Практичне застосування вимірювачів КСВ для налаштування антен
Майже кожен користувач радіостанції або трансівера стикається з необхідністю оптимального узгодження антенно-фідерного пристрою та передавача. Ця проблема актуальна як для тих, хто користується «стаціонарними» радіостанціями (у тому числі для радіообміну в цивільному діапазоні 27 МГц), так і для тих, хто використовує автомобільні AM та ЧС трансівери. Для збільшення зони дії портативної радіостанції, що носиться, підключають відповідну зовнішню антену. Вирішення цієї проблеми важливе для тих, хто вже має або збирається придбати та зареєструвати радіостанцію, веде активний та ефективний (на далекі відстані) радіообмін. Для цього і потрібний КСВ-метр.
КСВ-метр – це вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі. Автор у своїй лабораторії має два промислові вимірювачі КСВ -SWR-430 Optim (варіант SWR-121) та SX-40 (варіант SX-40). Про загальні принципи налаштування антенного господарства за допомогою КСВ-метрів добре описано в [1].
КСВ-метр SWR-430
КСВ-метр SWR-430, зовнішній вигляд якого показаний на фото 1 внизу, вимірює КСВ у лініях живлення (фідерних лініях) антенного господарства цивільного діапазону 27 МГц (діапазон частот вимірювань 24. 30 МГц) і є необхідним пристроєм для якісного налаштування антен.
Це, у свою чергу, забезпечує якісну роботу приймально-передаючих пристроїв. Оскільки будь-яка антена налаштовується «під передавач», саме від резонансу антенного господарства та передаючого тракту конкретної радіостанції залежить ефективність та дальність роботи конкретного радіокореспондента.
Прилад SWR-430, крім КСВ, може вимірювати вихідну потужність передавача радіостанції. Шкала стрілочного індикатора (фото 1 внизу) у пристрої тільки одна, функції вимірювання КСВ та потужності передавачаперемикаються на передній панелі полозковим перемикачем.
Похибка пристрою трохи більше 5%, імпеданс 50 Ом. Пристрій підходить для вимірювання прохідної потужності до 100 Вт, що цілком задовольняє запити радіоаматорів, оскільки більшість сучасних трансіверів мають
максимальну потужність до 100 Вт, крім того, в Україні за вимогами Роскомнагляду працювати з потужністю вище цього значення можуть лише фахівці.
Діапазон градуювання стрілочного індикатора 1. 1:3. Це прилад невеликої точності вимірювання, проте з його допомогою можна налаштувати антену простим способом, що, безумовно, краще, ніж повна відсутність приладів налаштування антенного господарства.
Зауважу, що аналогічні за характеристиками SWR-420 Optim і SWR-121 можуть змінювати тільки КСВ без можливості вимірювання потужності.
Вимірники КСВ та потужності SX-20 та SX-40
Вимірювач КСВ та потужності SX-40 (див. фото 1 вгорі) являє собою пристрій з двома функціями: дозволяє виміряти потужність та КСВ в діапазоні 140. 525 МГц.
На передній панелі приладу встановлений перемикач максимальної потужності, що вимірюється 15/150 Вт. Причому мінімальна вимірювана потужність всього 1 Вт, що дозволяє налаштовувати антенне господарство портативних радіостанцій у режимі «LOW», не побоюючись виходу з ладу вихідного каскаду за будь-якого з можливих значень вхідного опору антени.
КСВ-метр моделі SX-20 призначений для вимірювання потужності та КСВ у діапазоні 1,8.. 200 МГц. Він має перемикач максимальної вимірюваної потужності 30/300 Вт.
Обидва пристрої мають хвилевий опір (імпеданс) 50 Ом (для підключення до кабелю з хвильовим опором 50 Ом), що підключається за допомогою роз'єму UHF. Мінімальна потужність радіостанції 2 Вт.
СаморобнийКСВ-метр
Ті радіоаматори, хто рідко ремонтує та налаштовує радіостанції, користуються для налаштування та узгодження трансіверів та АФУ послугами «виїзних фахівців», що сьогодні обходиться дуже дорого, як і будь-які роботи у сфері обслуговування та ремонту. Хоча фахівці для налаштування та узгодження користуються тими ж вимірниками КВР. Тож чи не простіше зібрати його самому? Для тих, хто готовий сам зібрати вимірювач КСВ та навчитися користуватися ним, пропоную наступні рекомендації.
Для узгодження виходу передавача з фідером використовується спеціальний пристрій, що узгоджує, а антена узгоджується з кабелем, як правило, зміною довжини антени.
Принципова електрична схема саморобного вимірювача КСВ з пристроєм, що узгоджується, показана на рис.1.
Узгоджувальний пристрій складається з двох конденсаторів змінної ємності С1 та С2 з повітряним діелектриком (наприклад, КПЕ-4. 50, 1КЛМВ-1) та безкаркасної котушки індуктивності L1. Вона містить 8 витків мідного дроту без ізоляції діаметром 2,2 мм з діаметром намотування 25 мм та довжиною 22 мм. Індуктивність такої котушки становитиме 1,2 мкГн. Налаштування узгодження проводиться конденсаторами С1 та С2. Показання зчитують за шкалою міліамперметра ІП. КСВ-метр при налаштуванні встановлюється між пристроєм, що узгоджує, і фідерною лінією.
Вимірювач КСВ показує, наскільки близько до режиму хвилі, що біжить (відсутність відбитого сигналу від навантаження) знаходиться система «радіостанція-фідер-антена».
Пристрій вимірювача, що погоджує, підключають до гнізда антени передавача за допомогою відрізка кабелю (довжиною не більше 1 м) з хвильовим опором 50 Ом, наприклад, РК-50 або аналогічного.
Вимірювальна частина КСВ-метра конструктивно виконана з відрізка того ж кабелю завдовжки160 мм із віддаленою зовнішньою ізоляцією. Цей відрізок кабелю після всіх підготовчих робіт загинають підковою. Екран дроту з'єднують із «загальним дротом» передавача. Конструкція та зовнішній вигляд остаточно оформленого відрізка кабелю показано на рис.2.
Внутрішню жилу кабелю (2) приєднують відповідно одним кінцем до узгоджувального пристрою (конденсатор С2), а іншим - до фідера антени. Всередині екрануючого дроту КСВ-метра (відрізка кабелю довжиною 160 мм з віддаленою ізоляцією - 1) акуратно за допомогою голки прокладають гнучкий ізольований провід типу МГТФ-0,8 (3) і від його середини виводять відведення для підключення резистора R1. Кінці внутрішнього дроту МГТФ-0,8 (може бути застосований будь-який аналогічний провід МГТФ-1, МГТФ-2) припаюють до германієвих діодів VD1, VD2.
Резистор R1 потужністю 2 Вт з опором не більше 30. 150 Ом. Змінний резистор R2 типу СПО-1. Як діоди VD1, VD2 використовуються «старі» германієві діоди з серій Д2, Д9, Д220, Д311 з будь-яким буквеним індексом.
Вимірювальний прилад будь-який градуйований стоком повного відхилення 1 мА. Перемикач SB1 типу перемикач, наприклад MTS-1. Корпус пристрою вимірювача КСВ може бути обраний будь-яким відповідним, екранованим.
Перед включенням радіостанції та узгоджувального пристрою проводять необхідні підготовчі роботи: підключають антенно-фідерний пристрій, встановлюють перемикач SB1 в положення "ПР" (у ліве за схемою положення), а двигун змінного резистора R2 встановлюють у середнє положення.
Після подачі живлення на радіостанцію та включення її в режим «передача», переміщенням двигуна змінного резистора R2 домагаються максимального відхилення стрілки міліамперметра вправо, наприклад, до цифри «10» (якщо ця цифрає максимальною градуйованою величиною на шкалі). Після цього переводять перемикач SB1 в положення "ОБР" і фіксують нове показання за шкалою приладу (помітно менше попереднього), що відповідає значенню зворотної хвилі.
За формулою КСВ=(Ппр +Побр )/(Ппр -Побр)) знаходять значення КСВ, де Ппр -показ приладу в режимі фіксації прямої хвилі (перемикач SB1 у лівому за схемою положенні).
Побр - показ приладу при зворотній хвилі.
Наприклад, Ппр = 10, Побр = 2, тоді КСВ = (10 +2) / (10-2) = 12/8 = 1,5.
Втрати відбиття хвилі в ланцюзі «передавач-фидер-антенна» залежить від величини КСВ і наведені у таблиці.
Для оптимального узгодження бажано мати КСВ у межах 1,1. 1,5, у разі втрати на відбиток хвилі становитимуть 5. 12%, що цілком припустимо.
Перед початком налаштування антени бажано переконатися у правильності показань наявного КСВ-метра та мати «контрольну» антену, якою може бути штатна антена від переносної радіостанції або навіть саморобний чвертьхвильовий (1/4) «штир».
У своїх запасах добре мати два КСВ-метри, розраховані для роботи з фідерами, що мають хвильовий опір і 50 і 75 Ом, і, звичайно, кілька «зразків» кабелів, що використовуються.
Порівняльні вимірювання (порівняльна ефективність) зводяться до визначення рівня напруженості поля створюваного антеною щодо контрольної.
Ще більш точну оцінку ефективності роботи антени можна отримати, використовуючи стандартний калібрований вимірювач напруженості поля і тоді зняти діаграму спрямованості антени, але такі можливості є не у всіх радіоаматорів.
Погодження антенного господарства за допомогою розглянутого саморобного приладу зводиться до того, що приумови постійної довжини штиря антени, зміною ємності конденсаторів С1 і С2 узгоджувального пристрою, а також зміною ємності підстроювального конденсатора на підставі антени домагаються необхідних значень КСВ.
Якщо штир антени, а в деяких моделях і його «противагу», конструктивно мають можливість регулювання довжини, це є додатковою можливістю налаштування всієї системи узгодження.
Таким простим методом можна скористатися для налаштування радіоаматорських УКХ-трансіверів і навіть автомобільних радіостанцій, що працюють у цивільному діапазоні частот, з вихідною потужністю 0,5. 15 Вт та укомплектованих простими конструкціями антен.