Мостовой измеритель КСВ для УКВ диапазона
Вступление.
1. Весной 2008 г я тщетно пытался настроить несколько своих антенн с помощью купленного измерителя Vega SX-40. Краткий отчет указан здесь. Пятерка за «надежность» поставлена только потому, что конструктив действительно был неубиваемый (несколько раз падал, клинило стрелки, жуткие зашкалы и т.д.). На этом, как уже сейчас выяснилось, все плюсы данного конкретного экземпляра заканчиваются. Тогда расстроился, признаюсь.
2. Когда уже совершенно не оставалось времени до ухода на Ладогу (июнь 2008), случайно обнаружил на Царицынском радиорынке в Москве измеритель КСВ Roger RSM-600, практически новый, который продавался со значительной скидкой (около 70%). Спасибо продавцу (ранее немного познакомились), который честно сказал, что «в конце шкалы показания с погрешностью» и «специалист уже пробовал настроить – не получилось». Я прикинул: КСВ «выводим» в начале шалы, мощность измерять мне необходимости почти никакой нет, да и можно просто взять (под честное слово!) и дома попробовать. Продавцу оставил свою Vega SX-40 – возможно, кто-то купит.
Думаю, все сталкивались с резким контраст между теми, кто готов «впарить» и теми, кто относится к клиентам уважительно. Вспоминаю этого человека добрым словом.
3. Roger порадовал изрядно: четкие измерения КСВ (никаких наводок!); в конце шкалы и только при измерении малых мощностей занижал показания примерно на 1 Вт. Времени разбираться с «занижением» не было, оставил на осень. Главное – в поход взял «правильно настроенные» антенны.
Наступила осень 2008 г., навигация закончена, дачные дела завершены. Возвращаюсь к отложенному.
Для начала - поменял у Roger саму измерительную головку.
Туда точно влезает стандартный микроамперметр (можно взять на 50 или 100 мкА).
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.
Делаем измеритель.
Итак, Roger (измерение на «направленных ответвителях») остается как базовый и надежный прибор. Хочется измеритель и по-миниатюрнее и, желательно, на другом физическом принципе. Здесь была сделана одна методическая ошибка – традиционный сегодня поиск в Интернет: куча схем, пришлось их систематизировать, изучать…. А надо было сразу купить книги Гончаренко И.В. «Антенны КВ и УКВ» - 1 и 2 части. Первая часть (компьютерное моделирование антенн) нужна была еще зимой, но сейчас даже было интереснее читать, а вот вторая сразу дала ответ на вопрос о схеме: стр. 76, рис. 3.2.8.
Из книги Гончаренко:
Подобных (есть отличия!) рисунков в интернете много. Но к книге всегда доверия больше – делаем.
Точки А, В, С, «земля» - углы моста. Импеданс самой антенны – одно из плеч. Если же делать измеритель под нагрузку 75 Ом, то естественно, резисторы R1…R3 нужны по 75 Ом.
Реализация в металле будет называться блок «блок измерений». Внимательно читаем стр.76… 78: автор рекомендует делать выводы радиодеталей как можно короче и, по возможности, использовать SMD компоненты (последнее реализовать планируется в будущем; во-первых, задача измерений выше 470 МГц пока не стоит; во-вторых – нужна паяльная станция и плата под компоненты). Итак, все делаем в «воздухе». Этакая «схемка выходного дня».
Запасаемся экранированной коробочкой, радиодеталями, ВЧ разъемами, разъемом для выхода на «блок индикации». Сверлим, нарезаем резьбу….
Полностью согласен с автором – чем компактнее, тем выше точность и резисторы моста (R1….R3) лучше набирать попарно (по 100 Ом). Проверил лично, сначала собирал схему в коробочке 60 х 55 х 30 мм и не дублировал (50 Ом) резисторы. На верхней границе нужного диапазона при подключении эквивалента нагрузки, КСВ был не 1.1 («Opek» схалтурил, у DL–60 не 50, а 45 Ом. Без омметра не покупать!!!), а около 1.3. Заменил коробочку на 50 х 45 х 30 мм, сдублировал резисторы и расположил их буквой «Z» – отлично!
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 R4 и R5 можно взять и других номиналов, только одинаковые. Они находятся в измерительной цепи, поэтому мощность на них – незначительна.
Реализацию «блока индикации» решено было выполнить из «того, что было», т.к. бюджет (500 руб.) выделенный «внутренним голосом» на измеритель, был уже серьезно подорван покупкой компонентов «блока измерения» в «Чип и Дип». Схема внизу.
Наверняка, ее еще можно усовершенствовать и добавить режимы измерения мощности.
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.
Весь комплект теперь выглядит так (шкала уже переделана – об этом позже):
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:
|
КСВ
|
1
|
2
|
3
|
бесконечность
|
|
% лин. шкалы
|
0
|
33
|
50
|
100
|
Первая и последняя точка не вызывают сомнений, ну а как с предполагаемой линейностью шкалы?
Решил провести испытания, оставив деления, как они были на деке (в dB).Собрал все свои антенны (автомобильная покупная 145/435 МГц, речная GP_300, самодельные направленные 300 и 435 МГц), все измерители КСВ (Roger, Vega, самодельный) поехал на дачу. На свежем воздухе (аппетит не подвел), в условиях избытка времени и отсутствия внешних раздражителей, все антенны были «проанализированы» имеющимися измерителями КСВ. Явный аутсайдер (Vega) еще раз «порадовал» нелогичностью показаний и традиционно имел совещательный голос. Roger выступал, как «условно-пригодный» прибор, мой – как «подающий надежды». Передатчиками выступали FT-60R и VX-417, совместно перекрывая диапазоны: 138….170; 300; 336; 420….470 МГц с мощностью в разных участках от 1.5 до 5 Вт. Всевозможные значения КСВ (от 1 до 4, около 8 точек) были измерены с помощью Roger и при втором цикле проверки им было присвоено соответствие в «dB».
Графическое отображение соответствия четко указало на 10-15% разброс показаний вдоль «средней» кривой интерполяции, напоминающей гиперболу. По кривой получилась таблица:
|
КСВ («Roger RSM-600»)
|
1
|
1.05
|
1.3
|
1.6
|
2.5
|
3.2
|
3.8
|
«бесконечность»
|
|
dB (М68501)
|
(крайнее левое)
|
-20
|
-10
|
-7
|
-3
|
-1
|
0
|
(крайнее правое)
|
На основе полученных данных можно проградуировать шкалу самостоятельно. Если лень – вообще можно больше ничего не делать, ведь простейший КСВ-метр, в большинстве случаев, выступает как «нуль-индикатор»
Да, стандартное разбиение шкалы не годилось. Да и здорово, вообщем. В диапзоне КСВ от 1 до 3 шкала все-таки оказалась растянутой на угол больше, чем 50 % полного отклонения стрелки.
 
Фотографируем, открываем в Photoshop, закрашиваем-рисуем-создаем слои-цифры/буквы – и.д. («V» - положение стрелки при «калибровке») Печатаем на принтере на обычной или фотобумаге с функцией точного значения распечатки в мм (в Photoshop – легко). Наклеиваем скотчем на старую шкалу.
Как отмечено в книге у Гончаренко И., моствой КСВ-метр позволяет измерить КСВ нагрузки при КЗ или отсутствии антенны. И то и другое так же легко прверяется! Стрелка находится рядом с точкой «V».
Теперь испытания были проведены уже внутри диапазонов 138..170 и 420…470 МГц на автомобильной антенне с шагом 2..5 МГц и со сравнением показаний Roger и самодельного.
Разница показаний с Roger в диапазоне КСВ от 1 до 2 не превышает 0.05 примерно в половине случаев и 0.1 в четверти случаев. Самодельный измеритель готов.
Заключение и дополнение. Работа на будущее. Унификация измерителей.
Вроде бы все. Но куда там… Захотелось, до кучи, восстановить Vega SX-40. Для начала – извлекаю блок ответвителя из прибора и ставлю на него DIN разъем.
На индикатор (легко догадаться!) - Stereo Jack 3.5 mm. Чёрт его знает, а вдруг все дело было именно в наводках?
На двухстрелочном индикаторе Vega (он теперь живет отдельной жизнью), приходится перенастраивать канал Hi (150 W) на работу с моим мостом. Диапазон Low (15 W) остается для своего же ответвителя.
Получилось еще три «hand-made» набора к существующему, ну и Roger, как рефери.
Провожу все предыдущие испытания с теперь уже всеми имеющимися вариантами измерителей.
Данные измерений сравнивались с показаниями Roger RSM-600.
|
Индикатор/Измеритель
|
мостовой cамодельный
|
с направленных ответвителях от Vega
|
|
Двухстрелочный (Cross Needle) от Vega
|
неудовлетворительно
|
Заводской комплект. Удовлетворительно только на некоторых диапазонах; показания сильно зависят от положения индикатора в пространстве
|
|
Однострелочный (самодельный)
|
хорошо (кто бы сомневался)
|
Удовлетворительно в целом, необходимо понять причины ошибок
|
Дмитрий Кнорозов г. Москва
http://radionavigator.ucoz.ru/publ/1-1-0-8
| 
