Один из способов измерения коэффициента стоячей волны по напряжению - с помощью мостовой схемы (она же VSWR bridge, или Return loss bridge) . На рынке достаточно готовых решений, как класса измерительных приборов (конечно, измерительные мосты c хорошими характеристиками для радиолюбителя дорогое удовольствие), так и радиолюбительского уровня разного качества исполнения и с характеристиками похуже.
Один из недорогих мостов для измерения КСВ предлагают китайские продавцы на "Алиэкспресс" (Рисунок 1, 2). Такого типа КСВ мосты бывают разного качества - видно визуально по качеству пайки, разного цвета маски - синие, зелёные, красные - в моём случае зелёная.
Схема в основе прибора одна и та же - "разжёвана" на странице радиолюбителя http://dl2kq.de/ant/3-110.htm (Рисунок 3). Единственное отличие в схеме - выходной аттенюатор 6 дБ (обычно не распаян китайцами).
Геометрические размеры ферритовых "биноклей" симметрирующего трансформатора в отличии от "родной " разработки примерно в два раза меньше. Размер китайской поделки 90 мм. х 45 мм. Печатная плата разработана под установку прецизионных сопротивлений 50 Ом или параллельное включение двух сопротивлений по 100 Ом (Рисунок 4).
Вот только тот, кто рисовал плату не сказал об этом китайцам, которые с паяльником сидят - перемычки при установке двух сопротивлений по 100 Ом не установлены. В общем, мост приехал не работоспособный, и дело даже не в перемычках - что-то да показывал бы - оба плеча (коаксиальные линии) симметрирующего трансформатора были просто полностью распаяны, всё вместе - и оплётка и центральная жила (Рисунок 5, 6). Если у второй линии (где используется одна оплётка) это вполне можно допустить - в первой линии это приводит к неработоспособности трансформатора.
Пришлось маленько исправить - правда всё криво - очень короткий "хвостик" коаксиала достался от производителей (кабель типа RF1.37) (Рисунок 7, 8).
Не забываем про перемычки.
Автор не распаял выходной аттенюатор - позже распаяю и проведу сравнение, сейчас банально нет в наличии номиналов smd резисторов. По идеи согласование по выходу должно улучшиться.
По поводу технических характеристик - как таковых, производители не указывают, кроме диапазона рабочих частот - 0.1МГц - 3000МГц. Причём встречаются варианты 0.5МГц - 1000МГц, что более реально.
Для проведения измерений понадобятся две нагрузки (по 50 Ом, Рисунок 9).
Схема включения моста для проведения измерений на Рисунке 10.
Выходы с надписями "REF" и "DUT" по идеи равновесны - но у меня лучше характеристики моста при нагрузке на выходе "DUT", а выход "REF" используется в качестве измерительного.
Измерения проводились с использованием анализатора спектра марки "SA6" (в девичестве arinst ssa-tg r2) с встроенным следящим генератором. При измерении использовалось, как встроенное программное обеспечение анализатора спектра, так и управление с ПК (или планшета на Андроиде).
Программное обеспечение для ПК (и для Андроид тоже) анализатора спектра имеет свои причуды, например, при уровне мощности генератора отличном от -15 дБм невозможно правильно померить КСВ и S11. Причём встроенное ПО анализатора считает и показывает всё точно при любом выходном уровне генератора. У производителей сейчас новая "линейка" приборов с более новым ПО для ПК, но, к сожалению, несовместимая с данным анализатором.
Смотреть S21 характеристики моста будем в диапазоне частот от 35.7 МГц до 3000 МГц, выходная мощность следящего генератора -20 дБм, входной аттенюатор -10 дБ. Замыкаем вход анализатора с выходом генератора, производим калибровку ("нормализацию").
Собираем схему (Рисунок 10), нагрузку подключим к входу "DUT" (в моём случае характеристика моста более пологая при "опорной" нагрузке на этом входе), вход для измерения открытый. Характеристика S21 представлена на Рисунке 11 (мост разбалансирован).
Примерно до 1200 МГц изменение порядка 1.9 дБ, далее - вакханалия....
Для удобства откалибруем анализатор с подключенным мостом ("нормализуем"). Подключим нагрузку 50 Ом к второму входу моста (REF).
На Рисунке 12 график (с учётом вычитания данных графика с Рисунка 11) зависимости "развязки" плеч моста от частоты, при "равенстве" плеч моста. В диапазоне частот от 35.7 дБ до 1200 МГц "развязка" ("направленность") изменяется от 47.2 дБ до 18.2 дБ что примерно соответствует диапазону КСВ от 1.01 до 1.3.
Далее ограничимся диапазоном до 1500 МГц - выше по частоте в таком виде данный мост практически бесполезен. На Рисунке 13 приведено КСВ по напряжению нагрузки 50 Ом не лучшего качества.
Полученный результат - это и дешёвые "не обмеренные" нагрузки, и "сопли" при приведении в чувство платы моста, и, видимо низкое качество сопротивлений и ферритовых "биноклей". Так же не улучшают ситуацию и кабели соединения между анализатором и мостом (не взирая на коррекцию средствами ПО).
В таком виде посмотреть КСВ антенны на LTE (1800 МГц) и выше не получится, зато пригодится на диапазоне ДМВ для антенна-строительства. Ставим вместо опорной нагрузки 50 Ом нагрузку 75 Ом (у автора нашлась только пара дешёвых 75 Ом "терминаторов", причём один из них совсем вызывает опасения, пришлось использовать пару аттенюаторов в качестве согласования, Рисунок 14). Это не совсем правильная методика - будет рассогласование моста и кабеля подключения измеряемого объекта, но с коротким кабелем посмотреть КСВ получится.
На Рисунке 15 измерение КСВ дешёвой нагрузки 75 Ом в диапазоне с 35.7 МГц до 3 ГГц.
В диапазоне ДМВ КСВ от 1.03 на частоте 470 МГц до 1.14 на частоте 865 МГц.
Далее некоторые графики будут сфотографированы с экрана анализатора спектра, так как объекты наблюдения находились в разных местах - таскать ноутбук или планшет с подключенным на шнурке анализатором спектра плюс мост, не совсем удобно, приношу извинения за не чёткие фотографии.
Измерения КСВ производились максимально коротким кабелем подключения между объектом измерения и мостом.
По вопросу "длинного" кабеля и КСВ приведу скрин заметки "Так не бывает" в журнале "Радио" 1999/6/стр.66 от уважаемого RU3AX (Рисунок 16).
Ну и иллюстрация данной заметки - КСВ кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом (sat703) длиной около 1 метра с нагрузкой сопротивлением 75 Ом (Рисунок 17) в диапазоне ДМВ при плохом согласовании.
В случае с антеннами в большинстве вариантов исследуем систему "антенна (плюс согласование или\и симметрирование) - линия подключения - вход моста".
На Рисунке 18 результаты исследования комнатной логопериодической антенны типа "Дельта", подключенной к мосту кабелем типа РК75-3 длиной 3 метра.
По уровню КСВ равным 2 диапазон рабочих частот антенны от 435.7 МГц до 826.5 МГц. Хорошо видна "волнистая" структура графика КСВ - результат "работы" вибраторов логопериодической структуры антенны.
Следующий результат исследования антенны Ховермана (статья об опыте построения антенны), в качестве согласующего трансформатора используется "полуволновая петля" (Рисунок 18 и 19), длина кабеля подключения к мосту- 20 см.
Несколько заинтересовал "завал" на частотах выше 650 МГц (до 4), на Рисунке 20 график КСВ для "полуволновой петли" с нагрузкой 300 Ом (длина кабеля подключения к мосту 20 см.) которую автор рассчитывал и изготавливал на частоту 560 МГц, предполагая неверный коэффициент укорочения кабеля, в результате в реальности частота несколько ниже - соответственно и "завал" на высоких частотах на графике КСВ на Рисунке 18.
График КСВ при использовании в качестве согласующего устройства трансформатор на микрополосковых линиях для антенны Ховермана (Рисунок 21) приведён на Рисунке 22, длина кабеля подключения к мосту - 10 см.
Краткие выводы: в данном конкретном случае мост после покупки был в неработоспособном состоянии, для "оживления" пришлось нагревать паяльник. После пасов руками и тыканья паяльником в плату мост позволил проводить измерения КСВ до 1 ГГц с приемлемой точностью (скорее нужно сказать - смотреть КСВ до 1 ГГц), даже с учётом несколько сомнительных калибровочных компонентов и кучи тонких коаксиалов с накрученными разъёмами и переходниками на пути сигналов. Как конструктор - вполне нормальный мост для начала. Ну а расширение рабочих частот и улучшение характеристик моста вполне возможно (например, вот так). А ещё лучше и интересней сделать мост с "нуля".
Спасибо, уважаемые читатели, что уделили время на мой небольшой скромный труд.