Приборы для определения КСВ
1. КСВ-метры на основе ВЧ резистивного моста,
2. КСВ-метры с ферритовым трансформатором тока,
3. КСВ-метры по схеме Стоктона с двумя
трансформаторами
Приборы, описание которых приведено в этой статье, позволяют измерить падающую и отраженную от нагрузки мощность и, следовательно, определять КСВ в
коаксиальном тракте с волновым сопротивлением 50 Ом.
1. Мостовой КСВ-метр резистивного типа имеет как ряд достоинств:
• независимость выходных сигналов от частоты,
• чрезвычайно широкий рабочий диапазон частот (от долей до многих сотен МГц) при весьма скромных конструктивных требованиях,
• возможность работы при малых (единицы вольт) уровнях сигнала передатчика,
так и ряд недостатков:
• высокое затухание, вносимое в линию,
• подверженность влиянию наводок, принятых измеряемой антенной.
Рис.1 КСВ-метр на основе ВЧ резистивного моста
Работу данного КСВ-метра мы подробно рассмотрели на странице – (Ссылка на страницу), поэтому
в рамках данной статьи повторяться не будем. Отметим лишь то, что для настройки антенн такой прибор является лучшим решением, однако он совершенно
непригоден для текущего контроля антенн во время штатной работы передатчика. Объясняется это просто – на резисторах R1-R3 рассеивается около 75% мощности
передатчика.
2. КСВ-метры с ферритовым трансформатором тока.
В качестве примера такого относительно простого и хорошо работающего
устройства с токовым трансформатором приведём схему КСВ-метра В.Скрипника (UY5DJ) (Рис.2). Фото платы позаимствовано с сайта –
(Ссылка на страницу).
Рис.2 КСВ-метр c трансформатором тока В.Скрипника (UY5DJ)
Устройство состоит из двух высокочастотных вольтметров на диодах VD1 и VD2, с помощью которых измеряется отраженная и падающая мощность.
К каждому из диодов VD1 и VD2 приложено два напряжения: одно, пропорциональное напряжению в передающей линии, поступает на катоды с ёмкостных делителей
С1С2 и СЗС4, а второе напряжение, пропорциональное току в центральном проводнике, поступает на аноды со вторичных обмоток трансформатора.
Так как электрическая длина измерительной линии (расстояние между точками подключения С1 и СЗ) невелика по сравнению с длиной волны в кабеле, то напряжения,
снимаемые с ёмкостных делителей, практически синфазны.
В то же время напряжения, снимаемые со вторичных обмоток, противофазны. Поэтому на одном диоде результирующее напряжение будет равно сумме двух напряжений,
а на другом – разности.
На каком какое – зависит от того, как включены начало и конец вторичной обмотки трансформатора.
Ток, протекающий через тот диод, к которому приложено суммарное напряжение, пропорционален падающей волне, а ток, протекающий через другой – отраженной.
Рис.3 Печатная плата КСВ-метра В.Скрипника (UY5DJ)
Высокочастотные германиевые диоды VD1 и VD2 ГД507 могут быть заменены на Д9, Д18, Д310, Д311 и т. п.
Трансформатор тока выполнен на кольцевом сердечнике типоразмера К12х6х4,5 из феррита марки М50ВН. Первичная обмотка представляет собой отрезок центрального
проводника коаксиального кабеля, который вместе с изоляцией продет сквозь кольцо. Предварительно по окружности кольца намотана
вторичная обмотка – 30 витков провода ПЭЛШО-0.2 или ПЭВ-2 0.25. Намотка на кольцо производится с таким расчетом, чтобы вся обмотка заняла примерно половину
окружности кольца.
Несколько лучший результат даст сердечник побольше, например К20x10x4, и отрезок коаксиального кабеля без снятия экранирующей оплётки, которая в этом
случае будет служить электростатическим экраном. Заземлять экранирующую оплётку следует только с одной стороны.
В начале регулировки движок подстроечного резистора R3 устанавливают в левое по схеме положение, соответствующее максимальной чувствительности, движок переменного
резистора R4 в верхнее по схеме положение, подстроечные конденсаторы С1 и С3 – в положения, близкие к минимальной емкости. Налаживают прибор в диапазоне 14 или
21 МГц.
При включённом передатчике проверяют показания измерительного прибора в разных положениях переключателя S1. Если в положении «Пад.» показания
прибора меньше, чем в положении «Отр.», то изменяют распайку выводов вторичной обмотки трансформатора Т1. После этого мощность передатчика устанавливают
такой, чтобы показания прибора РА1 в положении «Пад.» были максимальны и, переведя переключатель S1 в положение «Отр.», подстраивают конденсатор С1 до
получения минимальных показаний прибора.
Затем передатчик подключают к разъему ХS2, а эквивалент антенны – к разъему XS1, и в положении переключателя S1 «Пад.» подбором конденсатора С3 снова
добиваются минимальных показаний прибора. Процесс подстройки конденсаторов C1 и С3 следует повторить несколько раз.
Положение движка подстроечного резистора R3 определяют в процессе калибровки прибора.
Точность измерения КСВ этим измерительным мостом составляет ~ 10%, но её можно существенно повысить, изготовив устройство по следующей конфигурации:
3. КСВ-метры по схеме Стоктона с двумя трансформаторами.
Другое название данного построения – «тандем матч», основанное на статье "The Tandem Match", опубликованной в журнале QST за январь
1987-го года (автор John Grebenkemper, KA3BLO).
На рисунке Рис.4 приведена схема такого моста, состоящего из двух линий коаксиального кабеля с ферритовыми трансформаторами и предназначенного для измерения КСВ в
широком диапазоне частот с очень хорошей равномерностью.
Рис.4 Схема измерительного моста по схеме Стоктона
Оба трансформатора выполнены аналогично. Первичная обмотка образована жилой коаксиального кабеля, продетого в ферритовое кольцо. В качестве последнего
рекомендуются ферритовые кольца FT50-43, либо отечественные М30-М50ВН. Вторичная обмотка мотается на кольце 7...28-ю витками эмалированного провода. Количество
витков зависит от максимальной подводимой мощности и указано на схеме (Рис.4).
Диоды D1 и D2 – либо германиевые, либо диоды Шоттки типа BAT43.
В качестве примера на Рис.5 приведена реализация 50-ваттного измерительного моста от DG1KPN
(https://dl6gl.de/).
Рис.5 Реализация 50-ваттного КСВ-метра по схеме Стоктона от DG1KPN
Данные:
• Тороидальные сердечники FT50-43, 14 витков CuL 0,5 мм;
• Полужесткий коаксиальный кабель, изоляция под тороидами;
• Диоды: 1N34.
Без всякой настройки погрешность схемы измерения данного измерительного моста всегда остается ниже 5%.
Вносимые потери до 50 МГц не превышают 0,1 дБ.
КСВ на 50-омной нагрузке до 50 МГц находятся в диапазоне от 1,05 до 1,08.
Ещё одна реализация (на этот раз 750-ваттного КСВ-метра) от DG1KPN изображена на Рис.6.
Рис.6 Реализация 750-ваттного КСВ-метра по схеме Стоктона от DG1KPN
По сравнению с предыдущей схемой внесены некоторые изменения:
• На выводе «Incident» установлен подстроечный конденсатор 30p для минимизации отраженного сигнала в желаемом диапазоне частот.
• Жила коаксиального кабеля через нижний трансформатор выводится на коаксиальные разъемы BNC «Reflected» и «Incident».
Два нагрузочных резистора 50 Ом или любого другого номинала могут быть подключены туда в виде стандартных нагрузочных штекеров.
• Диодные выпрямители можно подключать или отключать двумя перемычками.
В устройстве были применены тороидальные сердечники FT114-43.
Вторичные обмотки – 30 витков 0,8 мм CuL.
Коаксиальный кабель RG393 (или RG213, RG214).
Диоды 1N34.
При 750 Вт мощности в 50-омной нагрузке и 30 витках вторичных обмоток максимальное выходное напряжение составляет около 9 В постоянного тока.
В зависимости от используемого блока обработки (аналоговый или цифровой) может потребоваться замена резисторов 1М на катодах диодов на делители
напряжения.
Измерения параметров 750-ваттного КСВ-метра (S11 «пропускание» и S21 «потери на отражение») с помощью DG8SAQ VNWA показали даже лучшие значения, чем
у младшего 50-ваттного собрата.
А на следующей странице рассмотрим разнообразные реализации индикаторной части КСВ-метров, построенные на стрелочных приборах, а также на светодиодных
линейках.
|
