Ксв метр на полосковых линиях кв диапазона. Ксв-метр на полосковых линиях

Данное схемное решение скопировано с промышленного КСВ метра ROGER RSM-200, имеющего следующие характеристики: полоса частот от 1,6 МГц до 200 МГц, проходная мощность не более 200 Вт.

Внешний вид:

Прибор нереверсивный, поэтому надо соблюдать правильность включения входа и выхода.

Трансформаторы L1 L2 намотаны на ферритовых кольцах типоразмер 12x7x6 мм проводом ПЭВ-0,4 мм 22 витка, мотается равномерно по всей окружности кольца. Затем в оба намотанных кольца вставляется латунная трубка диаметром 3,5 мм и длинной 40 мм (автор использовал элемент антенны от карманных приёмников) и распаивается на разъёмах PL. Образец приведён на фото:

Дроссели L3 L4 мотаются на аналогичных кольцах и имеют по 19 витков ПЭВ 0,4 мм. 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 60 мм Х 33 мм. Плата помещается в жестяной экран 60х33х33 мм.

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 измерительной головки. Настройка КСВ метра сводится к калибровке обратной волны резистором R3. Калибровка прибора производится резисторами R4, R5 в поддиапазоне 200 и 20 ватт.

73!

Просмотрено: 2 365

После окончания сборки любой антенны или антенной системы необходимо произвести проверку КСВ. Это даст вам уверенность что всё, что Вами сделано - сделано правильно. Данный КСВ-метр предназначен для работы в диапазонах частот 144, 432 и 1296 МГц.

Конструкция
Конструкция прибора достаточно проста и понятна. Прибор выполняется из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2,0 мм.
На рис.1 показан монтаж КСВ-метра. Центральный проводник выполнен из латунного прутка диаметром 10 мм. Линия связи выполняется из вывода диода D1 и D2, так как ваш диод будет практически вставленным в отверстие сделанное вами в перемычке.

Все соединения корпуса КСВ-метра необходимо тщательно пропаять - это обеспечит жесткость конструкции и стабильность параметров. Перегородка, устанавливаемая между измерительным и приборным отсеками КСВ-метра показана на рис.2.

Для развязки измерительных цепей конденсаторы С3 и С4, должны быть опорными, например - марки КДО и иметь емкость 3300 или 6800 пф. В качестве диодов D1 и D2 можно применить и другие диоды, но обеспечивающие работу КСВ-метра на этих частотах. Перед установкой диодов в КСВ-метр вам необходимо проверить паспортные данные устанавливаемого диода.

Правильность выполнения измерительного отсека КСВ-метра в котором располагаются измерительные линии приведена на рис.3.

Измерение
Процесс измерения особенностей не имеет, и многократно был описан в различной радиолюбительской литературе. Для облегчения отсчета составлена таблица 1. Все значения, приведенные в таблице 1 были рассчитаны для прибора на 100 мкА.

Дел......КСВ

Если у вас есть другой прибор, который отличается от предлагаемого, то вам необходимо произвести перерасчет по формуле:

КСВ = (Uпрям + Uотр) / (Uпрям - Uотр), где:

Uпрям. - напряжение прямой волны
Uотр. - напряжение отраженной волны
После этого можно составить таблицу, но уже для вашего прибора.

Модернизация
Для улучшения параметров вашего прибора вам необходимо доработать резисторы R1, R2, а так же конденсаторы С1, С2 при помощи растворителя смыть с них краску.

Вывод идущий на корпус у резистора R1, R2, как и вывод конденсаторов С1, С2 должны быть минимально короткими и иметь пайку с обоих сторон фольгированного стеклотекстолита, то есть выводы должны вставлены в предварительно подготовленное вами отверстие, вывод от радиодеталей должен выходить с обратной стороны фольгированного стеклотекстолита на 1…2 мм и только после этого производится пайка. Резисторы R1 и R2 можно использовать в качестве опорных стоек и впаивать в фольгированный стеклотекстолит вертикально.

Если у вас есть прибор 100 мкА, который рекомендован, то данную конструкцию можно дополнить еще одним отсеком, установив его в КСВ-метр. При правильно собранно вами монтаже и выдержанных размерах, КСВ-метр начинает работать сразу и вам остается только его откалибровать, т.е. составить таблицу с КСВ или нанести эти значения на шкалу вашего прибора.

Размеры отсека с разъемом и диаметр латунной трубки рассчитаны на волновое сопротивление 75 Ом, а не на 50.Чтобы было 50 ом надо или миллиметров на 5 увеличивать диаметр латунного стержня, или миллиметров на 11 уменьшать каждую сторону (как бы диаметр) отсека с "трубкой".

Уберите вторые конденсаторы с диодов, лишняя рассогласовка, оставьте по одному на каждом диоде и максимально укоротите их выводы, в первую очередь выводы конденсаторов, которые идут на диоды, но и на землю тоже. Выводы диодов тоже укоротите. Провода до тумблера используйте жесткие, одножильные, по минимальному расстоянию до выводов. С "общего" выхода тумблера припаяйте опять же кратчайшим путем емкость несколько тыс. пф на землю.

Можно так же еще и параллельно разъему тоже емкость припаять на землю. Все элементы постарайтесь разместить как можно более симметрично. В отсеке с разъемами желательно пропаять землю между стенками по всей длине. Смотреть показания надо только с закрытой верхней крышкой.

Резисторы вы надеюсь 50 Ом поставили, безиндукционные? По хорошему, их надо подбирать. И параллельно щупам мультиметра на самом мультиметре тоже поставьте небольшую емкость, а еще лучше все-таки использовать головку, а то эти китайские мультиметры....... И тумблер постарайтесь разместить вертикально (т.е. повернуть его на 90 градусов, для "симметрии" :)

Диоды: ГД501 507 508 Д18 Д28 Д9 Д2 Д310 Д311 Диодоы желательно подобрать по одинаковой ВАХ (вольтамперной характеристике) или близким параметрам.

Откалибровать прибор по ближайшему ряду резисторов: 50,75, 100,150 ом (включив вместо антенны), соответственно КСВ будет 1;1.5;2.0;3.0. После этого можно прибор проверить на симметричность (поменяв местами вход и выход).

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.

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.