Собирая свою самодельную радиостанцию, а может просто подбирая антенну к уже готовой, купленной рации, вы, рано или поздно, придёте к рассмотрению вопросов согласования передатчика с антенной, настройки антенны и фидерного тракта.
И, как не надеялся их обойти, к этим задачам всё же пришёл и я, пытаясь понять почему так сильно греется выходной транзистор передатчика и почему при достаточной мощности передачи максимальная дальность радиосвязи так мала.
Хорошая новость ‒ изобретать и выдумывать ничего не придётся, методики и способы давным-давно известны, нужно только как можно точнее следовать правильным рекомендациям.
Известен и параметр, который потребуется научиться измерять при настройке антенны и согласовании её с радиостанцией. Называется он "коэффициентом стоячей волны", сокращённо "КСВ", либо по английски "SWR", от "standing wave ratio".
Наверное самое простое и наглядное, на пальцах, объяснение, что из себя представляет этот коэффициент и каким он должен быть, мне встретилось вот в этой статье:
Хотя и кроме неё в интернете достаточно информации по данному вопросу, достаточно набрать запрос в поисковике.
А для измерения коэффициента стоячей волны потребуется прибор, называемый КСВ-метром, или SWR-метром.
Бюджетные, но тем не менее, широко используемые, варианты со стрелочной измерительной головкой, такие как Vector (или Optim) SWR-420, SWR-430, SWR-171, Surecom SW-111 можно приобрести как в отечественных магазинах радиоэлектроники, так и на всемирно известной торговой площадке в Поднебесной.
Продаются и готовые приборы, и отдельные градуированные измерительные головки для их сборки, а также просто радиоконструкторы.
Например в Радиолавке КВ и УКВ (RV_3_YF_Radio Store) встречаются радиоконструкторы для сборки измерителя КСВ
Есть и более полные и дорогие радиоконструкторы, например такой или такой.
Что интересно, цены на измерители КСВ, например на SWR-420 или SWR-430 в отечественных магазинах, по сравнению с тем же AliExpress не сильно отличаются.
При выборе той или иной модели нужно ориентироваться не только на цену, функциональность и удобство работы с прибором, но и на частотный диапазон работы КСВ-метра и максимальную проходную мощность. Эти параметры должны быть сопоставимы с характеристиками вашей радиостанции.
Собрался приобрести один из подобных измерителей КСВ и я. Да остановило отсутствие ответных разъёмов PL-259 в комплекте поставки и у меня в наличии. "Колхозить" подключение на проводках не хотелось, заказывать разъёмы для подключения отдельно и снова ждать... ждать... ждать... тоже.
И я подумал: А почему бы вместо месяца-полутора ожидания очередной посылки с почты не собрать этот измеритель самостоятельно?
Тем более, что схема не слишком сложная (и даже совсем простая, специально такую выбирал!), без железной коробочки экранирующего корпуса вполне можно и обойтись, а из всех деталей самая дорогостоящая ‒ это стрелочная измерительная головка, которую на первых порах вполне заменит простой стрелочный тестер-авометр.
В общем, схему измерителя КСВ для сборки выбрал вот из этой статьи:
Вышеуказанная статья ссылается на первоисточник ‒ книгу И. В. Гончаренко «Антенны КВ и УКВ. Часть II. Основы и практика».
Автор книги, в свою очередь, упоминает, что первая такая схема мостового измерителя КСВ появилась ещё в 30-х годах прошлого века.
Меня же привлекли не только простота схемы и безопасность её работы даже при замыкании выхода антенны на корпус, но и наличие на страничке сайта со статьёй встроенного онлайн-калькулятора для расчёта КСВ.
В общем, для первого опыта в настройке антенны портативной радиостанции с частотой работы 27 мГц самое то!
Из недостатков ‒ полная непригодность прибора для контроля антенны во время штатной работы передатчика из-за высокого затухания, вносимого в линию при работе.
Ниже будет описан процесс сборки и работы с данным мостовым измерителем КСВ. Никаких открытий или изобретений здесь вы не найдёте, описываются всего лишь впечатления от самого процесса да приобретённый личный опыт. И, если это вам, мои уважаемые читатели, по-прежнему интересно ‒ читайте дальше. А если, вдруг, в описании или в расчётах обнаружите ошибку, большая просьба ‒ сообщить об этом в комментариях. Ну и просто полезные советы и конструктивные замечания также весьма приветствуются.
Для сборки мостового измерителя КСВ нам потребуются:
по исходной схеме
- 2 германиевых диода, например Д2, Д9, Д310, Д312, но лучше Д18, Д20, Д311, ГД402 и ГД507
- 4 конденсатора ёмкостью 1 нФ
- 2 резистора сопротивлением 10 кОм
- 3 резистора сопротивлением 50 Ом, каждый из которых лучше заменить на два параллельно-включённых резистора по 100 Ом
- 2 двухконтактных плоских однорядных разъёма-папа и 2 ответных разъёмов-мама для подключения выхода радиопередатчика и входа антенны
- 1 четырёх- или шестиконтактный плоский однорядный разъём-мама для подключения измерительного прибора, но можно и без него
- 3 резистора сопротивлением 150 Ом каждый, включаемых параллельно в качестве резистора нагрузки 50 Ом для проверки
- лужёный медный провод диаметром 0.5-0.75 мм для пропайки дорожек на макетной плате и немного монтажного многожильного провода
а также дополнительно-опционально
- 2 резистора сопротивлением 50-51 Ом каждый, включаемых параллельно в качестве резистора нагрузки 25 Ом для проверки
- 1 трёхконтактный плоский однорядный разъём-папа с перемычкой для переключения из режима проверки в режим измерения
- 1 микропереключатель-кнопка для удобного подключения измерительного прибора
- сам измерительный прибор, на первых порах я использовал цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, но оказалось, что его недостаточно для калибровки и лучше использовать стрелочный измерительный прибор (или отдельную стрелочную измерительную головку с током полного отклонения 50-200 мкА)
- 1 монтажный лепесток, если ваша антенна подключается на резьбе М3
Собирать конструкцию будем по-простому и по-быстрому, на кусочке макетной платы, приобретённой, например в TIXER.RU.
Плата может быть, например, такой или такой.
Достаточно будет кусочка платы размером 50 на 50 мм, но можно взять с кратным запасом, под будущие разработки и отрезать её по мере необходимости.
Шаг между печатными контактами у такой платы стандартный, равен 2.54 мм.
При монтаже нужно обрезать выводы радиодеталей по возможности как можно короче, оставлять не более 2-3 мм длины. А ещё лучше собирать КСВ-метр на SMD-элементах. Тогда, как пишут, можно использовать данный измеритель на частотах до 5 ГГц. Но под SMD-компоненты макетной платы у меня не нашлось, да и частота работы нашей радиостанции всего 27 мГц, поэтому я использовал обычные выводные радиодетали.
Вот что получилось у меня после пайки.
Разводку проводников при пайке делал по схеме, прямо по выводам вставленных в плату радиодеталей.
Там же, на плате впаял и контрольный резистор нагрузки 50 Ом, состоящий из трёх параллельно подключённых резисторов по 150 Ом каждый.
Он подключается к выходу КСВ-метра с помощью переставляемой перемычки на трёхконтактном разъёме по следующей схеме.
При проверке работоспособности прибора перемычка переключается в нижнее, как на этом фото, положение. Измеренный КСВ при этом должен быть равен 1.
Сначала планировал измерять показания КСВ-метра подключая измерительный прибор поочерёдно к контактам шестиконтактного разъёма. Потом сообразил, что это не совсем удобно и добавил на плату микропереключатель. При нажатии на его кнопку происходит переключение выхода КСВ-метра (зелёный провод) от вывода Uпад к выводу Uотр. Ещё удобнее для этого использовать аналогичный микропереключатель "с лапкой".
Первоначальный тестовый стенд выглядел так.
- Радиостанция на нём включена в режиме передачи.
- Антенный выход радиостанции подключён ко входу измерителя КСВ.
- К выходному разъёму измерителя КСВ подключена антенна, но сам измеритель находится в контрольном режиме ‒ с помощью перемычки подключён к контрольному резистору 50 Ом.
- К измерительному разъёму КСВ-метра подключён цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения на пределе до 2-х вольт.
- Кнопка микропереключателя не нажата, мультиметр показывает напряжение на выходе Uпад КСВ-метра.
При нажатии кнопки микропереключателя мультиметр подключается к выходу Uотр КСВ-метра.
Напряжение на выходе Uотр равно нолю.
Введём измеренные значения Uпад и Uотр в калькулятор на страничке сайта с описанием мостового измерителя КСВ.
В поле "Сигнал, поступающий на вход прибора (В)" я установил значение "Больше 5 В", так как напряжение на выходе передатчика в собранной мною радиостанции составляет 5.6 вольт на резисторе нагрузки 50 Ом и 10-11 вольт при подключении антенны.
При нажатии кнопки "Вычислить" калькулятор показал рассчитанное значение КСВ. Оно равно 1. Похоже, что в данном случае схема измерителя работает правильно.
Переключив перемычку в верхнее (по фото) положение подключим к выходу измерителя КСВ антенну и замерим аналогично Uпад и Uотр.
В данном случае возникли два непонятных момента:
- Показания цифрового вольтметра при измерении Uпад и Uотр не были стабильными, постоянно возрастали. И хотя приращение показаний составляло всего тысячные доли вольта, значения менялись так быстро, что точно зафиксировать их было затруднительно.
- В некоторых случаях значения Uотр превышали Uпад. Чего не должно быть ни физически, ни по алгоритму калькулятора.
Эти затруднения помог решить Пётр, Радиолюбитель, как обычно очень своевременно посоветовав отказаться от цифрового мультиметра и собрать дополнительный блок индикации на стрелочной измерительной головке. Тем более, что с помощью одного только цифрового мультиметра невозможно производить оперативную калибровку КСВ-метра, а она обязательна при каждом измерении.
Схему простого дополнительного блока индикации можно собрать по статье Дмитрия Кнорозова:
Мостовой измеритель КСВ для УКВ диапазона
(эта же статья с другого сайта)
В ней рассматривается та же самая схема мостового измерителя КСВ, но с продолжением ‒ описывается также и градуировка измерительной головки.
Схема дополнительного блока индикации с микропереключателем.
Переменный резистор нужен для калибровки прибора, которая проводится при каждом измерении.
В качестве стрелочной измерительной головки используется микроамперметр, с током полного отклонения 50..200 мкА.
У меня такой не нашлось. Зато нашёлся старенький простой стрелочный тестер SUNWA YX-1000A. Решил задействовать его, подключаясь к его измерительной головке напрямую, добавив в прибор ещё один разъём.
Вот что дополнительно понадобилось для сборки, кроме стрелочного индикатора:
- переменный резистор сопротивлением 47 кОм, который впоследствии пришлось заменить на 10 кОм
- ещё немного монтажного провода
Монтажным проводом подключаем гнездо-разъём к выводам измерительной головки на плате тестера, соблюдая полярность.
Если в дальнейшем предполагается использовать тестер и по своему прямому назначению, в том числе и для измерения напряжения электросети, то подключать дополнительный разъём со штекером нужно не используя их контакты общего провода. Контакты общего провода должны быть свободны!
То есть подключаем к крайним (нижним на фото) контактам штекера и к верхним (как на фото) выводам гнезда ‒ выводам левого и правого канала в аудио (не к выводу корпуса!).
В этом случае при измерении тестером сетевого напряжения оно не окажется приложенным к металлическому креплению на гайке гнезда-разъёма, что, в отсутствии трансформаторной развязки схемы, могло бы оказаться электро- не безопасным.
Само гнездо-разъём разместил в уголке нижней крышки корпуса тестера. Контакты разъёма, используемые и неиспользуемые, загнул, чтобы не касались платы тестера.
Лучше было бы разместить гнездо-разъём не в уголке корпуса, а по середине его нижней стороны. Тогда бы один из щупов тестера при измерении, проходя насквозь трубчатый контакт не упирался в гнездо-разъём.
Поздно это сообразил и пришлось ставить дополнительную изолирующую пластинку. Её вырезал из пластиковой упаковки-баночки от сметаны, в виде прямоугольника размерами 20 х 15 мм. Затем загнул кусочек прямоугольника под прямым углом на расстоянии 7 мм по длинной стороне. Получился уголок размерами 13 х 15 мм и высотой 7 мм. Установил его над разъёмом, вставив отогнутую сторону уголка между разъёмом и боковой крышкой корпуса и зафиксировав каплей моментального клея.
При выборе места размещения разъёма нужно обязательно проверить, что крышка тестера при этом нормально закрывается.
Переменный резистор для калибровки установил на краю платы КСВ-метра, припаяв выводами к контактным площадкам.
Сначала его сопротивление было 47 кОм, но так как при подключении стрелка тестера максимально отклонялась всего на треть шкалы, пришлось заменить его на резистор сопротивлением 10 кОм (использовал сдвоенный переменный резистор на 20 кОм, где оба сопротивления включены параллельно). По этой же причине заменил резисторы R4 и R5 на плате КСВ-метра с 10 кОм на 1 кОм. Это нужно, чтобы при подаче сигнала с выхода передатчика при регулировке переменного резистора стрелка измерительного прибора могла отклоняться на максимум шкалы или чуть больше.
Для фиксации выходных измерительных проводов удобно использовать пластиковую стяжку, закреплённую в одном из монтажных отверстий на краю платы.
А так выглядит новая распайка со стороны "печатных" проводников. Переделывать почти не пришлось, всего лишь дополнить.
Тестовый стенд со стрелочным измерительным прибором выглядит так.
Порядок измерения теперь следующий:
- Подав сигнал на КСВ-метр с выхода передатчика в режиме измерения Uпад необходимо с помощью переменного резистора установить стрелку измерительного прибора на максимальное значение шкалы. Таким образом производится его калибровка.
- Переключить кнопкой КСВ-метр в режим измерения Uотр и зафиксировать показания измерительного прибора.
- Воспользоваться калькулятором на сайте или просто рассчитать значение КСВ по формуле:
4. При следующем измерении повторить последовательность, начиная с пункта 1.
Настоящим волшебством выглядит тот факт, что при таком измерении совсем не обязательно (хотя и очень желательно) градуировать шкалу измерительного прибора. Шкала может быть любой, хоть в метрах, хоть в попугаях. Главное при каждом измерении Uпад выставлять стрелку на конечные показания шкалы.
Например, при измерении КСВ с контрольным резистором 50 Ом Uпад=250 Uотр=0 КСВ=1.
Измеряя КСВ при подключении раскрытой антенны радиостанции выставляем переменным резистором стрелку на максимальное значение шкалы, устанавливаем Uпад в те же 250 попугаев.
А вот и замеренное в попугаях значение Uотр, равное 225.
Рассчитанный КСВ = (250+225)/(250-225) = 475/25 = 19, говорит нам о том, что настройка антенны никуда не годится.
У согласованной антенно-фидерной линии значение КСВ должно приближаться к 1. Допустимы значения КСВ между 1 и 2. В самом крайнем случае до 2.5 (но это не точно).
То есть нашу антенну ещё нужно обязательно настраивать.
Ещё одним контрольным средством для проверки правильности показаний КСВ-метра может быть резистор сопротивлением 25 Ом.
Собрал его из двух, параллельно соединённых резисторов по 51 Ом, разместив на двухконтактном плоском разъёме, который подключаю к выходу КСВ-метра вместо антенны.
Вот показания прибора во время данного измерения.
Uпад = 250 попугаев.
Uотр = 40 попугаев.
Рассчитанный КСВ = (250+40)/(250-40) = 290/210 = 1.38
Это некорректное значение. По теории для резистора нагрузки сопротивлением 25 Ом значение КСВ должно точно равняться 2.
Просто учтём этот вариант погрешности нашего измерителя на будущее.
При градуировке шкалы, например, можно на данном показателе стрелки прибора поставить значение 2.
Также для градуировки у нас уже есть контрольное значение 1 ‒ это начало нашей шкалы.
Можно ещё найти показание 3 и шкала практически размечена. Всё, что больше тройки ‒ относить к бесконечности ‒ такая антенна нам не подойдёт.
Но лучше, конечно, градуировать прибор, имея под рукой для сравнения уже откалиброванный контрольный готовый измеритель КСВ.
Так как он отсутствует, буду использовать, то, что есть.
По крайней мере, если эта самодельная штука не точнее уже готовых продающихся, то уж точно намного дешевле. Да и месяц-полтора посылку ждать не пришлось, при наличии исходных (и весьма доступных) радиодеталей собрать, донастроить и освоить вполне можно за вечер-другой.
А в одной из следующих статей расскажу, как с помощью собранного измерителя КСВ настраивал и подбирал антенну радиостанции.
21 октября 2021 года.
С уважением, Ваш @mp42b.
Предыдущие статьи про сборку, настройку и доработки простой портативной радиостанции на 27 мГц из радиоконструктора:
1. Повысить? Можно! Про преобразователь напряжения на микросхеме MC34063 из конструктора
2. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Из радиоконструктора. От "РадиоКОТструктора". Часть 1. Распаковка, комплектующие, схема, плата, пайка
3. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Из радиоконструктора. От "РадиоКОТструктора". Часть 2. Первоисточники, антенна, электропитание
4. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Из радиоконструктора. От "РадиоКОТструктора". Часть 3. Включение и настройка.
5. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Из радиоконструктора. От "РадиоКОТструктора". Часть 4. Сборка конструкции.
6. Генератор несущей частоты с кварцевой стабилизацией. Для портативной КВ ЧМ радиостанции РК-Р01.
7. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Часть 5. Доработки. Стабилизация частоты и увеличение мощности передатчика.
8. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Часть 6. Доработка: генератор вызова. И полевые испытания.
<-- Предыдущая статья | Содержание 2019-2021 | Следующая статья -->
#сделай сам #электроника #электроника для начинающих #радиостанция #радиоконструктор #измерения
#простые вещи #mp42b #радиосвязь_Mp42b
