Ксв-метр для усилителя мощности - korshu.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Инструкция по сборке, установке и использованию печи прелагается. 1 92.6kb.
Н. Е. Шатовская Приключения синодического уравнения “Потенциал №2... 1 124.52kb.
- 1 147.65kb.
Руководство для участников Книга 3 Гаагское воззвание о Мире Коллегия... 3 739.57kb.
2013г. Характеристика на приобретение права на использование программы... 1 64.23kb.
Надувная лодка викинг 7 1 40.74kb.
2 если пришел учиться ребенок с инвалидностью 3 ребенок с нарушением... 1 159.72kb.
Какие средства в россии относятся к наркотическим? 1 233.86kb.
Учебное пособие для 9 11 класса 2015 общие рекомендации по решению... 5 522.49kb.
Программа по футболу составлена для Детской юношеской спортивной... 1 322.43kb.
Программа для тех, кто готов заниматься аналитикой профессионально... 1 28.62kb.
Программа развития школы 2006 2011 учебные годы. История школы 3 843.56kb.
Инструкция по работе с сервисом «sms-платеж» 1 218.94kb.

Ксв-метр для усилителя мощности - страница №1/1


Безуспешный перебор нескольких известных конструкций привёл к печальному результату - все они внутри PA работать отказывались. То есть конечно что-то они показывали. Но все что угодно, кроме того, кроме того, что надо. Никакое экранирование не помогало: рядом П-контур, а там столько полей рассеивания, что мало не покажется. Решение пришло случайно. Вертя в руке трансформатор тока, у которого боковые стенки экрана за неимением другого материала были сделаны из двустронннего стеклотекстолита, вдруг сообразил, как весь монтаж можно там же и сделать.

КСВ-метр для усилителя мощности


При разработке КСВ-метра (SWR-meter), предназначенного для работы внутри коротковолнового PA с большой выходной мощностью, наиболее сложными являются следующие две проблемы:

  1. равномерности и корректности показаний в очень широком диапазоне частот (1,8...30 MHz) и мощностей, т.е. в создании измерительного устройства, а не "измерителя скорости ветра";

  2. обеспечении нечувствительности к мощным электрическим и магнитным полям, которых предостаточно внутри усилителя мощности.

Первое условие исключает приборы, изготовленные на основе направленных разветвителей в виде провода, под оплеткой выходного коаксиального кабеля, или печатных полосок-проводников.

Чувствительность подобных устройств пропорциональна частоте, поэтому если на высокочастотных диапазонах для нормальной работы такому КСВ-метру достаточно нескольких ватт, то при работе на диапазоне 1,8 MHz мощность в сотни ватт (даже если используются германиевые (Ge) диоды) едва отклоняет стрелку.

О линейности детектирования и точности измерений при таких условиях говорить просто смешно. Поэтому в дальнейшем будет идти речь о измерителях КСВ с датчиком тока на ферритовом кольце, которые при рациональном монтаже почти не зависят от частоты. Кстати, именно на основе таких датчиков изготавливается большинство профессиональных приборов.

Обеспечить нечувствительность КСВ-метра к мощным электрическим и магнитным полям важно прежде всего для точного измерения малых значений КСВ.

В самом деле, при КСВ=1 на выходе датчика отраженной волны должен быть ноль, в случае же наводок на этот датчик появляется ошибка измерения, тем большая, чем меньшую величину КСВ мы измеряем. При малых значениях КСВ полезный сигнал на диоде детектора отраженной волны составляет десятки милливольт. Для корректной работы прибора паразитный сигнал наводки должен быть хотя бы на порядок меньше — несколько mV. А рядом - анод лампы где более более одного kV, а в магнитном поле катушки П-контура "гуляет" реактивная мощность в Q раз больше выходной, т.е. несколько kWt.

Вот почему среди радиолюбителей бытует мнение, что самодельный точный КСВ-метр можно изготовить только в виде отдельной от PA экранированной конструкции.

С другой стороны, в большинстве "фирменных" PA имеется встроенный (и при этом достаточно точный) измеритель КСВ, следовательно, при грамотном подходе изготовить его вполне возможно.

В радиолюбительской практике КСВ-метры с датчиком тока на ферритовом кольце достаточно распространены [1...4]. При всем разнообразии, их схемы сводится к двум основным вариантам. Первый [1, 2] несколько упрощенно показан на рисунке 1.



На резисторах R1, R2 с обмотки трансформатора тока T1 выделяется напряжение, пропорциональное току в кабеле, которое подается на аноды детекторных диодов VD1, VD2. На катоды диодов подается напряжение с емкостных делителей C1, C2 и C3, C4 соответственно.

При КСВ=1 эти напряжения равны по амплитуде, на диоде падающей волны они складываются в фазе, а на диоде отраженной они имеют фазовый сдвиг 180 градусов и взаимно компенсируются, обеспечивая нулевое значение на выходе сигнала отраженной волны Uотр.

Деталей в схеме много (так, в [2] для их размещения потребовалась плата с размерами 95х80 мм), так что есть чему "ловить" наводки. При размещении такого прибора в PA, сбалансировать прибор (т.е. добиться величины Uотр=0 при КСВ=1) зачастую не удается даже при очень хорошем экранировании.

Не улучшают схему и два дросселя (их наличие необходимо, чтобы не замкнуть по высокой частоте сигналы с емкостных делителей C1, C2 и C3, C4), которые должны иметь высокий импеданс при отсутствии резонансов в рабочем диапазоне.

Это не так просто, как может показаться. Большинство промышленных дросселей этим условиям не удовлетворяют. Кроме того, дроссель любого типа является антенной, улавливающей магнитное поле, которое в PA создает катушка П-контура. Если же на рисунке 1 дроссели заменить резисторами, они сильно уменьшают выходные сигналы и, соответственно, чувствительность прибора.

Дополнительным конструктивным неудобством является подключение к линии двух конденсаторов (С1 и С3).

Чтобы исключить дроссель и второй емкостной делитель, используется схема, приведенная на рисунке 2 [3, 4].



Здесь применен симметричный трансформатор тока и только один емкостной делитель С1, С2.

К сожалению, использованный тип простейших детекторов требует протекания через источник сигнала постоянной составляющей тока детектора. Поэтому приходится устанавливать резистор R2 или высокочастотный дроссель, который обеспечивает соединение анодов диодов с общим проводом по постоянному току.

Но дроссель (как уже упомянуто) неплохая антенна для наводок, и нам не подходит. Наличие же резистора, во-первых, уменьшает выходные сигналы прибора, а во-вторых, приводит к частотной погрешности прибора.

Остановимся на этом подробнее. Баланс прибора на всех частотах достигается, когда напряжение от трансформатора тока в точности равно напряжению с делителя С1, С2. При условии качественного изготовления Т1, сигнал, пропорциональный току в кабеле, от частоты практически не зависит. Если бы у делителя напряжения не было R2, сигналы, пропорциональные напряжению, тоже не зависели бы от частоты.

Однако наличие R2 делает делитель С1, С2, R2 зависимым от частоты (хотя и в небольшой степени, из-за большого сопротивления R2). Поэтому точный баланс прибора, изготовленного по схеме рисунка 2 возможен на одном-двух смежных диапазонах. На других частотах при измерении малых значений КСВ будет возникать погрешность.

Решает эту проблему прибор, схема которого показана на рисунке 3.

Она отличается от схемы рисунка 2 только тем, что использованы детекторы с удвоением напряжения. Собственно, удвоение в данном случае не требуется, но то обстоятельство, что такие детекторы не требуют замыкания источника сигнала по постоянному току на корпус, в данном случае оказывается решающим. Из-за него удается исключить резистор в емкостном делителе (R2 на рисунке 2) и все связанные с ним проблемы.

Частотный диапазон и погрешность прибора, изготовленного по по схеме рис.3, определяются только качеством изготовления трансформатора T1 и рациональностью конструкции. Которой мы сейчас и займемся.

Конструкция


Традиционное исполнение в виде отдельного трансформатора тока и отдельной платы с деталями совершенно непригодно для работы внутри PA — наводок избежать не удастся. Проверено. Тем не менее, отказавшись от традиционной конструкции, вполне реально получить очень хорошо защищенный от наводок прибор.

Ниже описано конструктивное исполнение прибора по схеме рисунке 3, которое позволяет обойтись без дополнительного экранирования даже при работе в непосредственной близости от П-контура. Почти весь монтаж выполнен непосредственно на коаксиальном кабеле, идущем от выходного конденсатора П-контура к выходному разъему. Эскиз конструкции показан на рисунке 4.



Трансформатор тока T1 намотан на кольце M20BЧ K20х10х5 в два провода и содержит 2х10 витков провода МГТФ 0,25. Обмотка распределяется равномерно на 3/4 периметра кольца. Потребуется изготовить две одинаковые круглые шайбы из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1... 1,5 мм. Внутренний диаметр шайб должен быть равен диаметру коаксиального кабеля, идущего к выходному разъему PA, внешний — на 7...10 мм больше диаметра кольца T1.


Технология изготовления


Берется отрезок коаксиального кабеля (лучше фторопластового, с полиэтиленовый "поплывет" при неаккуратной пайке, его можно использовать, но потребуется аккуратность), которым будет соединяться выходной конденсатор П-контура с выходным разъемом.

В 4...5 см от конца кабеля на длине около 20 мм аккуратно снимается внешняя изоляция. Посередине оголенного участка оплетки делается кольцевой разрез шириной 2...3 мм. Разрезанные концы оплетки лучше опаять — для фиксации и предохранения их от замыкания между собой (важно, иначе трансформатор тока не будет работать - образуется короткозамкнутый виток).

Затем на один из разрезанных и опаянных кусков оплетки одевается (отступив от разреза оплетки на 6...8 мм) и припаивается с обеих сторон к оплетке первая стеклотекстолитовая шайба.

Потом точно на середину разреза одевается ферритовое кольцо T1. Для его надежной фиксации место разреза обматывается несколькими слоями пластиковой ленты (на рисунке 4 условно не показана), так, чтобы кольцо T1 своим внутренним отверстием плотно оделось на эту ленту.

В уже припаянной стеклотекстолитовой шайбе по месту, напротив выводов T1, сверлится отверстие диаметром 1,2...1,5 мм, через которое пропускаются наружу начала обмоток T1. Такое же отверстие сверлится и во второй шайбе. Затем вторая шайба одевается на кабель, концы обмоток T1 пропускаются через отверстие в ней наружу, после чего шайба паяется с обеих сторон аналогично первой. Расстояние между шайбами должно быть на 10...12 мм больше толщины ферритового кольца, с тем чтобы вторую шайбу можно было паять изнутри (потребуется паяльник с плоским и узким жалом).

Из тонкой жести или латуни вырезается полоска шириной, равной расстоянию между внутренними поверхностями шайб, и длиной, равной периметру шайб. Эта полоска-перемычка паяется по периметру между внутренними поверхностями шайб, образуя замкнутый кольцевой экран.

На этот экран снаружи припаивается конденсатор C1. В качестве C1 лучше использовать опорный конденсатор с отпиленным болтом крепления. В крайнем случае, можно использовать изолированную монтажную стойку с металлическим основанием, параллельно которой припаивают обычный конденсатор типа КМ и т. п., или даже припаять конденсатор без вывода (прямо тем торцом к которому был припаян вывод) к полоске. В любом случае надо позаботится о предельно коротких выводах.

Начало одной обмотки Т1 и конец другой припаиваются к верхнему выводу С1, образуя средний вывод Т1.

Теперь на обеих стеклотекстолитовых шайбах, на их внешних сторонах, резаком вырезаются по три контактные площадки, как показано на рис.5.

Оставшиеся свободными выводы T1 припаиваются к ближайшей контактной площадке на первой и второй шайбах соответственно. Между этими площадками устанавливается резистор R1, как показано на рис.4.

Оставшиеся детали паяют навесным монтажом (выводы укорачивают до минимальной длины) на контактных площадках обеих шайб, как показано на рис.5.

В качестве С3...С6 использованы малогабаритные конденсаторы типа КМ. При возможности лучше использовать безвыводные конденсаторы, или те же КМ с предварительно отпаянными выводами.

Выходные сигналы прибора парой проводов (уже без экрана, тут только постоянный ток, наводки не страшны) подаются на любое индикаторное устройство.

Теперь коаксиальный кабель с практически полностью смонтированным на нем КСВ-метром (пока отсутствует только С2) устанавливается в требуемом месте PA ( либо вблизи выходного конденсатора П-контура, либо вблизи выходного разъема PA), и навесным монтажом устанавливается подстроечный конденсатор С2, который должен иметь воздушный зазор, выдерживающий выходные напряжения PA. Можно использовать любой воздушный конденсатор предварительно продернув его пластины (для ротора совершенно достаточно одной пластины, размером с полкруга диаметром мм 10), можно и что-то самодельное придумать.

Место установки трансформатора тока (который теперь уже почти законченный прибор) надо выбрать так, чтобы С2 имел бы выводы минимальной длины. У меня С2 установлен изолированном кронштейне около выходного конденсатора П-контура.

Настройка


Подключив к PA эквивалент нагрузки, подстройкой С2 (диэлектрической отверткой, рука и металлические отвертки сильно влияют, и поэтому не годятся) добиваются нулевого значения Uотр.

Если минимум Uoтp достигается при минимальной емкости С2, надо увеличить емкость C1 (устанавливая параллельно дополнительные конденсаторы); если же минимум Uoтp получается при максимальной емкости C2, то емкость C1 надо уменьшать. Необходимо добиться, чтобы нулевые значения Uотр достигались при введенных на 1/4...1/3 пластинах C2.

При изготовлении прибора необходимо учитывать следующие особенности:


  • резистор R1 должен быть мощным; так при выходной мощности усилителя 300 Wt мощность R1 должна составлять не менее 1 Wt. При больших мощностях имеет смысл набирать R1 из нескольких параллельно включенных резисторов, расположив их по окружности шайб и соответственно увеличив ширину контактных площадок для припаивания R1;

  • не следует применять первые попавшиеся под руку диоды в качестве VD1...VD4. При проходящей мощности в кабеле 5...10 Wt (прибор уверенно работает и с такими мощностями) необходимо использовать германиевые (Ge) диоды. Если же мощность в кабеле составляет несколько сотен ватт, то обратное напряжение на диодах может достигать 20...30 В, поэтому надо использовать кремниевые диоды с максимальным Uoбp. Из распространенных это КД522Б, КД510А. Выходное напряжение прибора при такой мощности составляет 10... 15 В, что позволяет, с одной стороны, использовать практически любые индикаторные устройства, с другой — простейшим образом организовать защитную автоматику при высоком уровне отраженной волны. Для этого достаточно через подстроечный резистор ("Порог защиты") подать сигнал с выхода Uотр на вход логической микросхемы, выходной уровень которой использовать либо для индикации перегрузки, либо для аварийного отключения.

Неоднородности вносимые в кабель минимальны. Емкость C2 в настроенном состоянии составляет 2...3 pF, других подключений к центральной жиле кабеля нет. Ток в оплетке протекает по следующей цепи: оплетка кабеля — внутренняя металлизация первой шайбы — кольцевая перемычка — внутренняя металлизация второй шайбы — оплетка кабеля. Физические размеры прибора составляют менее 0.002 длины волны верхнего рабочего диапазона, поэтому он практически не вноситнеоднородностей в измерительную линию.

Результаты


Показания прибора не зависят от частоты в диапазоне 1,8...30 MHz. Балансировка сохраняется неизменной во всем рабочем диапазоне частот. Конструкция прибора позволяет без дополнительного экранирования устранить влияние наводок. Например, в PA с выходной мощностью более 500 Wt прибор располагается в нескольких сантиметрах от катушки П-контура и, тем не менее, не отмечалось влияния наводок на балансировку прибора.

Литература


1. Рэд Э. Справочное пособие по ВЧ схемотехнике. — М.: Мир, 1990. С.131.

2. КСВ метр-ваттметр. — Радиолюбитель. KB и УКВ, 1996, №4, C.32-33.

3. КСВ метр-ваттметр. — Радиолюбитель. KB и УКВ. 1996, №11,C.32-33.

4. Ефремов В. Универсальный измеритель КСВ. — Радиолюбитель. 1994, N1, С.58-59.,





На главную - Main page

_____________________________________________________________________________________________



http://cxema2000.narod.ru/knigi/hyt/anten/chapt11/11-8.htm

11.8 НАСТРОЙКА АНТЕНН И ИЗМЕРЕНИЯ.

После постройки антенны необходимо определить ее согласование с фидерной линией. В начале раздела говорилось о том, что фидерная линия должна иметь минимальные потери. Надо стремиться, чтобы вся мощность передатчика без потерь в фидерной линии передавалась антенне. Степень согласования антенны и фидера выражается коэффициентом стоячей волны -КСВ. Следует стремиться, чтобы КСВ на одном из участков диапазона был равен 1. Практически в большинстве случаев КСВ= 1,01....1,5. При КСВ = 1,5 потери составляют 5% мощности передатчика, а при КСВ = 2 - 10%. При снятии характеристики согласования в пределах одного диапазона она может иметь вид рис.11.28,а. Для измерения КСВ, радиолюбители большей частью пользуются самодельными измерительными приборами.

Один из таких приборов несложно изготовить из отрезка коаксиального кабеля того же типа, что и фидерная линия. С кабеля длиной 260 мм снимается верхняя изоляция. Под экранирующей оплеткой продергивается провод с шелковой изоляцией ПЭЛШО 0,15 мм на длине 216 мм с отводом от середины ( см. рис. 11.28,6.). Провод на всей длине должен быть изолирован от экранной оплетки. Размер двух отрезков провода по 108 мм должен быть строго выдержан. От этой длины и симметричности зависит точность показания прибора и величина трансформируемого напряжения. Гальваноментр может быть на ток 60-100 мкА. Разъемы Kl K2 - коаксиального типа. Сопротивление резистора R1 подбирается при настройке прибора. Для проверки прибора после изготовления необходимо создать эквивалент нагрузки. Например, соединить параллельно 20 штук резисторов МЛТ 2 Вт сопротивлением по 1500 Ом. Полученный эквивалент будет иметь сопротивление 75 Ом мощностью 40 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы кратковременно рассеять мощность 100 Вт. Подключить эквивалент нагрузки к K2, а к Kl подключить передатчик и произвести измерение КСВ. При правильно подобранном резисторе R1 получим КСВ, равный 1.Показания прибора КСВ-метра следует подставить в формулу:




Рис. 11.28 КСВ- метр.


Предположим, что прибор имеет шкалу с 10 делениями. Поставив переключатель в позицию "прямая" и подав на вход измерителя КСВ некоторую мощность передатчика, потенциометром R2 добиваются того, чтобы стрелка прибора остановилась на цифре 10. Затем переключатель устанавливают в позицию "рефл." и смотрят показания прибора (к примеру 2), тогда:


Для снятия характеристики согласования по диапазону, измерения проводят на нескольких частотах этого диапазона.

Настройку антенны по отношению излучения вперед-назад рассмотрим на примере антенны "двойной квадрат".Это можно осуществить с помощью самодельного резонансного индикатора поля рис. 11.27,д. Прибор смонтирован в металлической коробке. Устанавливается некоторое количество контурных катушек, по количеству диапазонов. Конденсатор переменной емкости должен быть с воздушным диэлектриком на 100 - 150 пф. Статор и ротор должны быть изолированы от корпуса прибора. Галванометр может быть на 100 - 200 мкА. Желательно с большой шкалой, чтобы было удобно проводить отсчет показаний. Выбирается частота настройки. К примеру, 14150 кГц. К антенне подводится мощность 50 - 100 Вт. Со стороны рефлектора на расстоянии 10 - 15 м и высоте 1,5 - 2 м устанавливают индикатор поля. Антенна прибора, изготовленная из двух отрезов стального или латунного провода диаметром 3-4 мм длиной по 1 м, должна располагаться горизонтально. Конденсатором С1 настраивают контур на данную частоту по максимальному показанию индикатора прибора. Чувствительность индикатора регулируют потенциометром R2, добиваясь расположения стрелки в центре шкалы. С помощью деревянной штанги, на конце которой имеется ключ, перемещают настроечную перемычку рефлектора 20- метрового диапазона до тех пор, пока показания прибора станут минимальными. В этот период передатчик поддерживается в настроенном состоянии. После окончания настройки рефлектора потенциометром R2 показание прибора устанавливают близким к нулю. Антенна поворачивается активной рамкой к индикатору поля. Показания индикатора увеличатся. Разность показаний прибора будет величиной, указывающей на отношение излучения вперед-назад. Так последовательно настраивают все диапазоны. Настроенные рамки рефлектора влияют друг на друга, поэтому после настройки последнего диапазона проверяют настройку предыдущих. Метод настройки антенны "волновой канал", у которых в качестве рефлектора применен полуволновый диполь, более сложен. Настройка отношения излучения вперед-назад достигается изменением длины рефлектора и директора, если он имеется.

_____________________________________________________________________________________________

Для настройки и согласования антенн, а также для оперативного контроля за их параметрами применяют измерители коэффициента стоячей волны КСВ-метры.

Прибор состоит из измерительной линии и элементов детектирования ВЧ сигнала, которая конструктивно может быть выполнена отдельно (выделено пунктиром). Остальная часть прибора содержит регулировочные и коммутирующие элементы, и измерительный прибор РА1.

Рис. 1.


Принципиальная схема КСВ—метра и индикатора мощности приведена на рис. 1.

Для измерения КСВ к разъему XS1 подключают передатчик, а к XS2— антенну.

В положении переключателя S1 "прямая волна" потенциометром R9 "калибр. КСВ" стрелка прибора устанавливается на последнее деление шкалы.

Затем переключатель переводится в положение "обратная волна" и измеряется напряжение обратной волны.

Величина КСВ определяется по формуле:

KCB = (Uпp + Uo6p) / (Uпp —Uo6p)

Измерительный прибор может быть отградуирован в единицах КСВ.

При этом используется широко известная формула

Р = U2/ Rэа, где Rэа—сопротивление эквивалента антенны. Для градуировки шкалы рекомендуется пользоваться таблицами, приведенными в [1]. Для прибора с полным отклонением 100 мкА шкала может быть отградуирована в соответствии с таблицей:

Показ, прибора 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
КСВ 1 1.22 1.5 1.9 2.3 3 4 5.66 9 19 00
Можно выделить сектор, где работа с КСВ >3 не рекомендуется.

Измеряя мощность передатчика необходимо учитывать, что градуировка измерительного прибора производится при эталонной активной нагрузке. При работе с различными антеннами, имеющими КСВ значительно отличающимся от 1, будет возникать погрешность измерений, причем тем хуже, чем больше отличие. Поэтому прибор можно считать просто индикатором ВЧ сигнала.

Исполнение измерителя КСВ имеет различные конструктивные возможности. Простой вариант состоит из отрезка коаксиального кабеля, под оплеткой которого располагаются два проводника. Хорошие результаты достигаются при использовании ВЧ трансформатора на ферритовом кольце [1].

В данной конструкции выполнен на пластине из двухстороннего фольгироваиного стеклотекстолита толщиной 1,5—2 мм. С одной стороны расположена полоса фольги шириной 5 мм, соединяющая разъемы ANT—ТХ, а с другой стороны, непосредственно под полосой, симметрично относительно средней линии, с расстоянием 2 мм между собой располагаются две 3-х мм полосы фольги для прямой и отраженной волны.

На этой же пластине можно расположить остальные детали датчика, отмеченного пунктиром. Длина измерительной линии принципиального значения не имеет и определяется, в основном, чувствительностью используемого прибора и мощностью имеющегося передатчика.

Для мощностей порядка 1000 Вт длина линии составляет примерно 100 мм, для значительно меньших мощностей длину измерительной линии следует увеличить.

Калибровка прибора при измерении КСВ производится в следующей последовательности:

к разъему XS2 подключается активная нагрузка 50 (75) Ом (с учетом мощности передатчика),


к разъему XS1 подключается источник ВЧ сигнала (передатчик),
потенциометром "калибр. КСВ" стрелка прибора устанавливается на последнее деление шкалы.
Затем соединения следует поменять местами, т.е. к разъему XS1 подключается активная нагрузка, а к разъему XS2 подключается источник сигнала. Не меняя положения потенциометра "калибр. КСВ" определяется показание прибора.

При необходимости резистором R2 требуется добиться установки стрелки прибора на последнем делении шкалы. Резисторы R1 и R2— безиндукционные, например МЛТ и т.п.



Настройка осуществляется путем подбора (параллельного соединения) нескольких резисторов.