Мостовой КСВ-метр с индикатором сопротивления

Предлагаемый вниманию читателей измеритель КСВ отличается рядом полезных свойств, в частности, он позволяет определить не только абсолютную величину отклонения сопротивления нагрузки (например, антенны) от стандартных 50 Ом, но и знак этого отклонения, что значительно облегчает и ускоряет настройку антенн. КСВ-метр часто используется радиолюбителями при настройке антенн, реже усилителей и других узлов высокочастотной аппаратуры. При этом обычно путем изменения размеров антенны, расположения ее элементов или другими способами добиваются минимума КСВ на требуемой частоте. Описание подобного прибора, в котором использован мостовой метод измерения, приведено в статье автора "Мостовой измеритель КСВ", опубликованной в журнале "Радио" (2003, № 12, с. 56,57).

Возможности этого прибора удается расширить и повысить удобство работы с ним, если дополнить устройство индикатором сопротивления. Дело в том, что в процессе настройки не так уж просто определить значение сопротивления антенны (как правило, комплексное). Поможет в этом дополнительный индикатор, который показывает не только больше оно или меньше 50 Ом, но и позволит оценить его значение.

Принцип работы мостового КСВ-метра с индикатором сопротивления поясняется упрощенной схемой на рис. 1. Резисторы R1— R3, сопротивления которых известны, составляют три плеча моста, а четвертое, неизвестное сопротивление нагрузки, подключается к разъему XS1. Принцип работы прибора, как и аналогичного мостового КСВ-метра, упомянутого выше, основан на использовании несбалансированного «моста. По значению напряжения в его

измерительной диагонали можно определить значение КСВ. Для выпрямления этого напряжения служит диод VD1, а в качестве индикатора КСВ служит измерительная головка РА1, отклонение стрелки которой пропорционально току или напряжению. Но показания КСВ будут одинаковыми, например, 2 и при сопротивлении антенны 25 Ом, и при сопротивлении 100 Ом.

Чтобы устранить эту неопределенность, надо измерить (или сравнить) напряжения на резисторах R2 и Rx. Это можно сделать, если выпрямить эти напряжения диодами VD2 и VD3 и сравнить их с помощью индикаторного стрелочного прибора с нулем посередине. Имен-' но так и сделано в данном приборе. Чем больше отличие сопротивления! антенны от 50 Ом,1 тем сильнее будет отклоняться стрелка индикатора сопротивления, а направление будет показывать больше оно или меньше 50 Ом. Если сопротивление антенны более 50 Ом, то напряжение на резисторе R4 будет меньше, чем на R5. Поэтому ток через РА2 потечет по схеме справа налево; если сопротивление антенны менее 50 Ом — то в другую сторону.

Наличие двух индикаторов в КСВ-метре позволяет гораздо             проще и удобнее определять параметры антенны, например, ее резонансную частоту, а значит, и корректировать дальнейшие дейст-

вия по ее настройке. Если проградуи-ровать шкалу индикатора сопротивления еще и соответствующими значениями КСВ и если значения на обоих индикаторах будут одинаковы, это свидетельствует о том, что сопротивление антенны близко к активному (хоть и не равно 50 Ом), а значит, антенна резонирует на данной частоте.

Устройство состоит из двух частей, высокочастотной и индикаторной, которые выполнены в виде отдельных блоков и могут соединяться между собой непосредственно или с помощью экранированных проводников. Высокочастотную часть можно разместить непосредственно на объекте измерения, например антенне, а индикаторную — установить в удобном для наблюдения месте.

	Схема высокочастотной части показана на рис. 2.  В качестве источника сигнала, который подключается к коаксиальному разъему XW1, используют генератор или трансивер с выходной мощностью (желательно регулируемой) не более 0,08...500 мВт. На резисторах R1—R6 собран поглощающий аттенюатор с затуханием около 2 дБ, он согласует генератор с резистивным мостом R8—R13, одним плечом которого служит нагрузка, подключаемая к разъему XW2. ВЧ напряжение в диагонали моста выпрямляется диодом VD3 и через два ФНЧ R14C4 и R15C6 j поступает на контакты 7, 8 разъема XS1 и далее в индикаторную часть прибора. ВЧ напряжение на резисторах R9 и R11 выпрямляют диоды VD1, VD2, а на гнезде XW2 — диоды VD4, VD5. Оба выпрямителя  собраны   по  схеме с удвоением  напряжения.  Выпрямленные напряжения также поступают  на  контакты  6  и  9 I разъема XS1 и далее в индикаторную часть.
	Схема индикаторной части показана на рис. 3. В ней использованы малогабаритные стрелочные приборы (микроамперметры) М4247. Головка РА1 с нулем в левой части шкалы служит для индикации КСВ, а РА2 с нулем посередине — для индикации сопротивления. Диоды VD1—VD4 защищают приборы от перегрузки то току. Работает устройство следующим образом. После соединения частей между собой к гнезду XW2 высокочастотной части подключают антенну или нагрузку, КСВ которой измеряют, а к гнезду XW1 — источник ВЧ сигнала. В положении переключателя SA1 "КСВ" нажимают на кнопку и SB1 "Калибровка", резистором R5 "Калибровка КСВ" устанавливают стрелку прибора "КСВ", а резистором R7 — стрелку прибора "R" на последнее деление шкалы. После этого кнопку отпускают и считывают показания со шкал индикаторов. Для измерения выходной мощности переключатель SA1 переводят в положение "Мощность", а к гнезду XW2 "Нагрузка" подключают согласованную нагрузку с КСВ, близким к 1, и соответствующей мощностью рассеивания (до нескольких ватт) и считывают показания со шкалы индикатора-"КСВ". Конструктивно устройство также выполнено из двух частей.
	Большинство деталей высокочастотной части размещают на печатной плате из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита, эскиз которой показан на рис. 4. Вторая сторона оставлена металлизированной, и через отверстия отрезками провода обе стороны соединяют друг с другом.

Плату методом пайки по краю с двух сторон устанавливают в металлический залуженный корпус подходящего размера, а на его стенках размещают разъемы (рис. 5). Часть элементов индикаторной части размещают на печатной плате произвольной топологии, а часть устанавливают методом навесного монтажа — и все это в металлическом корпусе подходящего размера. В качестве разъемов XS1 и ХР1 использованы "компьютерные" "врубные" разъемы DB-9, на одном блоке установлено гнездо, на другом - вилка. Это позволяет соединять их как непосредственно друг с другом, так и с помощью кабеля произвольной длины. Внешний вид прибора при соединении блоков непосредственно между собой показан на рис. 6, а при соединении их кабелем — на рис. 7.

В устройстве можно применить следующие детали: резисторы — РН1-12 типоразмера 1206, они могут работать при температуре до 125 °С. При мощности рассеивания резисторов 0,25 Вт на устройство длительное время можно подавать мощность до 3 Вт, а кратковременно — в несколько раз больше. Если применить резисторы мощностью 0,5 Вт, мощность входного сигнала удается еще увеличить в два раза. Подстроечные резисторы — СПЗ-19, переменный — СП4, СПО, конденсаторы — К10-17в или аналогичные импортные. Диоды VD1—VD5 высокочастотной части — СВЧ детекторные, желательно с барьером Шоттки. Можно применить также КД922, 2А201, 2А202, 2А120, а для частот до 500 МГц — КД419 с любым буквенным индексом. Диоды в индикаторной части — любые маломощные импульсные кремниевые. ВЧ разъемы XW1, XW2 могут быть любого типа, но они должны быть рассчитаны для совместного монтажа непосредственно с микрополосковой линией. В качестве гнездового разъема XS1 и вилки ХР1 I можно также применить любые подходящие НЧ соединители. Микроамперметры можно применить и другие, в том числе и большого размера, с током полного отклонения 50... 100 мкА и сопротивлением несколько килоом. Переключатель подойдет любой низкочастотный на два направления и два положения, а кнопка должна быть с самовозвратом.

Для налаживания устройства необходим трансивер или генератор с усилителем с выходной мощностью до 3 Вт, которую можно регулировать, и нагрузочные резисторы с известными КСВ. Проводят настройку в следующей последовательности. В положении SA1 "КСВ" резисторы R5, R7 индикаторной части устанавливают в положение максимального сопротивления,   на  вход  подают  сигнал мощностью 0,3...0,5 Вт, а выход оставляют ненагруженным. В положении SB1 "Измерение" резистором R3 индикаторной части устройства устанавливают стрелку прибора РА1 на последнее деление шкалы. Затем в положении "Калибровка" резистором R2 устанавливают стрелку прибора РА2 также на последнее деление шкалы. Регулировку надо повторить несколько раз. Если результат не достигнут, то надо изменить мощность входного сигнала и еще раз повторить регулировку. Таким образом определяют максимальное значение мощности входного сигнала, при которой достигается калибровка. Уменьшая мощность сигнала и проводя каждый раз калибровку резисторами R5 и R7, находят значение мощности, при которой калибровка станет невозможной. Это будет нижнее значение мощности, при которой можно проводить измерения.

Калибровку шкалы измерителя мощности проводят следующим образом. На выход (гнездо XW2) подключают нагрузку с КСВ, близким к 1. В положении SA1 "Р" на вход подают сигнал мощностью 2,5...3 Вт и резисторами R1 (плавно) и R4 (грубо) индикаторной части устанавливают стрелку прибора на последнюю отметку шкалы. Уменьшая мощность и контролируя ее с помощью какого-либо измерительного прибора, например, ВЧ вольтметра, калибруют шкалу прибора РА1 (КСВ) в единицах мощности.

В последнюю очередь калибруют шкалу КСВ-метра и индикатора сопротивления, для этого подают сигнал, превышающий минимальное значение в 1,5...2 раза. Шкалу индикатора сопротивления желательно дополнительно откалибровать в единицах КСВ. Подключая нагрузки с известным сопротивлением и КСВ, проводят калибровку шкалы и проверку во всем диапазоне частот, а также определяют диапазон входных уровней сигналов, при которых устройство обеспечивает необходимую точность. Для оперативной проверки исправности устройства в комплекте надо иметь несколько нагрузочных сопротивлений с КСВ, из вестным во всем диапазоне рабочих частот.

При работе на высоких частотах (400 МГц и более) следует быть очень аккуратным и внимательным, поскольку в зависимости от длины соединительного кабеля, качества заделки ВЧ разъемов и т. д. результат оценки сопротивления может оказаться неверным.