САЙТ МЕДИКОВ-РАДИОЛЮБИТЕЛЕЙ SMHAM ГлавнаяРегистрацияВход
Главная » Статьи » Другое » Измерения

Классический рефлектометр для измерения КСВ
     Перед тем как приступить к описанию самодельного прибора для измерения степени согласования антенны с линией передачи обратимся к теории, приведя несколько цитат из книги классика любительского антенностроения  К.Ротхаммеля [1]:
«Антенну можно считать точно согласованной с линией передачи, если входное сопротивление антенны точно равно волновому сопротив­лению линии передачи. Оба сопротивления должны быть при этом чисто активными. Волновое сопротивление линии передачи не зависит от частоты и поэтому всегда активное (омическое). Напротив, входное сопротивление антенны только тогда принимает чисто действительное значение, когда антенна настроена на рабочую частоту. Если антенна неточно согласована с линией передачи, происходит отражение энергии, передаваемой по линии передачи от точек питания антенны, и отра­женная энергия возвращается к входу передатчика. В результате отра­жений возникают стоячие волны, что снижает к. п. д. антенно-фидерной системы. Чем больше неточность согласования, тем больше амплитуда стоячих води. Напротив, при точном согласовании отношение максимума напряжения к минимуму напряжения в линии равно приблизи­тельно 1, что означает, что в линии отсутствуют стоячие волны. Отно­шение Uмакс/Uмин как известно, называется коэффициентом стоячих волн (КСВ) и служит мерой согласования. При наст­ройке антенн с согласованными линиями передачи всегда стремятся получить КСВ, равный 1. Если коэффициент стоячих волн не достигает этого значения, то либо это обусловлено неточной настройкой антенны, либо включаемые между антенной и линией передачи согласующие устройства (например, γ-образная схема согласования или Т-образная схема согласования) вносят во входное сопротивление антенны индуктивную составляющую. КСВ, равный 1, редко может быть достигнут на практике. Однако на прак­тике коэффициенты стоячей волны в линии в пределах до 2 не приводят к значительным потерям в линии и поэтому рассматриваются как вполне допустимые.
 

Для питания антенн с согласованными линиями передачи наиболее часто применяются ленточные кабели с волновым сопротивлением 240 - 300 Ом или коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 60 - 70 Ом.

В случае использования ленточных кабелей наличие стоячих волн в линии может быть установлено с помощью неоновой лампочки. Если при перемещении неоновой лампочки по длине линии (на одинаковом удалении от нее), равной нескольким длинам волн, интенсивность све­чения лампочки не меняется, то стоячие волны в линии отсутствуют; если же интенсивность свечения лампочки меняется, то это указывает на присутствие в линии стоячих волн. При небольшой мощности пере­датчика вместо неоновой лампочки можно использовать гетеродинный измеритель частоты (cм., например, публикации на нашем сайте здесь и здесь - примеч. RA0CCN). Прибор  следует передвигать вдоль линии на оди­наковом расстоянии, и в случае согласования он не должен показы­вать изменения напряжения вдоль линии. Безусловно, такие методы проверки согласования очень неточные, и поэтому в радиолюбитель­ской практике для этих целей наиболее часто применяют рефлектометр».

 

По материалам из известной книги К.Ротхаммеля [1] был повторен коаксиальный рефлектометр.

 




Рис.1. Коаксиальный рефлек­тометр.

а - отрезок коаксиального кабеля 150 мм; 1 - оплетка кабеля. 2 - внешняя изоляционная оболочка кабеля, 3 - место подсоединения внешнего проводника, 4 - внутренняя жила кабеля, 5 - изо­лированный провод,   пропущенный под оплеткой коаксиального кабеля; б - схема прибора; в - внешний вид прибора.

 

Петля связи рефлектометра связана с внутренним проводником индуктивной и емкостной связью. В случае точного согласования измерительный прибор в положении переключателя «прямая волна» должен показывать максимальное значение, а в положении «обратная волна» показание прибора должно быть нулевым.
 
Рефлектометр, изготовленный из гибкого коаксиального кабеля, имеет довольно простую конструк­цию и в диапазоне коротких волн дает вполне точные результаты измерений.
 

В классическую схему внесены незначительные дополнения: введен индикатор на неоновой лампе, которая соединена с входным разъемом рефлектометра через конденсатор емкостью 20 пФ (подбирается при настройке в резонанс по максимальному свечению). Применен трехпозиционный переключатель - в среднем его положении измерительная головка отключается от выпрямительной части схемы и, таким образом, можно работать с более высокой мощностью передачи, не боясь повреждения чувствительной головки и диода. Кроме этого, выход прибора выполнен в виде коммутатора на два разнотипных разъема (или однотипных , но от кабелей двух антенн).

Рис.2

 

Для изготовления этого рефлек­тометра необходимо использовать отрезок коаксиального кабеля того же типа, что и кабель, используе­мый для линии передачи. На длине 14 см с кабеля удаляется внешняя защитная оболочка, а на длине 1 см у каждого конца отрезка изоляцию оставляют.

 

Рис.3

 

Затем между диэлектриком коаксиального кабеля и его оплеткой продергивают тонкий изолированный провод, который слу­жит как бы вторым внутренним проводником кабеля. На рис.1,а показан отрезок коаксиального кабеля, используемый для коаксиаль­ного рефлектометра, а на рис.1,б изображена схема самого реф­лектометра. Как видно из рисунка, отрезок кабеля изгибается в виде шлейфа и его концы включаются с помощью коаксиальных разъемов в линию питания. Провод, помещенный между оплеткой коаксиального кабеля и диэлектриком, возможно более коротким путем присоединяется к переключателю. Сопротивление постоянного резистора R безындуктивное и со­ставляет 30 - 150 Ом (сопротивление некритично), мощность рассеи­вания 5 Вт. Для выпрямления высокочастотного напряжения используется германиевый диод Д18. Фильтрация выпрямленного напряжения происходит благодаря применению дискового конденсатора С (применен КСО-5), имею­щего емкость 2000 - 10 000 пФ. В качестве дополнительного сопротивле­ния для измерительного прибора используется потенциометр R с линейной характеристикой. Сопротивление его зависит от подводимого на­пряжения и от чувствительности измерительного прибора и обычно равняется 50—100 кОм. В качестве измерительного прибора подходит любой прибор магнитоэлектрической системы со шкалой от 0,1 до 1 мА.

 
 Принцип действия и использование коаксиального рефлектометра (цитата из [1]).
«Если выход передатчика, кабель питания и точки питания антенны имеют одинаковое входное сопротивление, то имеет место полное со­гласование и прямая волна без отражений распространяется от выхода передатчика до антенны. В случае отсутствия полного согласования часть энергии отражается от антенны и теряется в кабеле питания и в лампе оконечного каскада передатчика.
 

Рефлектометр позволяет измерить как напряжение прямой, так и (при соответствующем положении переключателя измерительного прибора) напряжение обратной, отраженной волны. Принцип действия рефлектометра очень прост. Он включается в разрыв линии передачи, причем расположение коаксиальных разъемов В1 и В2 не имеет значе­ния, так как рефлектометр по своим электрическим параметрам вполне симметричен. При работающем передатчике потенциометр регулируется так, чтобы при положении переключателя в положении «прямая волна» прибор давал полное отклонение, затем переключатель ставится в по­ложение «обратная волна» без изменения регулировки потенциометра и измеряется напряжение обратной волны. Затем по полученным резуль­татам измерений определяется коэффициент стоячей волны по формуле:

 

КСВ = Uпрям + Uотр/ Uпрям - Uотр,

 

где Uпрям - напряжение «прямой» волны; Uотр -  напряжение «отражен­ной» волны.

 

Предположим, что прибор имеет шкалу с 10 делениями и в поло­жении переключателя «прямая волна» дает полное отклонение, а в по­ложении «обратная волна» показание прибора равно 6. Коэффициент стоячей волны, таким образом, равняется:

 

КСВ = 10+6/10 - 6 = 4,0

 

При соотношении показаний прибора 10 к 2 КСВ равен:

 

КСВ = 10+2/10-2 = 1,5

 

При шкале прибора, имеющей 10 делений, соотношение напряже­ний 10:0; 10:1; 10:2; 10:3; 10:4; 10:5; 10:6; 10:7; 10:8; 10:9; 10:10 (Uпрям/Uотр) соответствует значениям КСВ: 1,0; 1,2; 1,5; 1,9; 2,3; 3,0; 4,0; 5,7; 9,0; 19. Поэтому измерительный прибор может быть отградуирован непосредственно в единицах КСВ.
 

В собранном приборе шкала микроамперметра не градуировалась. При работе с ним можно за основу расчета брать 20 делений (по 10 мкА в каждом), или 200 (по всем делениям шкалы на 200 мкА) - результаты расчетов буду одинаково справедливы. Для облегчения расчетов можно создать таблицу и пользоваться ею при вычислении КСВ».

 

Более современный прибор, построенный Justinas (LY2BOK) по все тому же классическому принципу, представлен ниже.

Его схема с безындукционным резистором R1, коммутирующими элементами  S1 и S2, микроамперметром Р1 и шунтом R (они в источнике [2] не показаны) приведена на рис.4.

 

Рис.4

 

Особенность подсоединения токового трансформатора Tr1 (обмотка I) показана на рис.5. К разъему In присоединяется только центральная жила, оплетка коаксиального кабеля не подпаивается.

 

Рис.5

 

Трансформатор отделен от платки со схемой  и переключателей S1 и S2 фольгированной стеклотекстолитовой пластинкой, через отверстия в которой проходят  выводы  обмотки II (рис.6). Платку с собранной схемой прибора удобно закрепить на выводах резистора R1, в этом случае укорачиваются соединительные проводники и не требуется ее крепление к стенкам корпуса, изготовленного из фольгированного стеклотекстолита.
Рис.6.
 
Измерение КСВ проводится в положении переключателя S2 «Power100w/SWR», S1 в положение FWD (прямая волна). При работе TRX на передачу переменным резистором R1 устанавливают стрелку микроамперметра на последнее деление шкалы, затем переведя переключатель S1  в положение REF(отраж. волна) считывают показания микроамперметра. Далее проводят расчет КСВ по классической формуле и методике [1], приведенной в первой части статьи.
 

Как видно из схемы, прибор может быть использован как измеритель мощности. Для этого переключатель S2 остается в положении «Power100w/SWR», а движок переменного резистора R1 устанавливается в фиксированное положение, выбранное в процессе наладки прибора при градуировке шкалы (100 Вт = последнему делению шкалы). В положении переключателя S2 «Power 10w» параллельно микроамперметру подключается подобранный экспериментально шунт, что позволяет измерять мощность до 10 Вт с растяжкой на всю шкалу прибора.

 

Источники:

1. К. Ротхаммель. Антенны. Пер.с нем. Т.Э.Кренкель. М., Энергия, 1967 (МРБ. Вып. 637);

Категория: Измерения | Добавил: ra0ccn (02.09.2009) | Автор: . E
Просмотров: 13188 | Комментарии: 6 | Рейтинг: 4.4/7
Всего комментариев: 5
5  
Сергей, обоснуйте почему он не будет работать?

4  
Для Мираж. Вы предлагаете  распаять правильно переключатель на рис.6.

Как выяснилось, после многократного просмотра и разбирательства, Вы имели ввиду не рис.шесть, а рис. один Б. Специально из книги сделано фото этой схемы - 1:1 (из классического К.Ротхамеля "Антенны", м., Энергия, 1967 (МРБ-637).

По ней из этой книги, а не из статьи, собрана и работает эта схема лет эдак 15. Три первых фото (рис.1-3) мои (RA0CCN) и РЕАЛЬНЫЕ. Ошибок в пайке там нет.

Теперь фото из книги размещено рядом со схемой 1Б в статье, на нем овалом красным указан этот переключатель в ротхамелекском (и моем реальном) исполнении. Потому схема и работает.

В самой схеме в статье также проведены исправления Paint,ом (рисунок 1Б для статьи брался отсюда http://cqham.ru/ftp2/rothammel.zip - это из "Библиотеки радиолюбителя" сайта CQHAM.ru, стр.307 - в схеме ошибка. Она и была перенесена в статью здесь, теперь я ее исправил).
Т.е., исходник содержит ошибку, хотя краснодарский портал  (бывший Сайт кубанских р/л) очень уважаемый, но, как видим, и он не застрахован от ошибок!

Автор в лице администрации СМР приносит свои извинения за допущенную невнимательность, хотя и не по вине автора, и благодарит Мираж и других, подсказавших об ошибке.

Администрация СМР.

3  
КСВ-метр по первой схеме НИКОГДА работать не будет. Пока Вы переключатель распаяете правильно. В одном положении вывод от введённого под оплётку кабеля должен быть подключён к выпрямительному диоду, а второй вывод на подстроечный резистор. При переключении выводы проводника должны соответственно поменять точки подключения. А из схемы что на рисунке б) этого явно, что никогда не получится. Поэтому читайте внимательно вопрос и схему смотрите.

2  
Прекрасно работает! Сергей, как Вы предлагаете это сделать - т.е., посмотреть? У Вас сомнения в работоспособности сделанного по Ротхаммелю прибора? А на фото - это макет?
Там, кстати, видны все внутренности, добавлена только неонка, подключенная через конденсатор 20 пФ и переключатель вида используемого разъема (резьбовый - не на резьбе). Эти разъемы и переключатель можно применять и как коммутатор на две антенны. Об этом и в тексте рассказано.
Шкала, как видно на фото, не градуирована (при изготовлении и пользовании КСВ-метра я не видел в этом необходимости). Расчет очень простой, пару раз провел его - и далее ориентируешься по прямому-обратному отклонению стрелки. Или только по прямому - будет как ватметр (измеритель мощности).
Очень быстро привыкаешь при работе с одной антенной.

В остальном - полностью классика, просто, надежно...
Видео делать не буду, естественно... Попробуйте сами - 15 см коаксиала и микроамперметр. Смакетируйте и убедитесь в работоспособности прибора.
Честно, мне не понятен Ваш вопрос - в чем и почему сомнения? Или Вы просто далеки от практики и никогда не работали в эфире?
Впрочем, в современных промышленных трансиверах КСВ-метр, как опция, встречается практически всегда. Может поэтому Вы и не поняли сути этого классического прибора.

RA0CCN, Василий.

1  
Очень интересно посмотреть как у вас работает КСВ метр выполненный по схеме на первом рисунке б)

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Вторник, 21.11.2017, 18:02
Меню сайта
Категории раздела
Источники питания [20]
.....
Все остальное [71]
....
Измерения [22]
....
Вход на сайт

Поиск
Наш опрос
Какой раздел на сайте Вам неинтересен?
Всего ответов: 543
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Статистика

    Онлайн всего: 4
    Гостей: 4
    Пользователей: 0
    Copyright MyCorp © 2017