Ксв метр своими руками
Обновлено: 08.07.2024
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 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,
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.
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.
Шкалу сделал сам, т.к. в Интернете не оказалось программы, которая позволить создать ее действительно красивой. Две дуги фломастером на большом листе бумаги; метки делений в соответствии с теорией; обработка в Photoshop (отдельная тема), символы; печать; вклейка ее в саму измерительную головку с помощью двухстороннего скотча; установка добавочного резистора. (Эта же методика будет повторена в самодельном измерителе). Попутно выяснилось, кстати, что разметка штатной шкалы у Roger не точно соответствовала теории.
Конденсаторы С1…С4 взяты с меньшей емкостью – 170 пкФ, чтобы сдвинуть верхнюю границу используемых частот с 420 МГц (книга) хотя бы до 470 МГц. Нижняя граница сейчас меня особенно не волнует, т.к. на КВ не работаю. С3, С4 – стоят прямо на DIN разъеме. Почему DIN ? Можно и другой, но диаметр сверления под ВЧ разъемы и под DIN практически идентичен.
Относительно нагрева резисторов. Я работаю с р/с мощностью 5 Вт. Резисторы моста - 100 Ом/1 Вт, 6 шт., ¼ мощности рассеивается на антенне, ¾ на этих 6-ти резисторах. Т.е. на каждом, около 0.6 Вт при подключенной антенне. При КЗ на выходе или отсутствии антенны (объясняется в книге да и к вопросу о калибровке шкалы - данный измеритель это позволяет сделать без ущерба для р/с) – часть резисторов греется сильнее, но в течение 10-15 сек никаких поломок не было.
Резисторы R 4 и R 5 можно взять и других номиналов, только одинаковые. Они находятся в измерительной цепи, поэтому мощность на них – незначительна.
Что было из компонентов?
а) Начинка убитой много лет назад аудио-деки с индикаторами уровня записи (М68501, -20….+3 дБ; видимо, с нелинейной шкалой), регуляторами уровня громкости (куча, от 33 до 100 кОм) и прочим ненужными компонентами.
б) Китайский электронный будильник со стрелкам, работающий от батарейки АА. Светлая ему память! Корпус – просто идеален для моей задачи.
Начинку будильника долой, заднюю стенку выпиливаем, остаются только съемные пластмассовые детали корпуса, в которых располагаем индикатор, переменное сопротивление, разъем Stereo Jack 3.5 mm и переключатель согласно схеме. Из тонкого алюминия выпиливаем кронштейн, позволяющий расположить прибор не только под нужным углом, но и закреплать на судовой переборке (к слову). Шкалу переделывать будем уже потом. Что получилось – на фото.
Китайский будильник интересен тем, что внутри корпуса находятся легкоизвлекаемые части внутреннего конструктива, хорошо собирающиеся на защелках. Гнездо под батарейку АА осталось у меня еще не занятым, туда можно будет вставить или питание для светодиодов подсветки (батарейку от сигнализации) или распорядиться свободным местом по-другому.
К вопросу о калибровке и изготовлению шкалы. У меня уже была заготовлена программка в Excel которая позволяет найти положение деления на линейной шкале, зная максимальный угол отклонения стрелки. Это, в свое время, сработало в Roger .Сначала, когда все получилось я чуть было сразу не сделал шкалу с делениями по известной формуле, суть которой выражается так:
Первая и последняя точка не вызывают сомнений, ну а как с предполагаемой линейностью шкалы?
Измеритель КСВ и мощности передатчика с программируемым диапазоном измерения мощностей и сопротивления нагрузки.
Для измерения мощности передатчика и степени его согласования с нагрузкой - антенной предлагаю простое, но надёжное и полезное устройство разработанное Юрием (UT3MK) - это измеритель КСВ и мощности. Заходите к нему на сайт, там найдёте кучу всяких вкусностей и полезностей :) ссылочка чуть ниже по тексту. На самом деле функционал устройства шире. Оно может: работать в качестве измерителя уровня принимаемого сигнала S-метра, измерять ток потребляемый усилителем передатчика, измерять температуру цифровым датчиком, управлять работой вентилятора, выдавать сигнал ALC для регулирования мощности раскачки выходного каскада. Но я в данной конструкции использовал только основные функции - это измерение КСВ и мощности. все остальные сигналы присутствуют на разъёмах и их можно использовать в Ваших самоделках :) Единственное, нужно будет приобрести выносной датчик тока ACS712. На плате есть место для его установки, но на мой взгляд, рационально установить датчик в усилителе, а на плату контроллера измерителя SWR завести выходной сигнал от датчика, чтобы не тянуть толстые провода с понятными последствиями.
Полное описание конструкции, а также прошивки контроллера выложены у автора на сайте здесь >>>
Конструктивно устройство выполнено из скреплённых латунными монтажными стойками и винтами М2,5 передней панели, платы контроллера с ЖКИ дисплеем, разделительной экранирующей платы, платы датчиков прямой и отражённой волны на кольцах FT50-43 и задней панели. Платы можно разделить на части в зависимости от того, как всё это будет использоваться. Плату контроллера с ЖКИ можно вынести на переднюю панель усилителя или трансивера, а плату с датчиками ВЧ токов закрепить на задней стенке усилителя или трансивера. В общем у конструктора руки развязаны :)
Единственное условие - это предельные уровни исследуемых сигналов прямой и обратной волны. Максимальное его значение не должно превышать уровень 5 В. Этот предел будет равен максимальной мощности на соответствующем эквиваленте. В меню устройства есть два пункта настроек - ограничитель мощности и изменение сопротивления измерительного датчика антенны. Предположим, что у вас ламповый усилитель с мощностью 500W на 75 Ом нагрузку, то Вам придется изготовить датчик под 75 Ом. Это значение изменить кнопками Step+ и Step- c 50 Ом на желаемое. Так же в пункте меню выставить максимальную мощность в 500 Вт. При максимальной мощности усилителя с детекторного датчика должно приходить не более 5 В. Для выравнивания неравномерности диодов на датчике предусмотрены входные подстроечные резисторы. Для измерения тока выходного каскада применена модульная сборка на микросхеме ACS712 - 5A. Эти платы продаются уже готовые в тех же магазинах где и Arduino.
Все подробности по работе устройства в качестве S-метра, ключа для вентилятора, измерителя температуры я описывать не буду, всё это есть на сайте у Юрия, заходите к ему в гости и не пожалеете :) При необходимости задавайте вопросы, я постараюсь ответить.
Мощность можно задавать ну хоть 5000 Вт, но тогда нужно соответствующим образом изготовить датчики тока.
По умолчанию я комплектую наборы для сборки колечками FT50-43, на них, я думаю, получится измеритель до 1000 Вт, по крайней мере при 500 Вт никаких проблем не обнаружено. На колечках намотано 24 витка, напряжение при максимальной мощности на подстроечных резисторах порядка 9,3В, мощность резистора прямой волны не менее 2 Вт, я кладу в комплект всего четыре резистора 1 Вт по 100 Ом, 1%.
Пока устройство без корпуса :(
Разъёмы для подключения передатчика и нагрузки типа BNC, то есть возможность укомплектовать набор переходниками BNC/SO-239 см. на фото.
Для установки параметров на передней панели устройства есть три кнопки. Питание подаётся через стандартный круглый разъём 5,5х2,1 расположенный на задней стенке устройства. Напряжение питания 7-12 В постоянного тока.
Схемы ниже по тексту и по ссылкам:
платы датчиков тока здесь >>> и контроллера здесь >>>
Для токовых трансформаторов можно использовать Амидоновские бинокли BN43-202 или ферритовые кольца FT50-43 и т.п.
Небольшое видео работы:
Вариант измерителя SWR с гнёздами SO-239:
Вариант крышек для сборки корпуса измерителя SWR - буквально немножко растачиваем пазы надфилем, чтобы плотно внатяг собралась конструкция, и получается вот такая коробка :)
Ардуинку предварительно программирую - прошивка 3.1
Прошу прощения у коллег земляков, виноват, каюсь, немного зарапортовался :)
Стоимость набора для самостоятельной сборки измерителя SWR (BNC) - 1000 грн. или 2700 руб.
Стоимость собранных и проверенных плат измерителя SWR (BNC) - 1350 грн. или 3650 руб.
Калибрую только по своему стрелочному измерителю SWR!
Стоимость переходника BNC/SO-239 - 45 грн./шт. или 120 руб./шт.
Состав набора можно увидеть здесь >>>
Стоимость набора для самостоятельной сборки измерителя SWR (SO-239) - 1050 грн. или 2835 руб.
Стоимость собранных и проверенных плат измерителя SWR (SO-239) - 1400 грн. или 3780 руб.
Калибрую только по своему стрелочному измерителю SWR!
Стоимость четырёх крышек из стеклотекстолита для сборки корпуса - 250 грн./комплект или 650 руб./комплект
Заказы можно оформлять через форму обратной связи,
письмом на e-mail или по телефону указанному в разделе контакты, доставка и оплата
Увеличение частоты сигнала приводит к увеличению потерь в фидерной линии. Поэтому очень важно добиться наилучшего согласования между передатчиком и антенной системой, а именно, минимального коэффициента стоячей волны (КСВ).
Предлагаемым КСВ-метром можно проводить измерения вплоть до сантиметрового диапазона в линиях с волновым сопротивлением 50 Ом.
Описанный в [1] КСВ-метр на полосковых линиях имеет ограничение частотного диапазона сверху в силу особенностей своего конструктивного исполнения, хотя схемное решение такого ограничения не накладывает.
Принципиальная электрическая схема предлагаемого КСВ-метра аналогична описанной в [1] и показана на рис. 1 (отличия в типономиналах отдельных деталей).
Особенностью предлагаемого прибора является конструктивное исполнение детекторной части КСВ-метра, что позволило расширить диапазон измерений вплоть до 1 ГГц.
Автор опускает описание физики образования стоячих волн в соединительных линиях, математические расчеты величин падающей и отраженной мощностей при согласованной и не согласованной линии, принцип измерения КСВ, основанный на измерении определенных величин падающей и отраженной волн, основы конструирования приборов СВЧ-диапазона и технологических требований, предъявляемых к ним, и отсылает заинтересованных читателей к известной литературе [2. 6].
Конструкция
Корпус детекторной головки КСВ-метра состоит из двух частей (рис.2): П-образно-го основания 1 и крышки 2 (материал - бронза).
Конструкция направленных ответвителей 3 (L1 и L2) показана на рис.З.
Центральный проводник 4 (L2) припаян непосредственно к разъемам XS1 и XS2. В тело крышки 2 впаяны стаканы 5 (4шт.) и четыре стеклобусы 6. Диоды (VD1; VD2), конденсаторы (С1; С2) и резисторы (R1; R2) помещены в цилиндрические стаканы 5. Выводы диодов пропущены через канал стеклобусы и припаяны непосредственно к ответвителям.
Корпус детекторной головки КСВ-метра, направленные ответвители, центральный проводник перед сборкой полируют (в корпусе - только внутреннюю поверхность диаметром 15 мм; наружная поверхность чистотой Rz 20) и покрывают серебром.
Порядок сборки
Сначала устанавливают все детали, относящиеся к крышке детекторной головки. Затем, в основании головки закрепляют один из разъемов XS с припаянным центральным проводником, потом второй разъем и проводят пайку. После сборки основания и крышки их соединяют с помощью 6 винтов М3 и в крышке фиксируют разъемы XS1 и XS2.
Перед сборкой детекторную головку промыть спиртом и просушить. Работать в хлопчатобумажных перчатках, предварительно обезжирив кожу рук.
Детали
Требования к радиоэлементам стандартные для СВЧ-техники. Конденсаторы С1 и С2 - проходные. В авторском варианте использованы бескорпусные диоды АА113А. Возможна замена на другие типы диодов в зависимости от требуемой верхней граничной частоты. В этом случае возможно применение иного способа их крепления. Разъемы XS1 и XS2 конструктивного исполнения с серебряным покрытием; их тип определяется наружным диаметром кабеля.
Примечания
1. При использовании кабеля с волновым сопротивлением отличным от 50 Ом, диаметр центрального проводника расчитывают по формуле:
Zo=138 IgD/d,
где: Zo - волновое сопротивление линии, D - внутренний диаметр экрана коаксиальной линии детекторной головки, d - диаметр центрального проводника. Значения резисторов R1 и R2 приводят в соответствие с волновым сопротивлением кабеля.
Упростить конструкцию предлагаемого КСВ-метра можно применив коаксиальную линию с квадратным сечением экрана и круглым центральным проводником. Расчет размеров линии можно выполнить исходя из формулы:
Zo-138 lg1,08D/d, где: Zo - волновое сопротивление линии, D - внутренняя сторона квадратного экрана коаксиальной линии, d-диаметр центрального проводника
2. Необходимо точно выдерживать размеры деталей, тип соединения, а также посадочные размеры.
3. Для удобства детекторную головку можно конструктивно объединить с индикаторной частью в общем корпусе.
4. Если в распоряжении радиолюбителя нет готовых стеклобус, то можно воспользоваться подходящими по размерам, демонтировав их из металлобумажных конденсаторов.
Иван Милованов, UYOYI, г. Черновцы
Читайте также: