Классический рефлектометр для измерения КСВ
Источник: http://smham.ucoz.ru/publ/13-1-0-124
Измерители КСВ
Прибор для измерения КСВ — КСВ-метр.
Прямой метод измерения КСВ основан на использовании измерительной линии, с помощью которой измеряются амплитуды напряженности поля в пучности и узле. Этот метод исторически наиболее ранний.
Чаще КСВ измеряют косвенно с помощью рефлектометра с последующим пересчетом |Г| в КСВ. В более сложных (многофункциональных, как правило — автоматических) измерительных приборах на основе рефлектометров измерение КСВ является одной из функций (наряду с измерением импеданса, комплексного коэффициента отражения, S-параметров, мощности).
Шкала рефлектометра, предназначенного для измерения КСВ, может быть заранее проградуирована в единицах КСВ. Конструкции рефлектометров, используемых для измерения КСВ, разнообразны.
Измерители (датчики) КСВ проходного типа встраиваются в линию передачи или размещаются на выходе радиопередатчика, они могут использоваться в упрощенном виде как часть схемы защиты радиопередатчика от рассогласования нагрузки.
При измерении КСВ следует учитывать следующее.
- КСВ определяется в установившемся режиме, когда прекратится переходный процесс в линии передачи, возникающий в момент включения генератора (волна распространяется по длинной линии от генератора в сторону нагрузки, частично отражается от нее, распространяется в обратном направлении к генератору, частично отражается от него и т.д.). Это обстоятельство необходимо учитывать при планировании измерений КСВ с помощью рефлектометров, работающих во временной области.
- При измерении качества согласования потенциально нелинейной нагрузки следует учитывать, что результат может зависеть от мощности измерительного сигнала. Например, при измерении КСВ по входу усилителя входной импеданс активного прибора может зависеть режима его работы и, в частности, от мощности измерительного сигнала. В таких случаях измерение следует проводить, используя измерительный сигнал со вполне определенной (номинальной) мощностью.
- В линии передачи с потерями модуль коэффициента отражения непрерывно убывает по мере удаления от нагрузки и приближении к генератору. Это объясняется тем, что как падающая, так и отраженная волны испытывают затухание. Поэтому в линии передачи с потерями КСВ имеет условный смысл[2]. Режим работы в такой линии можно характеризовать двумя значениями КСВ: около нагрузки и около генератора. Измерение КСВ на стороне генератора без учета погонного затухания в линии передачи может привести к неверному заключению о высоком качестве согласования нагрузки с линией передачи и к завышенной оценке КПД системы “линия передачи — нагрузка”.
Например, при использовании кабеля PK50-7-15 удельное затухание на частотах Си-Би (около 27 МГц) составляет 0,04 дБ/м, и при длине кабеля 40 м отраженный сигнал будет испытывать затухание 3,2 дБ. Это приведет к тому, что при значении КСВ вблизи антенны, равном 2,00, измеритель КСВ покажет значение 1,38; при КСВ у антенны 3,0 измеритель покажет около 1,63.
- При измерении КСВ антенны без использования радиочастотной безэховой камеры результат измерения может быть неверным, если антенна принимает радиосигналы расположенных поблизости мощных источников, амплитуда которых на входе измерителя сопоставима с амплитудой отраженного от антенны измерительного сигнала. Эта проблема – не редкость в декаметровом и более длинноволновых диапазонах, где действующая высота полноразмерных антенн велика. Для ослабления указанного влияния повышают мощность генератора измерительного сигнала, включают в тракт частотные фильтры и применяют другие схемотехнические решения. Тем не менее, это не устраняет необходимости в безэховой камере, чтобы антенна не возвращала в измеритель собственный сигнал, отражённый от окружающих предметов.
Например, в отечественных панорамных измерителях КСВн и ослабления, таких как Х1-43, применялась амплитудная модуляция испытательного сигнала на частоте 100 кГц (отключаемая), а напряжение с детекторов проходило через узкополосный полосовой фильтр (отключаемый), что делало приёмные цепи селективными.
- Датчик КСВ на выходе радиопередатчика может давать неверные показания, если сигнал содержит недостаточно подавленные гармоники несущего колебания (например, из-за неверной настройки выходной колебательной цепи радиопередатчика) или иные побочные колебания.
- Измеритель КСВ рассчитывается на использование в тракте с определенным значением волнового сопротивления. Попытка измерить КСВ в тракте с иным значением волнового сопротивления даст неверный результат.
Например, проведение измерений КСВ в тракте с волновым сопротивлением 75 Ом с использованием КСВ-метра для тракта 50 Ом даст неверный результат.
Источник: http://duplex-shop.ru/shop/category/izmeriteli-i-programmatory/izmeriteli-ksv
Измерение ксв
ИЗМЕРЕНИЕ КСВ
Важным параметром антенны или линии передачи, подсоединенной к антенне, является коэффициент стоячей волны. Коэффициент стоячей волны (КСВ) определяется отношением ее максимальной и минимальной амплитуд.
Если на выходе линии передачи подключен импеданс, отключающийся от ее волнового сопротивления, часть падающей на нагрузку сигнальной волны отразится обратно.
Эта отраженная волна складывается с падающей, и результирующая амплитуда в любой точке является алгебраической суммой амплитуд двух волн. Узлы и пучности не движутся относительно линии передачи, т.е.
стационарны. Такие волны называются стоячими.
Когда сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии передачи, падающая волна полностью поглощается в нагрузке, отраженная и стоячая волны отсутствуют. В этом случае система является идеальной, ее коэффициент стоячей волны равен 1.
U прям. + U отр.
КСВ = ————————-
U прям. – U отр.
Существует несколько методов измерения КСВ: по напряжению, по току и по мощности. Наиболее точно работает прибор, в котором измеряется мощность падающей и отраженной волны на согласованной нагрузке, но он относится к разряду сложных и дорогих приборов.
Простейший рефлектометр рассмотрен в справочнике “Антенны” автор К. Ротхаммель. Он изготовлен из отрезка гибкого коаксиального кабеля и в диапазоне коротких волн дает вполне точные результаты измерений.
Некоторые практические рекомендации по изготовлению данного рефлектометра.
Автор приводит длину коаксиального кабеля 14 см, что явно недостаточно для измерения малых мощностей, ниже 100 ватт, в нижней части диапазона коротких волн.
Для измерения малых мощностей потребуется очень чувствительный микроамперметр и хорошая экранировка. Не указан диаметр провода во вторичном проводнике и его волновое сопротивление относительно экрана.
Рефлектометр или направленный ответвитель конструктивно может быть коаксиальным, полосковым или воздушным на связанных линиях, симметричный и несимметричный.
Напряжение высокой частоты, наведенное на вторичный проводник (петлю связи), зависит от степени связи между проводниками и от длины этих проводников и достигает максимального значения при длине проводников 0,25l.
Величина степени связи выражается в dВ и выбирается такой, чтобы вторичный проводник не вызывал большого изменения в волновом сопротивлении основной линии. Так как радиолюбители работают в большой полосе частот от 1 до 30 мГц, то даже на частоте 30 мГц четвертьволновый рефлектометр имел бы очень большую длину. Длина рефлектометра выбирается меньше четверти волны исходя из степени связи между проводниками, а так же от уровня подводимой мощности.
Следует заметить, что измерение КСВ на выходе передатчика при длинном фидере питания отличается от измерения непосредственно у антенны.
Это вызвано тем, что амплитуда отраженной и падающей волны претерпевает дополнительные затухания в самом фидере.
На высоких частотах эта погрешность еще больше, так как кабель не идеален и имеет неоднородности. (Чем длиннее кабель, тем лучше КСВ Hi).
В нашем примере мы рассмотрим рефлектометр с длиной кабеля 300 мм. При изготовлении применялся кабель РК-75-7-11. Диаметр кабеля по наружной оболочке 9,5 мм, диаметр по изоляции 7,3 мм, диаметр внутренней жилы 1,13 мм (одножильный).
Вторичный проводник провод МГТФ 1 х 0,2 многожильный, диаметр по изоляции 0,87 мм, диаметр проводника без изоляции 0,6 мм.
В принципе, диаметр провода вторичного проводника не критичен при условии, если есть возможность после изготовления измерить волновое сопротивление вторичной линии, так как нагрузочный резистор во вторичной линии должен быть равен волновому сопротивлению этой линии.
В противном случае во вторичной несогласованной линии сигнал, придя с произвольной фазой от нагрузки внесет погрешность при измерении, как отраженной, так и падающей волны. В нашем случае диаметр вторичного проводника подобран так, что волновое сопротивление вторичного проводника равняется 75 Ом.
Нагрузочный резистор безиндукционный 75 Ом 2 Вт. Проведенные измерения показали, КСВ рефлектора в основной линии на согласованной нагрузке 75 Ом, в полосе частот 1-50 мГц равен 1,01. КСВ в линии связи (вторичной линии) изменяется от 1,02 на частоте 1 мГц до 1,17 на частоте 50 мГц. Измерения проводились в лаборатории прибором Р4-37.
Измеритель комплексных коэффициентов передачи.
Связь между связанными линиями составила на частотах:
1,8 мГц = – 62 dВ
3,5 мГц = – 57 dВ
7 мГц = – 52 dВ
14 мГц = – 45 dВ
18 мГц = – 43 dВ
21 мГц = – 42 dВ
24 мГц = – 41 dВ
29 мГц = – 39 dВ
При КСВ = 1 обратная (или отраженная) волна будет в 10 раз меньше.
При применении приборных разъемов особое внимание следует уделить распайке экрана кабеля к разъему. На краях кабеля делается бандаж тонкой залуженной медной проволокой Æ 0,15 мм, на длину 5 мм, виток к витку.
От края кабеля к разъему, симметрично по кругу припаять 3 – 4 полоски медной фольги. Вторичная линия выводится из под оплетки кабеля ( рис 1 ) с одной и с другой стороны на расстоянии 10 мм от края кабеля.
По всей длине кабеля хорошо прижать оплетку, обмотав ее изоляционной полихлорвиниловой лентой.
Рис. 1
При монтаже кабеля, изгибы должны быть плавными (максимальным радиусом). Лучше применять кабельные разъемы СР-75-155 ПВ. Улучшается согласование и экранировка тракта.
Для измерения КСВ, при малой мощности (например между трансивером и усилителем) можно применить рефлектометр в полосковом исполнении, с большей электрической длиной и большей связью между линиями.
Так как диэлектрическая проницаемость стеклотекстолита больше чем у полиэтилена, то рефлектометр на полосках, выполненный на стеклотекстолите будет иметь большую электрическую длину чем на РК – кабеле, при тех же линейных размерах, а так же можно рассчитать необходимую степень связи между линиями.
Ширина полоска зависит от заданной степени связи между линиями, толщины применяемого материала и его диэлектрической проницаемости.
На рис. 2 приведена принципиальная схема рефлектометра в полосковом исполнении. Для измерения падающей или отраженной волны, необходимо переключить соответствующий микропереключатель. Измерительный прибор, тестер или осциллограф подключают к измерительному выходу Х 3 экранированным кабелем. Конструкция рефлектометра приведена на рис. 3.
D1, D2 – Д18 (Д311) Др1 … Др4 – 100-500 мк н
R1, R2 – 50 Ом (75 Ом) С1 … С5 – 10-22 н
Рис. 3
1 направленный ответвитель 3 вырез под полосок
2 экран – перегородка 4 разъем СР 50
Рис. 4
Несимметричные связанные линии довольно трудно рассчитать, поэтому приводятся конкретные размеры скорректированные после измерений и проверки. Направленный ответвитель (рис. 4) был изготовлен из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита, толщина 2 мм.
Полосковые линии лучше вырезать самодельным резаком, при травлении и нанесении краски в домашних условиях довольно трудно точно выдержать линейные размеры как между полосками, так и по всей длине линий. Необходимой точности можно добиться, вырезая линии самодельным резаком, изготовленным из ножовочного полотна, используя ниже описанное простое приспособление.
Отверстия для
крепления
переключателя
Рис. 5
Приспособление состоит из столика, двух металлических линеек, упоров и четырех струбцин. В качестве столика используется прямоугольный лист алюминия 320 х 120 мм, толщиной 3 : 5 мм.
Смотрите рисунок 5.
Положить заготовку фольгированного стеклотекстолита на столик и прижать его к столику двумя струбцинами через линейку.
На заготовке предварительно начертить карандашом примерное расположение полосковых линий, положить вторую линейку на крайнюю линию полоска и между линейками (с двух сторон) положить два набора концевых мер (рис. 6).
Концевые меры, в каждом наборе, подобраны по размерам таким образом, чтобы прорезав первую линию и убрав по одной пластинке из каждого набора, мы передвинули вторую линейку на заданный размер полосковой линии W и прорезаем вторую линию и так далее. Таким образом мы очень точно можем прорезать 4 линии.
Если нет возможности достать концевые меры, можно изготовить самодельные упоры (рис. 6) из прямоугольных пластинок белой жести. По два упора для каждого линейного размера. Придется делать 6 упоров по 3 типоразмера. Для удобства работы пластинки согнуть, как показано на рисунке 7.
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Упоры подогнать в размер, притирая их на мелкой наждачной бумаге, контролируя размер штангельциркулем. Зазор (расстояние) между двумя полосками 0,5 мм, необходимо взять резаки такой же толщины, чтобы сразу получить необходимый размер зазора.
Ширина полосков для 50 Омного рефлектометра W = 3,25 мм, для 75 Омного W = 1,3 мм. Связь между полосками на 30 мегагерцах составит для 50 Омного – 29,5 dВ, для 75 Омного – 17 dВ. Фольгу вокруг полосков убрать скальпелем. Высокочастотные размеры СР-50 припаять к корпусу.
Корпус пропаять по всей длине сплошным швом без разрывов, с двух сторон каждой платы. После изготовления корпуса и распайки деталей, корпус со всех сторон покрыть нитролаком или клеем БФ-2, если клей густой добавить немного спирта.
Прорезать дорожки без нажима, острым резаком, за несколько приемов, чтобы края полосок были ровными и без заусениц. Аккуратно прорезать дорожки можно используя два резака. Режущая часть резака (кромка лезвия) затачивая под небольшим углом, в одном резаке делают левый скос, в другом правый.
Медь нанесенная на стеклотекстолит прорезается первым резаком не по всей ширине, (имеется в виду ширина режущей части резака, т.е. толщина ножовочного полотна из которого сделан резак) а примерно половину ширины прорезаемой дорожки.
Вторым резаком прорезают вторую половину дорожки. При таком методе, края прорезаемой дорожки получаются ровными и без заусенец.
В процессе работы необходимо несколько раз подтачивать режущую кромку лезвия резака. Пока режется медь, лезвие не тупится, но попадая на стеклотекстолит кромка лезвия быстро тупится как на образиве.
Стараться прорезать только медь, не углубляясь глубоко в стеклотекстолит.
Экран перегородки из белой жести, припаять к стеклотекстолиту с шагом пайки 10 : 15 мм. Высота перегородки не критична примерно 20 мм. Длина полоска вторичной линии 290 мм.
Улучшить параметры этого рефлектометра можно положив ( наклеив) полоску стеклотекстолита поверх двух полосковых линий, предварительно сняв фольгу с двух сторон этой полоски. Толщина этой пластинки не критична 1,5 : 3 мм. Размер 20 х 290 мм.
При такой коррекции, выравниваются четные и нечетные модули длин волн, а так же компенсируется реактивность. Улучшается КСВ основной и вторичной линии. Сверху корпус можно закрыть, запаяв стеклотекстолитовую или из белой жести крышку.
Глубина корпуса, выбрана с большим запасом, крышку можно утопить на глубину 5 мм, при это ни каким образом не изменяет параметры направленного ответвителя. Таким рефлектометром удобно настраивать антенны мобильных станций в диапазоне 27 ¸ 200 мГц, имеющими небольшую выходную мощность.
Владимир Приходько EW8AU
а/я 68 Гомель 246027
Беларусь
Источник: http://ew8au.narod.ru/ksv.html
Персональный сайт – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
КСВ метр от RV4HV
Данное схемное решение скопировано с промышленного КСВ метра ROGER RSM-200 имеющего следующие хар-ки:
- Полоса частот от 1.6 мГц до 200мГц
- Проходная мощность не более 200 ватт
Принципиальная схема:
Прибор не реверсивный, поэтому надо соблюдать правильность включения входа и выхода. Трансформаторы L1 L2 намотаны на ферритовых кольцах типоразмер 12x7x6 мм проводом пэв-0.
4мм 22 витка, мотается равномерно по всей окружности кольца.
Затем в оба намотанных кольца вставляется латунная трубка диаметром 3,5мм и длинной 40 мм (я использовал элемент антенны от карманных приёмников) и распаивается на разъемах PL. Образец приведён на фотографии.
Дроссели L3 L4 мотаются на аналогичных кольцах и имеют по 19 витков ПЭВ 0.4мм.
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 60мм Х 33мм. Плата помещается в жестяной экран 60 Х 33 Х 33мм
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 изм. головки. Настройка КСВ метра сводится к калибровке обратной волны резистором R3. Калибровка мощметра производится резисторами R4, R5 в поддиапазоне 200 и 20 ватт.
Наверно ни кому не нужно доказывать и убеждать в том, что успех работы в эфире зависит от антенны и от степени ее согласования и настройки.
В большей степени это касается УКВ диапазонов, где уровни сигналов РЛ станций малы, а затухания по фидерным линиям питания антенн велики. В такой ситуации и начинает играть главную роль точность согласования. Произвести такую настройку без УКВ рефлектометра просто невозможно.
В литературе на данную тему было предложено достаточно много схем и вариантов КСВ-метров для КВ диапазонов, все они прекрасно работают на частотах до 30 МГц. Что же касается УКВ , то этот вопрос не достаточно освещен.
В связи с этим, хочу предложить вниманию радиолюбителей, работающих на УКВ диапазонах, вариант УКВ рефлектометра, достоверно работающего в полосе частот 130-480МГц.
В основу устройства заложен двунаправленный ответвитель на полосковых линиях рис 1:
Он изготавливается из фольгированного стеклотекстолита толщиной 6 мм. Полосковая линия w-1 имеет волновое сопротивление 50 Ом. Параллельно соединенные линии w-2 и w-3, Рассчитываются на волновое сопротивление 100 Ом, Нагружены на безиндуктивное сопротивление 50 Ом
с их противоположных концов снимаются напряжения Uпр и Uобр. Далее эти напряжения выпрямляются диодами D1 и D2. С анодов диодов снимаются постоянные напряжения пропорциональные Uпр. и Uобр. и поступают на схему индикации. Ее можно собрать по схеме рис.2.
Но лучше и удобнее использовать цифровую схему подробно описанную в Радиоаматор №7 2004 г предложенную US5WDQ.
Во всем выше изложенном нет ничего нового, но нужно заострить внимание на том, что, чтобы говорить о какой либо точности измерений на частотах 70см диапазона, ответвитель должен быть выполнен с особой тщательностью и точностью, что не всегда возможно осуществить в радиолюбительских условиях. Исходя из этого, пользуясь предлагаемой методикой изготовления ответвителя можно получить довольно неплохие результаты.
Теперь о некоторых конструктивных особенностях.
Стеклотекстолит с толщиной диэлектрика 6мм выбран не зря, ведь тем более такой материал промышленностью не выпускается. Исходя из формулы рис 3.
Если использовать широко распространенный фольгированный стеклотекстолит
Толщиной 1,5мм то ширина полосковой линии имеющей 50 Ом должна быть 2.7 мм. Уход от этого размера на одну, две десятых мм вызовет уход волнового сопротивления на 5…10 Ом соответственно, что приведет к ощутимым погрешностям в работе ответвителя. При толщине материала 6мм. ширина полосковой линии имеет 11мм.
Понятно, что чем шире дорожка, тем легче обеспечить точность размера. 6мм фольгированный стеклотекстолит изготавливается следующим образом: по размерам платы рис.1 вырезаются 4 заготовки из 1.5мм ф.стеклотекстолита. У двух из них металлизация удаляется с двух сторон у двух других только с одной.
Заготовки промазываются клеем типа ЭДП собираются в пакет и зажимаются в тиски. После высыхания клея заготовка вынимается из тисков. Чтобы выяснить какая диэлектрическая проницаемость получилась у такого «слоеного пирога» нужно воспользоваться измерителем емкости, измерив емкость получившегося конденсатора.
Зная емкость находим диэлектрическую проницаемость из формулы рис.4
У меня получилось 4.7….5. Изходя из полученных данных рассчитываются конструктивные размеры полосковых линий по выше приведенной формуле.
Из полученной заготовки плата ответвителя изготавливается или фото способом или с применением «кмпьютерно-утюжной» технологии или при определенной сноровке простым резаком из ножовочного полотна. Печатную плату ответвителя впаивают в прямоугольную рамку из латунной или медной полосы толщиной 0.8-1мм. На торцевых стенках рамки устанавливают ВЧ раземы соответствующего волнового сопротивления.
После этого рефлектометр нужно проверить. Для этого на вход от передатчика или ГСС подают вч напряжение, а выход нагружают на эквивалентную нагрузку 50 Ом. Можно воспользоваться готовыми вч нагрузками от АЧХ Х1-13, Х1-49, Х1-50. Подбором резистора R1 добиваются показаний КСВ=1.
После этого поочередно подключают к выходу нагрузки сопротивлением 75 и 100 Ом показания должны быть 1.5 и 2 соответственно. Настроенный ответвитель закрывают с двух сторон крышками из меди или латуни. Поскольку ответвитель симметричный его вход и выход можно менять местами, учитывая, что выходы Uпр. и Uобр.
тоже поменяются местами.
Источник: http://radio145-500.narod.ru/index/0-23
(нет голосов)
Загрузка...
detector