Відомо, що успішна робота в ефірі багато в чому залежить від ефективності антени аматорської радіостанції. Існує велика різноманітність короткохвильових антен. Початківці радіоаматори зазвичай використовують найбільш прості, які не потребують великих витрат. Більш досвідчені встановлюють на високих щоглах багатоелементні спрямовані антени з дистанційним управлінням становищем головної пелюстки діаграми спрямованості. Але будь-яка антена буде давати хороші результати, лише коли має бути встановлена. Істотну допомогу радіоаматори в налаштуванні антени надасть пропонований прилад.
Антену, як правило, живиться трьома способами. На найбільш прості, наприклад «довгий промінь», харчуються однопровідним фідером, що є частиною антени і тому інтенсивно випромінюють електромагнітні хвилі. При роботі радіостанції на передачу такої фідер є джерелом перешкод для найближчих телевізорів. При прийомі на нього також наводиться безліч побутових і промислових перешкод.
Деякі антени живиться двопровідним повітряним фідером або симетричним стрічковим кабелем. Такий спосіб дозволяє зменшити випромінювання фідера, але широкого поширення у радіоаматорів не отримав через необхідність використовувати симетричні вихідні ланцюга передавача, щодо складну повітряну двухпроводную фідерні лінію або дефіцитний стрічковий кабель.
Найбільшого поширення набув коаксіальний фідер. При правильному узгодженні і симетрування він практично не випромінює при передачі і помехозащітен при прийомі. До того ж звичайний телевізійний коаксіальний кабель доступний кожному радіоаматорові. Описуваний нижче прилад призначений для вимірювання коефіцієнта стоячої хвилі (КСВ) і потужності, що передається по коаксіальному кабелю в антену. Відомо, що коаксіальна лінія передачі характеризується «так званим хвильовим опором q, яке в основному залежить від співвідношення розмірів внутрішнього (у кабелю - жила) і зовнішнього (обплетення) провідників. Найбільш часто зустрічаються кабелі з хвильовим опором 50 і 75 Ом. Для того щоб потужність, що подається від передавача в кабель (рис. 2.6, а), надходила в навантаження (антену), необхідно виконати умову: опір навантаження має дорівнювати хвильовому опору кабелю. В цьому випадку, якщо не брати до уваги втрати в кабелі, по всій довжині між центральним провідником і опліткою встановиться однакову напругу і по ним потече однакової сили струм (рис. 2.6,6). Конкретні значення цих величин залежать від потужності передавача, параметрів навантаження і кабелю. Прийнято говорити, що при цьому в кабелі встановлюється режим біжучої хвилі.
Але на практиці частіше буває так, що опір навантаження не дорівнює хвильовому опору кабелю, т. Е. Між ними існує неузгодженість. В цьому випадку в навантаженні виділяється тільки частина потужності (падаюча хвиля), а з'являється так звана реактивна потужність рухається від навантаження до передавача (відбита хвиля). Складові електромагнітного поля відбитої хвилі мають початкову фазу, відмінну від початкової фази складових падаючої хвилі. В результаті складання однойменних складових з різними фазами в кабелі утворюються стоячі хвилі [15]. Рівень стоячих хвиль можна оцінити коефіцієнтом стоячої хвилі - часткою від ділення суми на різницю напруг або струмів в кабелі, викликаних падаючої і відбитої хвилями.
Розглянемо два крайніх випадку неузгодженості: обрив навантаження (RH = oo) і коротке замикання (RH = 0). У першому випадку (рис. 2.6, в) напруга на кінці кабелю максимально і більше, ніж в разі узгодженої навантаження (R "= 0), а струм в цій точці дорівнює нулю. У міру віддалення від кінця кабелю до передавача напруга зменшується, а струм зростає. На відстані чверті довжини хвилі в кабелі напруга впаде до нуля, а струм досягне максимуму. У такому випадку говорять, що в цій точці розташовується вузол напруги і пучность струму.
Мал. 2.6. Розподіл струму I і напруги U вздовж лінії передачі високочастотної енергії
Принагідно слід зауважити, що довжина хвилі в кабелі # 955; н пов'язана з довжиною хвилі у вільному просторі # 955; таким співвідношенням:
У цій формулі # 949; - це діелектрична постійна (проникність) матеріалу внутрішньої ізоляції кабелю. Вираз К = 1 / # 949; називається коефіцієнтом укорочення хвилі в кабелі. Наприклад, для кабелів з діелектриком з поліетилену К = 0,66 і # 955; к = 0,66 # 955 ;.
Якщо продовжувати рухатися від кінця кабелю в сторону передавача, то ще через # 955; к / 4 картина співвідношення напруги і струму буде такою ж, як і на кінці кабелю, т. Е. Вузол струму і пучность напруги.
При короткому замиканні в навантаженні (рис. 2.6, г) картина стоячих хвиль дещо інша - на кінці кабелю струм максимальний, а напруга дорівнює нулю.
Зазвичай обрив або коротке замикання навантаження буває при несправності антени і трапляється не так часто. При нерівності опору навантаження і хвильового опору кабелю уздовж лінії також утворюються стоячі хвилі і тільки частина потужності відбивається від навантаження (рис. 2.6, д, е).
Фідер антени може працювати як в режимі біжать, так т в режимі стоячих хвиль. У першому випадку його довжина може бути довільною і визначатися віддаленістю антени від передавача. У другому випадку довжина фідера повинна бути пов'язана з довжиною хвилі в кабелі Кл. Так, якщо вона кратна цілому числу півхвиль, то опір навантаження трансформується До початку кабелю без зміни. Елементами настройки вихідного контуру передавача може бути досягнуто узгодження його вихідного опору і навантаження.
Принципова схема приладу для вимірювання КСВ зображена на рис. 2.7. До одного з коаксіальних роз'ємів XS1 або $ S2 відрізком кабелю підключається передавач, а до іншого - .фідер антени. До кожного з діодів VD1 і VD2 докладено два напруги: одне, пропорційна напрузі між провідниками коаксіальногокабелю, надходить з ємнісного дільника С1С2 і С3С4. Друге напруга виділяється на резисторах R1 і R2 - воно пропорційно току в центральному провіднику.
Напруги, що знімаються з ємнісних подільників, практично синфазних, так як відстань між точками підключення С1 і С3 невелика в порівнянні з # 955; до і набігом фази на цій ділянці можна знехтувати. У той же час напруги, що знімаються з резисторів, противофазно. Тому на одному діоді результуюча напруга буде дорівнює сумі двох напруг, а на іншому - різниці. На якому яке - це залежить від взаємного напряму намотування обмоток трансформатора струму Т1
Струм того діода, до якого прикладено сумарне напруга, пропорційний падаючої хвилі, а струм іншого - відбитої. КСВ обчислюють за формулою КСВ = (Iпад + Iотр) / (Iпад- I отр), де Iпад і Iотр - струм діода для падаючої і відбитої хвилі.
Мал. 2.7. Принципова схема вимірювача КСВ і малої потужності
Для зручності обчислень стрілку індикатора РА1 при положенні перемикача SA1, відповідному падаючої хвилі, встановлюють змінним резистором R4 на останнє поділ шкали. Потім перемикач переводять в положення відбитої хвилі і відраховують показання індикатора.
Якщо шкала індикатора містить 100 поділок (наприклад, у микроамперметра з струмом повного відхилення стрілки 100 мкА), формула набуває вигляду:
В цьому випадку для обчислень зручніше користуватися табл. 2.2 в якій зазначено, який саме значенням КСВ відповідає той чи інший відхилення стрілки індикатора
Коли перемикач SA2 встановлюють в положення «W», прилад з прийнятною похибкою вимірює, потужність, що проходить по фідера. Причому чим КСВ краще (ближче до 1), тим вище вірогідність виміру.
Тепер кілька слів про конструкції приладу і прімененньх деталях. Діоди бажано використовувати германієві, оскільки вони починають відкриватися при меншому доданому напрузі в порівнянні з кремнієвими. Крім зазначених на схемі, підійдуть ГД507 або навіть Д9. Подстроеч конденсатори С1 і С3 - типу КТ4-23 або КПК-МП, решта - К10-7В або КМ Резистори Rl - R3 типу МЛТ-0,25, причому R1 і R2 бажано підібрати однаковими по опору. Змінний резистор R4 може бути типу СПЗ-30, СПЗ-12, СПЗ-4аМ. Трансформатор струму Т1 виконаний на кільцевому сердечнику типорозміру К7х4х2 з фериту М50ВН-14. Обмотка I містить 2 витка проводу ПЕВ 2 0,51, обмотка II -48 витків дроту ПЕЛШО 0,15. Дроселі L1 і L2 - типу ДПМ-0,1, але їх можна замінити і саморобними. Для цього на кільця з фериту М1000НН типорозміру К7X4X2 слід намотати 45 витків дроту ПЕЛШО 0,15.
Друковану плату (рис. 2.8) виготовляють з одностороннього фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм. Її зміцнюють всередині корпусу розмірами 60X80X60 мм, який виконаний з листового алюмінію або латуні. На передній стінці корпуса встановлені тумблери МТ-1 і мікроамперметр. Він може бути будь-якого відповідного типу з струмом повного відхилення рамки до 500 мкА. Коаксіальні роз'єми СР-50-73Ф зміцнюють на бічних стінках корпусу. Без шкоди якості роботи приладу ці роз'єми можна замінити телевізійними антенними гніздами САТ-Г.
Puc. 2.8. Друкована плата вимірювача КСВ (а) і розташування деталей на платі (б)
Для налагодження приладу замість антени до гнізда XS2 підключають резистор 50 або 75 Ом. Його номінал залежить від хвильового опору використовуваного коаксіальногокабелю в фідері антени. Для передавача потужністю до 10 Вт це можуть бути кілька резисторів МЛТ-2, включені паралельно. Краще в якості навантаження застосувати вже відомий читачеві поглинає вимірювач потужності.
Передавач потужністю не більше 10 Вт підключають до гнізда XS1. Перемикач SA1 встановлюють у положення відбитої хвилі. Підстроюванням ємності конденсатора С1 змінюють коефіцієнт ділення ємнісного дільника С1С2 так, щоб амплітуди напруг на конденсаторі С2 і резистори R1 зрівнялися. Оскільки ці напруги по відношенню до діода VD1 включені зустрічно, то струм через діод має дорівнювати нулю. Якщо все ж, підлаштовуючи С1, не вдається встановити стрілку індикатора на нульову поділку шкали, то слід поміняти місцями висновки обмотки II трансформатора Т1. Потім підключають до XS1 навантаження, а до XS2- передавач. Змінюють положення перемикача SA1 і, підлаштовуючи СЗ, стрілку знову встановлюють на нульову поділку.
Калібрування шкали потужності здійснюють підбором резистора R3. При цьому потужність, що виділяється в навантаженні, повинна дорівнювати 10 Вт. Для контролю замість поглинає вимірювача потужності можна також використовувати і високочастотний вольтметр, наприклад типу ВК7-9, підключений паралельно навантаженні. Значенням потужності 10 Вт відповідає напруга 22,4 В для навантаження 50 Ом і 27,4 В - для 75 Ом. Підбором резистора R3 стрілку індикатора встановлюють на останнє поділ шкали. Зменшуючи потужність, шкалу градуируют через 1 Вт. Для цієї мети можна використовувати дані, наведені в табл. 2.1 і в дод. 3.
Після закінчення налагодження і градуювання слід звернути увагу на відповідність стрілок, нанесених на панелі у тумблера SA1, напрямку падаючої хвилі. Якщо тумблер знаходиться в положенні стрілки, що вказує направо, то прилад повинен реєструвати падаючу хвилю при підключенні передавача зліва, а навантаження - справа. У разі необхідності відновити це відповідність можна, помінявши місцями проводи, підпаяти до нерухомих контактів тумблера.
Як видно, описаний прилад можна застосовувати лише спільно з малопотужним (до 10 Вт) передавачем. Завдяки цьому він реагує на порівняно малі рівні потужності і може бути використаний не тільки для контролю якості антенно-фідерного тракту радіостанції. Прилад можна застосовувати для оцінки якості узгодження між збудником і лінійним підсилювачем потужності. Це дуже важливо, оскільки при поганому Межкаскадная узгодженні опорів збільшується рівень нелінійних спотворень у вихідному сигналі, розширюється смуга випромінюваних частот, зростає інтенсивність перешкод радіомовного та телевізійного сигналу.
Мал. 2.9. Принципова схема другого варіанту вимірювача КСВ і проходить потужності (до 1000 Вт)
Принципова схема такого варіанту вимірювача КСВ і проходить потужності зображена на рис. 2.9. Як видно, він відрізняється від попереднього тим, що меж вимірювання потужності не один, а два - 100 і 1000 Вт. Високочастотна частина вимірювача така ж. Вибір роду роботи здійснюється перемикачем. SA1 на три положення і три напрямки. Резистори R3 і R5 служать для калібрування на межі 100 Вт, a R4 і R6 - на межах 1000 Вт. Калібрування і градуювання шкал зручніше робити за допомогою поглинає вимірювача потужності.
У конструкції застосований трансформатор струму, виконаний На кільцевому сердечнику типорозміру К12Х6Х4,5 з фериту Марки М50ВН-14. Первинна обмотка являє собою відрізок Центрального провідника коаксіального кабелю довжиною 15 мм, який разом з ізоляцією протягнуто крізь кільце. Попередньо по колу кільця рівномірно в один шар намотана Вторинна обмотка - 30 витків дроту ПЕВ-2 0,25. Кінці первинної обмотки запаяні на друковані провідники шириною '0 мм на платі, яка пов'язує коаксіальні роз'єми XS1 і XS2.
Конденсатори С1 і СЗ можуть бути типу КПК, КПВМ, КТ2-19. Діоди можуть бути як германієві, так і кремнієві, наприклад КД522А.
Налагодження цього вимірювача КСВ в порівнянні з першим варіантом особливостей не має. Відмінність полягає лише в рівнях потужності, з якими доведеться працювати. Слід дотримуватися обережності і щоб уникнути опіку струмами високої частоти не торкатися до токонесущим провідникам приладу.
На закінчення необхідно нагадати, що при наближенні грози антену від радіостанції слід відключати і заземляти. Були випадки, коли через наведень, викликаних близькими грозовими розрядами, виходили з ладу діоди у вимірювачі КСВ.