стоячих волн. В первом случае его длина может быть произвольной и определяться удаленностью антенны от передатчика. Во втором случае длина фидера должна быть связана с длиной волны в кабеле Кл. Так, если она кратна целому числу полуволн, то сопротивление нагрузки трансформируется К началу кабеля без изменения. Элементами настройки выходного контура передатчика может быть достигнуто согласование его выходного сопротивления и нагрузки.

Принципиальная схема прибора для измерения КСВ изображена на рис. 2.7. К одному из коаксиальных разъемов XS1 или $S2 отрезком кабеля подключается передатчик, а к другому - .фидер антенны. К каждому из диодов VD1 и VD2 приложено два напряжения: одно, пропорциональное напряжению между проводниками коаксиального кабеля, поступает с емкостного делителя С1С2 и С3С4. Второе напряжение выделяется на резисторах R1 и R2 - оно пропорционально току в центральном проводнике.

Напряжения, снимаемые с емкостных делителей, практически синфазны, так как расстояние между точками подключения С1 и С3 невелико по сравнению с λк и набегом фазы на этом участке можно пренебречь. В то же время напряжения, снимаемые с резисторов, противофазны. Поэтому на одном диоде результирующее напряжение будет равно сумме двух напряжений, а на другом - разности. На каком какое - это зависит от взаимного направления намотки обмоток трансформатора тока Т1

Ток того диода, к которому приложено суммарное напряжение, пропорционален падающей волне, а ток другого - отраженной. КСВ вычисляют по формуле КСВ = (Iпад + Iотр)/(Iпад- I отр), где Iпад и Iотр - ток диода для падающей и отраженной волны.

Рис. 2.7. Принципиальная схема измерителя КСВ и малой мощности

Для удобства вычислений стрелку индикатора РА1 при положении переключателя SA1, соответствующем падающей волне, устанавливают переменным резистором R4 на последнее деление шкалы. Затем переключатель переводят в положение отраженной волны и отсчитывают показания индикатора.

Если шкала индикатора содержит 100 делений (например, у микроамперметра с током полного отклонения стрелки 100 мкА), формула принимает вид:

В этом случае для вычислений удобнее пользоваться табл. 2.2 в которой указано, какому значению КСВ соответствует то или иное отклонение стрелки индикатора

Когда переключатель SA2 устанавливают в положение «W», прибор с приемлемой погрешностью измеряет, мощность, проходящую по фидеру. Причем чем КСВ лучше (ближе к 1), тем выше достоверность измерения.

Теперь несколько слов о конструкции прибора и примененньх деталях. Диоды желательно использовать германиевые, поскольку они начинают открываться при меньшем приложенном напряжении по сравнению с кремниевыми. Кроме указанных на схеме, подойдут ГД507 или даже Д9. Подстроечиые конденсаторы С1 и С3 - типа КТ4-23 или КПК-МП, остальные - К10-7В или КМ Резисторы Rl - R3 типа МЛТ-0,25, причем R1 и R2 желательно подобрать одинаковыми по сопротивлению. Переменный резистор R4 может быть типа СПЗ-30, СПЗ-12, СПЗ-4аМ. Трансформатор тока Т1 выполнен на кольцевом сердечнике типоразмера К7Х4Х2 из феррита М50ВН-14. Обмотка I содержит 2 витка провода ПЭВ 2 0,51, обмотка II -48 витков провода ПЭЛШО 0,15. Дроссели L1 и L2 - типа ДПМ-0,1, но их можно заменить и самодельными. Для этого на кольца из феррита М1000НН типоразмера К7X4X2 следует намотать 45 витков провода ПЭЛШО 0,15.

Печатную плату (рис. 2.8) изготавливают из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Ее укрепляют внутри корпуса размерами 60X80X60 мм, который выполнен из листового алюминия или латуни. На передней стенке корпуса установлены тумблеры МТ-1 и микроамперметр. Он может быть любого подходящего типа с током полного отклонения рамки до 500 мкА. Коаксиальные разъемы СР-50-73Ф укрепляют на боковых стенках корпуса. Без ущерба качеству работы прибора эти разъемы можно заменить телевизионными антенными гнездами САТ-Г.

Puc. 2.8. Печатная плата измерителя КСВ (а) и расположение деталей на плате (б)

Для налаживания прибора вместо антенны к разъему XS2 подключают резистор 50 или 75 Ом. Его номинал зависит от волнового сопротивления используемого коаксиального кабеля в фидере антенны. Для передатчика мощностью до 10 Вт это могут быть несколько резисторов МЛТ-2, включенные параллельно. Лучше в качестве нагрузки применить уже известный читателю поглощающий измеритель мощности.

Передатчик мощностью не более 10 Вт подключают к разъему XS1. Переключатель SA1 устанавливают в положение отраженной волны. Подстройкой емкости конденсатора С1 изменяют коэффициент деления емкостного делителя С1С2 так, чтобы амплитуды напряжений на конденсаторе С2 и резисторе R1 уравнялись. Поскольку эти напряжения по отношению к диоду VD1 включены встречно, то ток через диод должен быть равен нулю. Если все же, подстраивая С1, не удается установить стрелку индикатора на нулевое деление шкалы, то следует поменять местами выводы обмотки II трансформатора Т1. Затем подключают к XS1 нагрузку, а к XS2- передатчик. Изменяют положение переключателя SA1 и, подстраивая СЗ, стрелку вновь устанавливают на нулевое деление.

Калибровку шкалы мощности осуществляют подбором резистора R3. При этом мощность, выделяющаяся в нагрузке, должна быть равна 10 Вт. Для контроля вместо поглощающего измерителя мощности можно также использовать и высокочастотный вольтметр, например типа ВК7-9, подключенный параллельно нагрузке. Значению мощности 10 Вт соответствует напряжение 22,4 В для нагрузки 50 Ом и 27,4 В - для 75 Ом. Подбором резистора R3 стрелку индикатора устанавливают на последнее деление шкалы. Уменьшая мощность, шкалу градуируют через 1 Вт. Для этой цели можно использовать данные, приведенные в табл. 2.1 и в прил. 3.

По окончании налаживания и градуировки следует обратить внимание на соответствие стрелок, нанесенных на панели у тумблера SA1, направлению падающей волны. Если тумблер установлен в положение стрелки, указывающей направо, то прибор должен регистрировать падающую волну при подключении передатчика слева, а нагрузки - справа. В случае необходимости восстановить это соответствие можно, поменяв местами провода, подпаянные к неподвижным контактам тумблера.

Как видно, описанный прибор применим лишь совместно с маломощным (до 10 Вт) передатчиком. Благодаря этому он реагирует на сравнительно малые уровни мощности и может быть использован не только для контроля качества антенно-фидерного тракта радиостанции. Прибор можно применять для оценки качества согласования между возбудителем и линейным усилителем мощности. Это очень важно, поскольку при плохом межкаскадном согласовании сопротивлений увеличивается уровень нелинейных искажений в выходном сигнале, расширяется полоса излучаемых частот, возрастает интенсивность помех радиовещательному и телевизионному приему.

Рис. 2.9. Принципиальная схема второго варианта измерителя КСВ и проходящей мощности (до 1000 Вт)

На радиостанциях второй и первой категории, особенно коллективных, весьма желательно иметь измеритель КСВ, постоянно включенный в разрыв фидера. Это даст возможность своевременно обнаруживать повреждение в антенне или ошибочное включение антенны другого диапазона.

Принципиальная схема такого варианта измерителя КСВ и проходящей мощности изображена на рис. 2.9. Как видно, он отличается от предыдущего тем, что пределов измерения мощности не один, а два - 100 и 1000 Вт. Высокочастотная часть измерителя такая же. Выбор рода работы осуществляется переключателем. SA1 на три положения и три направления. Резисторы R3 и R5 служат для калибровки на пределе 100 Вт, a R4 и R6 - на пределе 1000 Вт. Калибровку и градуировку шкал удобнее всего производить с помощью поглощающего измерителя мощности.

В конструкции применен трансформатор тока, выполненный На кольцевом сердечнике типоразмера К12Х6Х4,5 из феррита Марки М50ВН-14. Первичная обмотка представляет собой отрезок Центрального проводника коаксиального кабеля длиной 15 мм, Который вместе с изоляцией продет сквозь кольцо. Предварительно по окружности кольца равномерно в один слой намотана Вторичная обмотка - 30 витков провода ПЭВ-2 0,25. Концы первичной обмотки запаяны на печатные проводники шириной "0 мм на плате, которая связывает коаксиальные разъемы XS1 и XS2.

Конденсаторы С1 и СЗ могут быть типа КПК, КПВМ, КТ2-19. Диоды могут быть как германиевые, так и кремниевые, например КД522А.

Налаживание этого измерителя КСВ по сравнению с первым вариантом особенностей не имеет. Отличие заключается лишь в уровнях мощности, с которыми придется работать. Следует соблюдать осторожность и во избежание ожога токами высокой частоты не прикасаться к токонесущим проводникам прибора.

В заключение необходимо напомнить, что при приближении грозы антенну от радиостанции следует отключать и заземлять. Были случаи, когда из-за наводок, вызванных близкими грозовыми разрядами, выходили из строя диоды в измерителе КСВ.