Самодельный ксв метр на 27 мгц. Самодельный VHF - UHF КСВ - метр

Почти все пользователи как «стационарных» радиостанций (в том числе предназначенных для радиообмена на гражданской частоте 27 МГц), так и автомобильных трансиверов AM и 4M (амплитудной и частотной модуляции) сталкиваются с необходимостью оптимального согласования антенно-фидерного устройства (далее - АФУ) с передатчиком. Для увеличения зоны действия портативной (носимой) радиостанции иногда ее также подключают к соответствующей внешней антенне Например, в Си-Би диапазоне используется антенна с названием «5/8» с вертикальной поляризацией и штырем около 1450 мм То есть решение упомянутой проблемы важно для всех радиолюбителей, ведущих активный и эффективный (на дальние расстояния) радиообмен.

В основном внешние антенны трансиверов и радиостанций (балконные, крышные, автомобильные с различными креплениями) необходимо согласовать с передатчиком радиостанции так, чтобы на определенной частоте (например, 27,0 МГц) в АФУ были минимальные потери. Почти все радиолюбители об этом знают Если этого не сделать, полезная мощность передатчика будет использована неэффективно, то есть достичь максимального расстояния действия радиостанции будет трудно Для согласования служит измеритель коэффициента стоячей волны (далее - КСВ). Однако не стоит спешить за этим устройством в специализированные магазины - там он стоит от 600 рублей. Те же, кто редко ремонтирует и настраивает радиостанции, пользуются для настройки и согласования трансиверов и АФУ услугами «выездных специалистов», что сегодня обходится тоже весьма дорого, как и любые работы в сфере обслуживания и ремонта, хотя специалисты пользуются все теми же измерителями КСВ Так не проще ли собрать его для своих нужд самому? Для тех радиолюбителей, кто готов сам собрать измеритель КСВ и научиться пользоваться им, предлагаю воспользоваться нижеследующими рекомендациями.

Для получения наибольшего КПД работы передатчика Си-Би радиостанции необходимо обеспечить активное сопротивление выхода передающего узла, равное величине волнового сопротивления кабеля (фидера), а оно, в свою очередь, должно соответствовать значению сопротивления излучателя (антенного штыря, если рассматривать простую антенную конструкцию).

Согласование фидера и штыря осуществляется катушкой индуктивности и емкостью (подстроечным конденсатором), устанавливаемыми, как правило, в основание антенны Для этого потребуется собрать согласующее устройство с измерителем КСВ, схема которого показана на рисунке 1.

Согласующее устройство состоит из двух конденсаторов переменной емкости С1 и С2 с воздушным диэлектриком, например КПЕ-4…50,1КЛМВ-1 и бескаркасной катушки индуктивности L1 Она содержит 8 витков 2,2-мм медного провода без изоляции с диаметром намотки 25 мм и длиной 22 мм. Индуктивность такой катушки составит 1,2 мкГн Настройка согласования производится конденсаторами С1 и С2. Значения снимают на измеритель КСВ, который показывает, насколько близко к режиму бегущей волны (отсутствие отраженного сигнала от нагрузки) находится система «радиостанция - фидер - антенна».

Согласующее устройство подключают к гнезду антенны передатчика с помощью отрезка кабеля (длиной не более метра) с волновым сопротивлением 50 Ом, например РК-50.

КСВ-метр конструктивно выполнен из отрезка того же кабеля типа РК-50 длиной 160 мм с удаленной внешней изоляцией Этот отрезок кабеля после всех подготовительных работ загибают подковой. Экран провода соединяют с «массой» передатчика Внешний вид окончательно оформленного отрезка кабеля показан на рисунке 2.

1 - кабель с удаленной внешней изоляцией (РК-50, L1000), 2 - внутренняя жила кабеля; 3 - изолированный провод типа МГТФ-0,8; 4 - германиевые диоды VD1, -VD2 (из серий Д2, Д9, Д220, Д330)

Внутреннюю жилу кабеля подсоединяют соответственно одним концом к согласующему устройству (конденсатор С2), а другим - к фидеру антенны Внутри экранирующего провода КСВ-метра (отрезка кабеля длиной 160 мм с удаленной изоляцией) аккуратно с помощью иголки прокладывают гибкий изолированный провод типа МГТФ-0,8 и от его середины делают отвод для подключения резистора R1 Концы внутреннего провода МГТФ-0,8 (может быть применен любой аналогичный провод МГТФ-1, МГТФ-2) припаиваются к германиевым диодам VD1, VD2.

Постоянные конденсаторы - трубочные Резистор R1 - с мощностью рассеяния 2 Вт, например МЛТ-2 Его сопротивление может находиться в пределах 30 - 150 Ом Постоянный резистор 143 - типа МЛТ-0,5. Переменный резистор 142 - типа СПО-1 В качестве диодов VD1, VD2 используются германиевые диоды из серий Д2, Д9, Д220, Д311 с любым буквенным индексом.

Измерительный прибор - любой градуированный, с током полного отклонения 1 мА. Переключатель SB1 - типа тумблер, например МТS-1

Корпус для устройства измерителя КСВ может быть выбран любой подходящий, экранированный. Готовое устройство выглядит (например, как в авторском варианте), как показано на заставке Перед включением радиостанции и согласующего устройства проводят необходимые подготовительные работы подключают антенно-фидерное устройство, устанавливают переключатель SB1 в положение «ПР» (в левое по схеме), а движок переменного резистора R2 - в среднее положение Далее выполняют согласование и определяют КСВ.

После подачи питания на радиостанцию и включения ее в режим «передача» перемещением движка переменного резистора R2 добиваются максимального отклонения стрелки миллиамперметра вправо, например, до цифры «10» (если эта цифра является максимальной градуированной величиной на шкале) После этого переводят переключатель SB1 в положение «ОБР» и фиксируют новое показание по шкале прибора (заметно меньше предыдущего), что соответствует значению обратной волны.

По формуле КСВ = (Ппр+Побр)/(Ппр-Побр) находят значение КСВ Ппр - показание прибора в режиме фиксации прямой волны (переключатель SB1 - в левом по схеме положении) Побр - показание прибора при обратной волне Например, Ппр = 10, Побр = 2, тогда КСВ = (10+2)/(10-2) = 12/8 = 1,5.

Потери на отражение волны в цепи «передатчик - фидер - антенна» зависят от величины КСВ и могут быть определены по таблице, приведенной ниже.

Для оптимального согласования желательно установить КСВ в пределах 1,7 - 2, в этом случае потери на отражение волны составят 5 - 12%, что вполне допустимо.

При условии постоянной длины штыря-антенны изменением емкости конденсаторов С1 и С2 согласующего устройства, а также изменением емкости подстроечного конденсатора в основании антенны добиваются необходимых значений КСВ Если штырь антенны (а в некоторых моделях и его «противовес») конструктивно имеет возможность регулировки длины, то это является дополнительным рычагом настройки всей системы согласования Таким простым методом можно воспользоваться для настройки радиолюбительских трансиверов Си-Би диапазона, автомобильных радиостанций, работающих в гражданском диапазоне частот 27 МГц, с выходной мощностью 2 15 Вт и укомплектованных простыми по конструкции антеннами.

А. КАШКАРОВ

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

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.

Простой КСВ-Метр

Большинство из используемых коротковолновиками КСВ-метров выполнены на основе коаксиального направленного ответвителя, сделанного путем протягивания дополнительного тонкого провода под оплеткой коаксиального кабеля.

При всех его достоинствах такой рефлектометр получается, как правило, несимметричным (из-за нерегулярного расположения дополнительного провода). Чтобы убедиться в этом, достаточно измерить КСВ любой нагрузки сначала при одном положении входа и выхода КСВ-метра, а затем поменяв их местами. Полученные значения, как правило, не совпадают.

Описываемый ниже КСВ-метр, имеющий две измерительные линии и возможность полного симметрирования в процессе настройки, разработан и построен на основании конструкции, приведенной К.Сломчиньским (SP5HS) в книге "АВС коротковолновика". Издание WKL 1988 г., Варшава. Рис.1 .

?Puc.1 - Принципиальная схема КСВ-метра.

KBC-метр размещается в коробке, изготовленной из фольгированного текстолита толщиной 1,5...2,0 мм (рис.2).

?

?

?

Puc.2 - Корпус КСВ-метра.

? Главной составной частью КСВ-метра является измерительная линия, расположенная между входным разъемом и выходным разъемом Х2. С измерительной линией сопряжены два стержня: L1, в котором индуцируется напряжение, пропорциональное амплитуде прямой волны и L2, в котором индуцируется напряжение, пропорциональное амплитуде отраженной волны. Эти напряжения выпрямляются VD1 и VD2 и через переключатель и потенциометр передаются на измерительную головку с полным отклонением 100 мкА (типа М24).

Можно применить и менее чувствительную измерительную головку, но тогда потребуется применить усилитель постоянного тока, выполненный по любой известной схеме.

Измерительная линия изготовлена из медной трубки диаметром 6 мм и длиной, равной расстоянию между выступающими штырями ВЧ разъемов X1 и Х2 (110 мм). Экраном для измерительной линии служат три полоски фольгирован-ного гетинакса, длиной равной внутреннему расстоянию между боковыми стенками коробки. По обе стороны центральной трубки размещены на двух изоляционных прокладках два стрежня L1 и L2, изготовленные из медной проволоки диаметром 1,5...2,0 мм и длиной около 75 мм. Стержни находятся, примерно, на расстоянии 2 - 3 мм от центральной трубки.

Разрез измерительной линии показан на рис.3, а заделка концов трубки - на рис.4. На передней стенке коробки размещается микроамперметр. При монтаже схемы следует стараться сделать возможно короткими все соединительные проводники.

Puc.3 - Разрез измерительной линии.

Градуировку прибора производим следующим образом. Подключаем передатчик к разъему X1, а к разъему Х2 эквивалент (75 Ом) антенны.

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.