Вимірювання КСВ - Простий КСВ-метр

Якщо на виході лінії передачі підключений імпеданс, що відрізняється від її хвильового опору, частина падаючої на навантаження сигнальної хвилі відіб'ється назад. Ця відбита хвиля складається з падаючої, і результативна амплітуда в будь-якій точці є алгебраїчною сумою амплітуд двох хвиль. Вузли та пучности НЕ рухаються щодо лінії передачі, тобто стаціонарні. Такі хвилі називаються стоячими.

Важливим параметром лінії передачі, приєднаної до антени, є коефіцієнт стоячої хвилі. Коефіцієнт стоячої хвилі (КСВ) визначається відношенням її максимальної та мінімальної амплітуд. Коли опір навантаження одно хвильовому опору лінії передачі, падаюча хвиля повністю поглинається в навантаженні і відображена і стояча хвилі відсутні. В цьому випадку система є ідеальною, її коефіцієнт стоячої хвилі дорівнює 1.

Існує кілька методів вимірювання КСВ, за напругою, за струмом і за потужністю. Найбільш точно працює прилад в якому вимірюється потужність падаючої і відбитої хвилі на узгодженому навантаженні, але він відноситься до розряду складних і дорогих приладів. Найпростіший рефлектометр розглянуто в довіднику "Антени" автор К.Ротхаммель. Він виготовлений з відрізка гнучкого коаксіальногокабелю і в діапазоні коротких хвиль дає цілком точні результати вимірювань. Деякі практичні рекомендації з виготовлення даного рефлектометра. Автор наводить довжину коаксіальногокабелю 14 см, що явно недостатньо для вимірювання малих потужностей, нижче 100 Ватт.

Для вимірювання малих потужностей буде потрібно дуже чутливий мікроамперметр і хороша екранування. Не вказаний діаметр проводу у вторинному провіднику і його хвильовий опір щодо екрану. Рефлектометр або спрямований ответвитель конструктивно може бути коаксіальним, Полосковим або повітряним на зв'язаних лініях, симетричний і несиметричний. Напруга високої частоти наведене на вторинний провідник (петлю зв'язку) залежить від ступеня зв'язку між провідниками і від довжини цих провідників, і досягає максимального значення при довжині провідників 0,25лямбдаl. Величина ступеня зв'язку виражається в В і вибирається такий, щоб вторинний провідник не викликав великого зміни в хвильовому опорі основної лінії. Так як радіоаматори працюють у великій смузі частот від 1 до 30 МГц, то навіть на частоті 30 МГц четвертьволновой рефлектометр мав би дуже велику довжину. Тому довжину рефлектометра розраховують виходячи з найменшої вимірюваної потужності.

У нашому прикладі, ми розглянемо рефлектометр з довжиною кабелю 300 мм. При виготовленні застосовувався кабель РК-75-7-11. Діаметр кабелю по зовнішній оболонці 9,5 мм, діаметр по ізоляції 7,3 мм, діаметр внутрішньої жили 1,13 мм (одножильний). Вторинний провідник провід МГТФ 1 х 0,2 багатожильний діаметр по ізоляції 0,87 мм, діаметр провідника без ізоляції 0,6 мм. В принципі, діаметр дроту вторинної провідника не критичний за умови, якщо є можливість після виготовлення виміряти хвильовий опір вторинної лінії, так як навантажувальний резистор у вторинній лінії має дорівнювати хвильовому опору цієї лінії.

У зворотному випадку у вторинній неузгодженою лінії сигнал прийшовши з довільною фазою від навантаження внесе похибка при вимірюванні як прямий, так і падаючої хвилі. У нашому випадку діаметр вторинного провідника підібраний так, що хвильовий опір вторинного провідника дорівнює 75 Ом. Навантажувальний резистор без індукційний 75 Ом 2 пн. Проведені виміри показали КСВ рефлектора в основній лінії на узгодженому навантаженні 75 Ом, в смузі частот 1-50 МГц дорівнює 1,01. КСВ в лінії зв'язку (вторинної лінії) змінюється від 1,02 на частоті 1 МГц, до 1,17 на частоті 50 МГц. Виміри проводилися в лабораторії приладом Р4-37. Вимірювач комплексних коефіцієнтів передачі.

Зв'язок між пов'язаними лініями, склала на частотах:

При потужності передавача 100 Вт. напруга в фідері харчування становить 87 вольт, при навантаженні 75 Ом. Значить, при вимірюванні прямий хвилі напруга на вторинній (вимірюваної) лінії, після випрямляча складе, при зв'язку - 39 d В на частоті 29 мГц. 0,97 в, і при зв'язку - 62 dВ. в діапазоні 1,8 кГц, 0,07 в. При КСВ = 1 зворотна (або відображена) хвиля буде в 10 разів менше.

При виготовленні рефлектометра особливу увагу приділити розпаювання екрану кабелю до гнізда. На краях кабелю робиться бандаж тонкої залуження мідним дротом 0,15 мм, на довжину 5 мм виток до витка. Від краю кабелю до гнізда симетрично по колу припаяти 3-4 смужки мідної фольги. Вторинна лінія виводиться з під обплетення кабелю (з одного і з іншого боку) на відстані 10 мм від краю кабелю. По всій довжині кабелю добре притиснути оплетку обмотавши її ізоляційною поліхлорвінілової стрічкою.
При монтажі кабелю, вигини повинні бути плавними (максимальним РАДІКС). Якщо є можливість, по краях кабелю поставити кабельні роз'єми СР-75-155 ПВ. Поліпшується узгодження і екранування тракту.

Для вимірювання КСВ. при малій потужності (наприклад між трансивером і підсилювачем) краще застосувати рефлектометр в Полоскова виконанні, з більшою електричної довжиною і більшою зв'язком між лініями. Так як діелектрична проникність склотекстоліти більше ніж у поліетилену, то рефлектометр на смужках, виконаний на стеклотекстолите матиме велику електричну довжину, ніж на РК - кабелі при тих же лінійних розмірах, а так само можна розрахувати необхідну ступінь зв'язку між лініями. Ширина смужки залежить від заданого ступеня зв'язку між лініями »товщини застосовуваного матеріалу і його діелектричної проникності.

На рис.1 приведена принципова схема рефлектометра в Полоскова виконанні. Для вимірювання падаючої або відбитої хвилі необхідно переключити відповідний мікроперемикач. Вимірювальний прилад тестер або осцилограф підключають до вимірювального виходу Х 3 екранованим кабелем.

Несиметричні пов'язані лінії досить важко розраховувати, тому наводяться конкретні розміри скориговані після вимірів і перевірки. Спрямований відгалужувач був виготовлений з двостороннього фольгованого склотекстоліти товщина 2 мм. Полоскова лінії краще вирізати саморобним різаком при травленні і нанесенні фарби в домашніх умовах досить важко точно витримати лінійні розміри, як між смужками, так і по всій довжині ліній Необхідною точності можна домогтися вирізаючи лінії саморобним різаком, виготовленим з пиляльного полотна використовуючи нижче описане просте пристосування.

Пристрій складається з столика, двох металевих лінійок упорів і чотирьох струбцин. Як столика використовується прямокутний лист алюмінію 320 х 120 мм. товщиною 3: 5 мм. Дивіться малюнок 3.

Покласти заготовку фольгованого склотекстоліти на столик і притиснути його до столика двома струбцинами через лінійку. На заготівлі попередньо накреслити олівцем приблизне розташування Полоскова ліній, покласти другу лінійку на крайню лінію смужка і між лінійками (з двох сторін) покласти два набори кінцевих мір. Кінцеві міри, в кожному наборі, підібрані за розмірами таким чином, щоб прорізавши першу лінію і прибравши по одній платівці з кожного набору, ми пересунули другу лінійку на заданий розмір Полоскова лінії W і прорізаємо другу лінію і так далі. Таким чином ми дуже точно можемо прорізати 4 лінії. Якщо немає можливості дістати кінцеві міри, можна виготовити саморобні упори з прямокутних пластинок білої жерсті. За два упору для кожного лінійного розміру. Доведеться робити 6 упорів по 3 типорозміру.
Для зручності роботи пластинки зігнути, як показано на малюнку.

Упори підігнати в розмір, притираючи їх на дрібним наждачним папері контролюючи розмір штангельциркулем. Зазор (відстань) між двома смужками 0,5 мм) необхідно взяти різаки такої ж товщини, щоб відразу отримати необхідний розмір зазору. Ширина смужки для 50 омного рефлектометра W = 3,25 мм, для 75 омного W = 1,3 мм. Зв'язок междe смужками на 30 мГц складе для 50 омного - 29,5 dB, для 75 омного - 17 dВ. Фольгу навколо Полосков прибрати скальпелем. Високочастотні роз'єми СР-50 припаяти до корпусу. Корпус пропаять по всій довжині суцільним швом без розривів, з двох сторін кожної плати. Після виготовлення корпусу і розпаювання деталей, корпус з усіх боків покрити нітролаком або клеєм БФ-2, якщо клей густий додати трохи спирту. Прорізати доріжки без натиску, гострим різаком, за кілька прийомів, щоб краю смужок були рівними і без задирок. Акуратно прорізати доріжки можна використовуючи два різака. Ріжуча частина різака (кромка леза) заточуючи під невеликим кутом, в одному різаку роблять лівий скіс, в іншому правий. Мідь нанесена на стеклотекстолит прорізається першим різаком не по всій ширині, (мається на увазі ширина ріжучої частини різака, тобто товщина пиляльного полотна з якого зроблений різак), а приблизно половину ширини прорізуваної доріжки.

Другим різаком прорізають другу половину доріжки. При такому методі, краю прорізуваної доріжки виходять рівними і без задирок. У процесі роботи необхідно кілька разів підточувати ріжучу кромку леза різака. Поки ріжеться мідь, лезо НЕ тупиться, але потрапляючи на стеклотекстолит кромка леза швидко тупиться, як на образіве. Намагатися прорізати тільки мідь не заглиблюючись глибоко в стеклотекстолит. Екран перегородку з білої жерсті, припаяти до склотекстоліти з кроком пайки 10: 15 мм. Висота перегородки не критична приблизно 20 мм. Довжина смужка вторинної лінії 290 мм. Поліпшити параметри цього рефлектометра можна поклавши (наклеївши) смужку склотекстоліти поверх двох Полоскова ліній, попередньо знявши фольгу з двох сторін цієї смужки. Товщина цієї платівки не критична 1,5: 3 мм. Розмір 20 х 290 мм. При такій корекції вирівнюються парні і непарні моделі довжин хвиль, а так же компенсується реактивність. Поліпшується КСВ основний і вторинної ліній. Зверху корпус можна закрити запаявши стеклотекстолитовую або з білої жерсті кришку.

Глибина корпусу, обрана з великим запасом кришку можна втопити на глибину 5 мм, при цьому, це жодним чином не змінює параметри спрямованого відгалужувачі. Таким рефлектометром зручно налаштовувати антени мобільних станцій в діапазоні 27 мГц мають не більшу вихідну потужність.