ВЧ-мост УКВ-диапазона. Схема, описание

Измерительный мост высокой частоты представляет собой обычный мост Уитстона и может использоваться для определения степени согласованности антенны с линией передачи. Эта схема известна под многими названиями (например, «антенноскоп» и т. д.), но в основе ее всегда лежит принципиальная схема, изображенная на рис. 14-15.

По мостовой схеме протекают токи высокой частоты, поэтому все резисторы, используемые в ней, должны представлять чисто активные сопротивления для частоты возбуждения. Резисторы R 1 и R 2 подбираются в точности равными друг другу (с точностью 1% или даже больше), а само сопротивление не имеет особого значения. При сделанных допущениях измерительный мост находится в равновесии (нулевое показание измерительного прибора) при следующих соотношениях между резисторами: R 1 = R 2 ; R 1: R 2 =1:1; R 3 = = R 4 ; R 3: R 4 = 1: 1.

Если вместо резистора R 4 включить испытываемый образец, сопротивление которого требуется определить, а в качестве R 3 использовать отградуированное переменное сопротивление, то нулевое показание измерителя разбаланса моста будет достигнуто при значении переменного сопротивления, равном активному сопротивлению испытываемого образца. Таким образом можно непосредственно измерить сопротивление излучения или входное сопротивление антенны. При этом следует помнить, что входное сопротивление антенны чисто активно только в случае, когда антенна настроена, поэтому частота измерений всегда должна соответствовать резонансной частоте антенны. Кроме того, мостовая схема может использоваться для измерения волнового сопротивления линий передачи и их коэффициентов укорочения.

На рис. 14-16 показана схема высокочастотного измерительного моста, предназначенного для антенных измерений, предложенная американским радиолюбителем W 2AEF (так называемый «антенноскоп»).

Резисторы R 1 и R 2 обычно выбираются равными 150-250 ом ,и абсолютная их величина не играет особой роли, важно только, чтобы сопротивление резисторов R 1 и R 2 , а также емкости конденсаторов С 1 и С 2 были равны друг другу. В качестве переменного сопротивления следует использовать только безындуктивные объемные переменные резисторы и нив коем случае не проволочные потенциометры. Переменное сопротивление обычно 500 ом , а если измерительный мост используется для измерений только на линиях передачи, изготовленных из коаксиальных кабелей, то 100 ом , что позволяет более точно производить измерения. Переменное сопротивление градуируется, и при балансе моста оно должно быть равным с сопротивлением испытываемого образца (антенны, линии передачи). Дополнительное сопротивление R Ш зависит от внутреннего сопротивления измерительного прибора и требуемой чувствительности измерительной схемы. В качестве измерительного прибора можно использовать магнитоэлектрические миллиамперметры со шкалой 0,2; 0,1 или 0,05 ма . Дополнительное сопротивление следует выбирать по возможности высокоомным, так чтобы подключение измерительного прибора не вызывало значительного разбаланса моста. В качестве выпрямляющего элемента может использоваться любой германиевый диод.

Проводники мостовой схемы должны быть как можно короче для уменьшения их собственной индуктивности и емкости; при конструировании прибора следует соблюдать симметрию в расположении его деталей. Прибор заключается в кожух, разделенный на три отдельных отсека, в которых, как показано на рис. 14-16, помещаются отдельные элементы схемы прибора. Одна из точек моста заземляется, и, следовательно, мост несимметричен относительно земли. Поэтому мост наиболее подходит для измерения на несимметричных (коаксиальных) линиях передачи. В случае, если требуется использовать мост для измерения на симметричных линиях передачи и антеннах, то необходимо тщательно изолировать его от земли с помощью изолирующей подставки. Антенноскоп может применяться как в диапазоне коротких, так и ультракоротких волн, и граница его применимости в диапазоне УКВ в основном зависит от конструкции и отдельных схемных элементов прибора.

В качестве измерительного генератора, возбуждающего измерительный мост, вполне достаточно использовать гетеродинный измеритель резонанса. Следует иметь в виду, что высокочастотная мощность, поступающая на измерительный мост, не должна превышать 1 вт, и мощность, равная 0,2 вт, вполне достаточна для нормальной работы измерительного моста. Ввод высокочастотной энергии осуществляется с помощью катушки связи, имеющей 1-3 витка, степень связи которой с катушкой контура гетеродинного измерителя резонанса регулируется так, чтобы при отключенном испытываемом образце измерительный прибор давал полное отклонение. Следует учитывать, что при слишком сильной связи градуировка частоты гетеродинного измерителя резонанса несколько смещается. Чтобы не допустить ошибок, рекомендуется прослушивать тон измерительной частоты по точно отградуированному приемнику.

Проверка работоспособности измерительного моста осуществляется подключением к измерительному гнезду безындукционного резистора, имеющего точно известное сопротивление. Переменное сопротивление, при котором достигается баланс измерительной схемы, должно точно равняться (если измерительный мост правильно сконструирован) испытываемому сопротивлению. Эта же операция повторяется для нескольких сопротивлений при разных измерительных частотах. При этом выясняется частотный диапазон работы прибора. Вследствие того, что схемные элементы измерительного моста в диапазоне УКВ имеют уже комплексный характер, баланс моста становится неточным, и если в диапазоне 2 м его еще можно добиться, тщательно выполнив конструкцию моста, то в диапазоне 70 см рассмотренный измерительный мост совершенно неприменим.

После проверки работоспособности измерительного моста его можно использовать для практических измерений.

На рис. 14-17 изображена конструкция антенноскопа, предложенная W 2AEF.

Определение входного сопротивления антенны

Измерительное гнездо измерительного моста непосредственно подключается к зажимам питания антенны. Если резонансная частота антенны была измерена ранее с помощью гетеродинного измерителя резонанса, то мост питается высокочастотным напряжением этой частоты. Изменяя переменное сопротивление, добиваются нулевого показания измерительного прибора; при этом считываемое сопротивление равно входному сопротивлению антенны. Если же резонансная частота антенны заранее не известна, то частоту, питающую измерительный мост, изменяют До тех пор, пока не получают однозначного баланса измерительного моста. При этом частота, обозначенная на шкале измерительного генератора, равна резонансной частоте антенны, а сопротивление, полученное по шкале переменного сопротивления, равно входному сопротивлению антенны. Изменяя параметры схемы согласования, можно (не изменяя частоты возбуждения высокочастотного измерительного моста) получить заданное входное сопротивление антенны, контролируя его по антенноскопу.

Если проводить измерение непосредственно в точках питания антенны неудобно, то в этом случае между измерительным мостом можно включить линию, имеющую электрическую длину Я/2 или длину, кратную этой длине (2·λ/2, 3·λ/2, 4·λ/2 и т. д.) и обладающую любым волновым сопротивлением. Как известно, такая линия трансформирует сопротивление, подключенное к ее входу, в отношении 1: 1, и поэтому ее включение не отражается на точности измерения входного сопротивления антенны с помощью высокочастотного измерительного моста.

Определение коэффициента укорочения высокочастотной линии передачи

Точная длина λ/2 отрезка линии также может быть определена с помощью антенноскопа.

Достаточно длинный свободно подвешенный отрезок линии на одном конце замыкается, а другим концом подключается к измерительному гнезду моста. Переменное сопротивление устанавливается в нулевое положение. Затем медленно изменяют частоту гетеродинного измерителя резонанса, начиная с низких частот, и переходят к более высоким частотам, до тех пор пока не достигается баланс моста. Для этой частоты электрическая длина точно равна λ/2. После этого несложно определить коэффициент укорочения линии. Например, для отрезка коаксиального кабеля длиной 3,30 м при частоте измерений 30 Мгц (10 м ) достигается первый баланс моста; отсюда λ/2 равно 5,00 м . Определяем коэффициент укорочения: $$k=\frac{геометрическая длина}{эектрическая длина}=\frac{3,30}{5,00}=0,66.$$

Так как баланс моста имеет место не только при электрической длине линии, равной λ/2, но и при длинах, кратных ей, то следует найти второй баланс моста, который должен быть при частоте 60 Мгц. Длина линии для этой частоты равна 1λ. Полезно помнить, что коэффициент укорочения коаксиальных кабелей равен приблизительно 0,65, ленточных кабелей - 0.82 и двухпроводных линий с воздушной изоляцией - приблизительно 0,95. Так как измерение коэффициента укорочения с помощью антенноскопа несложно, то следует конструировать все схемы трансформаторов, используя методику измерения коэффициента укорочения, описанную выше.

Антенноскоп можно также использовать для проверки точности размеров λ/2 линии. Для этого к одному концу линии подключается резистор с сопротивлением меньше 500 ом , а другой конец линии подключается к измерительному гнезду моста; при этом переменное сопротивление (в случае, если линия имеет электрическую длину, в точности равную λ/2) равняется сопротивлению, подключенному к другому концу линии.

С помощью антенноскопа может быть определена также точная электрическая длина λ/4 линии. Для этого свободный конец линии не замыкается, и, изменяя частоту гетеродинного измерителя резонанса таким же образом, как было описано выше, определяют самую низкую частоту, при которой (при нулевом положении переменного сопротивления) достигается первый баланс мостовой схемы. Для этой частоты электрическая длина линии точно равна λ/4. После этого можно определить трансформирующие свойства λ/4 линии и рассчитать ее волновое сопротивление. Например, к концу четвертьволновой линии подключается резистор сопротивлением 100 ом .Изменяя переменное сопротивление, добиваются баланса моста при сопротивлении Z M = 36 ом . После подстановки в формулу $Z_{тр}=\sqrt{Z_{M}\cdot{Z}}$ получаем: $Z_{тр}=\sqrt{36\cdot{100}}=\sqrt{3600}=60 ом$. Таким образом, как мы видели, антенноскоп, несмотря на свою простоту, позволяет решить почти все задачи, связанные с согласованием линии передачи с антенной.

В.КИСЕЛЕВ (RA4UF), г.Саранск

На рис.1 приведена схема ВЧ-моста, разработанная на основе конструкции UA9AA .

Как правило, навесной монтаж, применяемый при изготовлении моста, ограничивает диапазон рабочих частот подобных устройств значениями 140...150 МГц. Чтобы обеспечить работу в диапазоне 430 МГц, прибор целесообразно изготовить на двустороннем фольгированном текстолите. Один из удачных вариантов монтажа показан на рис.2 и 3.

На верхней стороне платы (рис.2) расположены два безындукционных резистора R1, R2 с компенсационными конденсаторами С4, С5. На нижней стороне (рис.3) размещаются остальные детали моста. Монтаж выполнен на "пятачках".

Расстояния между "пятачками" определяются размерами используемых деталей. Кружки, обозначенные на рисунках штриховыми линиями, соединены между собой через отверстия в плате.

При изготовлении моста особое внимание следует уделить качеству используемых деталей. Конденсаторы С1, С2 - керамические, безвыводные, типа К10-42, К10-52 или аналогичные. Опорный конденсатор С3 - КДО-2. Подстроечные конденсаторы С4, С5-типа КТ4-21, КТ4-25; остальные конденсаторы - КМ, КЦ. Резисторы R1, R2 должны быть типа МОН, С2-10, С2-33 мощностью 0,5 Вт и иметь одинаковое сопротивление в пределах 20...150 Ом. Если используются резисторы типа МОН, то выводы у них откусываются до основания, которое зачищается и залуживается, а затем припаивается к нужному "пятачку". Резистор R3 - типа СП4-1, СП2-36, безындукционный, с графитовой дорожкой. Этот резистор крепится на боковой стенке из фольгированного текстолита, однако фольга в месте его крепления удаляется. Корпус резистора не соединяется с общим проводом, иначе мост не удастся сбалансировать. Ручка, укрепляемая на оси резистора, должна быть изготовлена из изоляционного материала. Кроме резистора R3, на боковых стенках крепятся разъемы СР-50. Места соединения (стыки) между боковыми стенками и основной платой тщательно пропаиваются.

Мощность сигнала от генератора должна быть около 1 Вт. В качестве генератора могут использоваться, например, IC-706MK2G, варакторный утроитель и т.д.

При проверке балансировки ВЧ-моста в диапазонах VHF и UHF используются только безындукционные резисторы. Точной настройке компенсационных конденсаторов (при одном и том же сопротивлении нагрузки) соответствует неизменный баланс на нескольких диапазонах (например, 7...430 МГц). Если не удастся подобрать достаточное количество безындукционных резисторов для градуировки моста, промежуточные значения шкалы прибора можно отградуировать на НЧ-диапазонах, используя распространенные резисторы, например, типа МЛТ или МТ.

Для измерения реактивности нагрузки потребуется заменить конденсатор С5 переменным (с воздушным диэлектриком и максимальной емкостью около 20 пФ), однако верхний частотный предел измерений ограничен диапазоном 144 МГц, т.к. не удается полностью компенсировать емкость монтажа.

Если в приборе использовать дроссели индуктивностью 200 мкГн, частотный диапазон моста составит 0,1...200 МГц.

Предлагаемая конструкция имеет очень хорошую повторяемость, в отличие от устройств, выполненных с применением навесного монтажа.

Литература

1. Ю.Селевко (UA9AA). Прибор для настройки антенн. Радиолюбитель, 1991, N5, С.32...34.

Радиолюбитель КВ и УКВ. 2/2001, с.18 Похожие материалы:

При разработке этого измерительного прибора ставилась цель изготовить портативную простую конструкцию, обладающую достаточной точностью для практической настройки разнообразных KB антенн и имеющую автономное питание.

Прибор позволяет производить следующие измерения:

1. Определять резонансную частоту антенной системы а также резонансные частоты элементов в нее входящих (вибратора, директоров. рефлектора) в диапазоне 31...2.5 МГц.
2. Измерять активную составляющую входного сопротивления антенны в пределах от 0 до 5000м.
3. Измерять реактивные составляющие входного сопротивления антенны.
4. Судить о КСВ антенны, имея в виду отношение волнового сопротивления фидеры.о входному сопротивлению антенны.
5. Определять нужную длину фазосдвигающих линий с волновым сопротивлением этих линий до 500 Ом, а также коэффициенты укорочения коаксиальных кабелей и линий.

Определение всех параметров, кроме реактивного сопротивления, производится путем непосредственного считывания со шкал прибора. Величина реактивной составляющей высчитывается по общеизвестным формулам.

Прибор состоит из двух частей: высокочастотного моста и диапазонного генератора, объединенных в одну законченную конструкцию.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МОСТ
Схема, изображенная на рис. 1, представляет собой классическую схему измерительного моста на сопротивлениях (в одном из плеч этого моста находится переменное сопротивление R1 с проградуированной шкалой). Имеется также-переменный конденсатор С1 емкостью 160 пф с проградуирован-ной шкалой, который с помощью двух закорачивающих перемычек может подключаться либо параллельно к переменному сопротивлению, либо к входу моста, что позволяет сбалансировать его при наличии комплексного сопротивления. По величине емкости переменного конденсатора можно вычислить величину реактивной составляющей нагрузки.

Мост балансируется с помощью микроамперметра на 50 мкА, который включается в диагональ. Для регулировки чувствительности служит переменное сопротивление R5, кроме того. с помощью тумблера SA1 параллельно микроамперметру РА1 включается шунтирующее сопротивление R6, загрубляющее чувствительность индикатора.

Монтаж высокочастотной части моста ведется максимально короткими отрезками голого луженого провода диаметром 1,5мм (см. фото)

ДИАПАЗОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
Диапазонный генератор (рис. 2) перекрывает диапазон частот от 2,5 до 31 МГц.

Диапазонный генератор состоит из задающего генератора, собранного по схеме емкостной трехточки на транзисторе КП302А. С помощью переключателя контуры включаются в цепь затвора. Весь диапазон генератора разбит на пять поддиапазонов с целью получения четкой градуировки шкалы. Следующий каскад на транзисторе КП302А является истоковым повторителем и служит для согласования с оконечным каскадом генератора, собранного на транзисторе КТ606А.

В коллекторную цепь этого каскада включен широкополосный трансформатор на ферритовом кольце, с обмотки связи которого высокочастотное напряжение подается непосредственно на мост.

Для надежной работы моста напряжение на обмотке связи должно быть 1..Д В. Нагрузка обмотки составляет 100 Ом, хотя баланс моста достигается и при меньших напряжениях.

КОНСТРУКЦИЯ И ДЕТАЛИ.

Сопротивление R2 и R3 типа МЛТ необходимо подобрать с точностью до 1%. Переменный конденсатор С1 - с воздушным диэлектриком максимальной емкостью 160пф.Триммеры С2 и СЗ- тоже с воздушным диэлектриком.

Дроссели Др1 и Др2 - трехсекционные на керамическом основании. Можно применить любые дроссели с индуктивностью 1 ...2,5 мГ. Необходимо, чтобы они имели минимальную собственную емкость и не имели реэонансов в диапазоне частот генератора.

Микроамперметр РА1 - типа М4205. В диапазонном генераторе применен переменный конденсатор С1 емкостью 50 пф с воздушным диэлектриком, снабженный верньером.

Трансформатор Тр1 намотан тремя проводами по 9 витков в каждой секции на кольце ВЧ50 диаметром 14 мм.

Наладку прибора необходимо начать с генератора, имеющего минимум гармоник, так как наличие их ведет к ошибкам при измерениях.

Необходимо тщательно подобрать с помощью конденсаторов СЗ и С4 связь контура с транзистором VT1, а также подобрать режимы работы этого транзистора и VT2 и VT3.

После наладки диапазонного генератора приступают к наладке высокочастотного моста. Для этого к входу моста X1 подключают постоянное сопротивление 100..150 Ом, гнезда А-В и С- D при этом должны быть разомкнуты. Частота генератора может быть установлена любой, например, 15 МГц. Затем переменным сопротивлением R1 балансируют мост при максимальной чувствительности индикатора. Показания индикатора при этом могут отличаться от нуля. Затем, вращая триммер СЗ, добиваются точного баланса моста. При правильном монтаже и одинаковой величине сопротивлений R2 и R3 стрелка индикатора должна быть на нуле. Допустимы толь о весьма незначительные отклонения. Этой операцией нейтрализуется емкость

переменного сопротивления и емкость монтажа противоположных плеч моста. После этого вставляются перемычки А - В и С - D. а конденсатор С1 устанавливается в положение минимальной емкости. Не трогая сопротивления R1, триммером С2 снова добиваемся балансировки моста - на шкале конденсатора С1 отмечаем нулевую точку. Этой операцией нейтрализуется начальная емкость конденсатора С1. От нулевой точки градуируем шкалу конденсатора С1 через каждые 10 пф. На этом наладка завершается.

ПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИБОРОМ.

Для измерения резонансных частот антенной системы и ее элементов, а также входного сопротивления, прибор подключается непосредственно к входу антенны коротким отрезком коаксиального кабеля. Если это затруднительно - полуволновым (для настраиваемого диапазона) отрезком кабеля.

Такая длина соединительного кабеля необходима, поскольку полуволновая линия передает параметры нагрузки без трансформации.

Для определения резонансной частоты антенны и ее входного сопротивления устанавливаем величину переменного сопротивления R1 равную приблизительно величине волнового сопротивления применяемого филера и, меняя частоту диапазонного генератора. находим частоту на которой индикатор покажет резкое уменьшение показаний.

Затем, изменяя величину сопротивления R1 и емкости С1. а также корректируя частоту генератора. добиваемся полной балансировки моста. Если мост сбалансировался при нулевом положении конденсатора С1, то это означает, что антенна на данной частоте имеет чисто активное входное сопротивление, которое считывается со шкалы сопротивления R I. Если же для баланса потребовалось изменение конденсатора С1, то это означает, что нагрузка имеет реактивную составляющую тем большую, чем большую емкость пришлось вводить при балансировке.

Если мост сбалансировался при соединении перемычками гнезд А-В и С- D, то это означает, что реактивная составляющая имеет емкостной характер. А если при соединении гнезд А - С и В - D - то индуктивный характер.

Резонансные частоты директоров и рефлектора измеряются аналогичным образом, но при этом нужно в широких пределах менять величину сопротивления R1 для нахождения резонансной частоты. Балансировка на этой частоте может быть не столь резкой. как при определении резонансной частоты антенны. Кроме того нужно иметь в виду. что при настройке антенн типа HB9CV. имеющих ям элемента, будут четко выражены три частоты: короткого элемента - с частотой выше рабочей, длинного элемента - с частотой ниже рабочей и резко выраженная рабочая частота антенны.

Кроме рабочей частоты антенны и ее основных элементов, возможно появление резонансных частот бума, оттяжек и т.п.

Для определения коэффициента укорочения коаксиальных кабелей и линий используется свойство полуволновой линии передавать величину нагрузки без трансформации. Поэтому берем отрезок кабеля или линии и закорачиваем накоротко один из концов. Другой конец включаем к входу моста, установив при этом на "0" сопротивление R1 и конденсатор С1. Найдя резонансную частоту, при которой мост сбалансируется, будем иметь в виду, что для этой частоты данная линия имеет электрическую длину в половину волны. Затем, пересчитав частоту генератора в длину волны, находим искомую половину волны. Измерив геометрическую длину отрезка кабеля или линии и вычислив ее отношение к данной полуволне получим коэффициент укорочения.

Работая в эфире довольно продолжительное время, часто стано- вишься вольным или невольным слушателем или участником бесед о радиолюбительских антеннах. К сожалению, большинство радиолюбителей, по ряду причин, не умеют производить правильную их оценку и настройку.

Основной причиной, на наш взгляд, является отсутствие соответст вующих навыков и специализированной аппаратуры. Помимо широко известных КСВ-метра и ГИРа, существует незаслуженно забытый (как нам кажется) прибор для настройки антенн,— измерительный шумовой мост, достоинством которого является возможность определения многих интересующих параметров без излучения в эфир.

С помощью этого прибора можно определить целый ряд необходи мых параметров антенн, например, такие как:

Импеданс (волновое сопротивление) антенны и характер волно вого сопротивления (индуктивный или емкостной);

Резонансную частоту антенны, причем не только простых одно элементных антенн, но и многоэлементных многодиапазонных антенн.

Пользуясь этим мостом можно определять длину линии связи (фи дера) и подобрать ее, при необходимости, с кратностью полуволне или четверть волне.

Этот прибор настолько прост, что его сборка по силам любому ради олюбителю и он может занять достойное место в домашней лаборатории.

Высокочастотный шумовой измерительный мост MFJ — 202В .

Дж. Шульц, W 4 FA .

Сокращенный перевод А. Ваймбойм.

При проведении работ по техническому обслуживанию аппаратуры связи шумовой измерительный мост используется как прибор для изме рения и тестирования параметров различных антенн, линий связи, оп ределения элементов резонансных цепей и их характеристик, измерение импедансов антенн и т.п.

Область применения этого прибора может быть существенно расши рена при достаточно близком ознакомлении с принципами его работы.

Высокочастотный шумовой мост может быть применен вместо гете родинного индикатора резонанса (ГИР-а), но при этом достигается зна чительно большая точность измерений. Причиной является тот факт, что шумовой мост используется одновременно с связным радиоприем ником, шкала которого имеет гораздо более точную градуировку, чем ГИР.

Например, почти все связные радиоприемники обладают разреше нием в 1 КГц и более, тогда как ГИР-ы, скажем, на частоте 21 МГц не имеют разрешения даже в 500 КГц. Такая точность не очень важна при грубом определении компонентов L или С, однако чрезвычайно полезна при настройке антенн или резонансных L - C цепей, где традиционно использовался ГИР.

В данной публикации, вкратце, излагается устройство шумового моста, его характеристики, методы использования и возможность при менения.

Основные особенности шумового моста.

Шумовой мост, как следует из его названия, является классическим устройством мостового типа.

Высокочастотный источник шума воспроизводит широкий частотный спектр и обеспечивает эквивалент сигнала, генерируемого в диапазоне от 3 до 30 МГц, обеспечивая охват всех коротковолновых радиолюбительских диапазонов, а на практике значительно шире.

Прибор эксплуатируется совместно с связным радиоприемником, используемым в качестве детектирующего устройства, причем прием ник, в конечном итоге, определяет качество производимых измерений.

При балансе моста, состоящего из внутреннего измерительного пле ча "сопротивление/реактивность" и плеча, подключенного параллельно клеммам измеряемого "неизвестного"(unknown ) компонента, шум на выходе радиоприемника становится минимальным.

При разбалансе моста шумовой сигнал, слышимый в радиоприемни ке, будет резко возрастать. Точность, с которой измеряется неизвестная величина, зависит от градуировки шкалы.

Разумеется, мост может быть использован и в обратном порядке.

При определении активного сопротивления—переменное плечо устанавливается на какое-то определенное значение, например 50 Ом, а "неизвестное" измеряемое плечо, при этом, дает минимум шумов. Та ким образом, оно согласуется с тем значением по шкале прибора, на которое был установлен регулятор в переменном плече.

В большинстве практических конструкций шумового моста имеется симметричный высокочастотный трансформатор, от которого зависят границы диапазона выходного сигнала. Кроме того в приборе использу ется небольшая хитрость, позволяющая измерять как индуктивную, так и емкостную реактивность, несмотря на то, что в измерительном плече имеется только переменный конденсатор.

В плече измеряемого объекта имеется постоянный конденсатор вдвое меньшей емкости, чем переменный. В этом случае нулевая реак тивнось будет находится в середине шкалы шумового моста, т. е. соответ ствует среднему положению переменного конденсатора.

Поворот конденсатора С12 в одну сторону от среднего положения определяет емкостную реактивность Хс или знак минус, а при вращении в другую—индуктивную XL —знак плюс. Работа шумового моста осно вана на классическом принципе моста Уинстона.

Краткие технические характеристики прибора MFJ — 202В.

Схема моста приведена на рис.10.

Перекрываемый частотный диапазон охватывает непрерывный уча-сток от 160 до 6 М, что весьма полезно для проведения измерений радиолюбительской аппаратуры, включая WARC диапазоны.

Пределы измеряемого сопротивления—от 0 до 250 Ом остаются постоянными в частотном диапазоне от 1 до 100 МГц.

Индуктивная и емкостная реактивности зависят от частоты измере ния, что является вполне нормальным явлением, хотя это не всегда признается пользователями шумовых мостов. Регулятор реактивности ( REACTANCE ) имеет шкалу величин Хс и XL измеряемого объекта не соотвествующей фактической величине реактивности на данной часто те, а говорит лишь об определенном характере реактивности.

Основные пределы измерения реактивностей прибором MFJ —202В достаточны для большинства применений, однако, они могут быть рас ширены в значительной степени с помощью "расширителя диапазона" при подключении резистора 200 Ом. Это особенно проявляется при измерениях импедансов порядка несколько тысяч Ом. На практике это означает, что высокие импедансы линий передач и антенн, которые обычно не поддаются измерению на большинстве типов шумовых мостов,— могут быть измерены прибором MFJ —202.

Стабилитрон типа 1 N 753 является фактическим источником шума, который усиливается тремя широкополосными каскадами на транзисто рах 2 N 3904.

Высокочастотный трансформатор Т1 намотан тремя скрученными проводами (трифиляр) на торроидальном ферритовом сердечнике для обеспечения симметрии.

На лицевой панели прибора располагаются переменный резистор R 15" RESISTANCE ", переменный конденсатор С12 "REACTANSE", переключатель "расширителя диапазона" S 2, подключающий постоянный резистор R 16 200 Ом, для расширения диапазона измерений активных и реактивных составляющих до нескольких тысяч Ом.

Прибор собран на простой печатной плате. Конструктивно выполнен в небольшом корпусе, на котором устанавливаются коаксиальные разъ емы для подключения измеряемых "неизвестных" объектов и связного радиоприемника.

Питание прибора осуществляется от внутренней батареи типа " КОРУНД ", т.е. + 9 В при токе потребления 17 мА.

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АНТЕНН.

Наиболее распространенным применением шумового измеритель ного моста является определение импедансов и резонансных частот при емо-передающих антенн.

Для этого к измерительному мосту с помощью короткого коаксиаль ного кабеля с волновым сопротивлением, равным волновому сопротив лению фидера измеряемой антенны подключается измерительный приемник, а к другому разъему подсоединяется измеряемая антенна.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИМПЕДАНСА

Потенциометр моста RESISTANCE устанавливается в положение, соответствующее импедансу (волновому сопротивлению) антенного ка беля (50 или 75 Ом для большинства применений).

Конденсатор переменной емкости REACTANSE устанавливается в среднее положение (ноль). Приемник настраивается на ожидаемую ре зонансную частоту антенны. Включается мост и выставляется некото рый уровень шумового сигнала. С помощью переменного резистора постарайтесь настроится на минимальный уровень шума. С помощью конденсатора REACTANCE до полнительно понижайте уровень шума. Эти операции надо повторить несколько раз, т.к. регуляторы влияют друг на друга.

Настроенная в резонанс антенна должна иметь нулевое реактивное сопротивление, а активное, —должно соответствовать волновому сопро тивлению применяемого кабеля. Вреальных антеннах сопротивления, как активное, так и реактивное могут существенно отличаются от расчетных.

Для этого используются определенные методы согласования. При этом возможны несколько вариантов показаний прибора:

1. Если активное сопротивление близко к нулю, то возможно замыкание в кабеле; если активное сопротивление близко к 200 Ом при отключенном "расширителе диапазона", то возможен обрыв в кабеле.

2. Если прибор показывает индуктивный резонанс, то антенна слиш ком длинная, если емкостной, то — короткая.

Длину антенны можно откорректировать. Для этого определяется ее реальная резонансная частота Fpe 3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ.

Приемник настраивается на ожидаемую резонансную частоту. Пе ременный резистор RESISTANCE устанавливается на сопротивление 75 или 50 Ом. Конденсатор REACTANCE устанавливается в нулевое положение, а приемник медленно перестраивается до получения минимального шумового сигнала.

Если антенна обладает высокой добротностью, то минимум легко пропустить при быстрой перестройке по частоте.

Приемник надо перестраивать вниз по частоте при индуктивном импедансе и вверх по частоте — при емкостном до получения минимального шумового сигнала. Подстраивая регуляторы моста, необходимо дополнительно добиться снижения шума.

Можно лишь удивляться, как сильно отличаются характеристики дипольных и других антенн от расчетных, если они расположены близко от поверхности Земли и каких-либо громоздких предметов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЛИНИИ СВЯЗИ .

При некоторых работах по согласованию антенн и пр. требуются кабели, кратные четверть или полуволне на определенной частоте.

Для этого используется следующий метод:

1. Установите замыкающую перемычку на измерительном разъеме. Регуляторами RESISTANCE и REACTANCE добейтесь минимального шумового сигнала. Оба регулятора должны находится в области нулевых положений шкалы.

2. Снимите перемычку и подсоедините исследуемый кабель к изме рительному плечу.

3. Для определения длины кабеля, кратной четверть волне, требуется аккуратно укорачивать кабель до получения минимального сигнала, при разомкнутом конце.

4. Для определения длины исследуемого кабеля, кратной полуволне, кабель замыкают на конце во время каждого измерения.

Литература

1. CQ—magazine, august 1984.

2. JJ.Carr. Two—way radio and broadcast equipment, N.J. USA

R — D

Этот мост не градуируется, не требует графиков частотных поправок, фиксированного уровня ВЧ и калибровки. КСВ определяется подбором вместо измеряемой нагрузки одного из эталонов из магазина эталонов шагом 10% до того же или близкого к нему показания (в моем случае - до того же уровня на экране Х1-50). При такой методике отсчет не зависит от частоты и от фактического (а не измеренного самим КСВ метром) прямого уровня сигнала. Мост не предназначен для измерения КСВ выше 4. На УКВ это не требуется. Обязательна только полная электрическая и конструктивная симметрия моста. Мост имеет заземленные разьемы и для нагрузки и для эталона,что весьма удобно и обеспечивает симметрию на частотах до 3000 МГц. Частотный диапазон ограничен только свойствами резисторов. Выше 1500 МГц лучше использовать СМD резисторы. Мост симметричен, поэтому не имеет значения, какой разьем использовать для эталона, какой для исследуемой нагрузки. Разьемы моста должны быть комплиментарны разьемам используемых сменных эталонных нагрузок. Какие либо переходники неизвестного качества между мостом и эталоном или подстроечные крутики в мосту и эталонах недопустимы.

Мост питается от усилителя мощности прибора Х1-50 в обход АРА (автом.регулятора амплитуды). За счет этого амплитуда ВЧ увеличена с 0,1 до 0,2...0,3 вольта. В один (любой) из разьемов Р вставляется эталон, в другой - исследуемая нагрузка (разьем с кабелем от нее). Сигнал разбаланса моста через предв. усилитель постоянного тока на ОУ подан на вход УВО. На частотах ниже 600 мгц остаточный разбаланс моста по КСВ не более 1.1, выше-не более 1,15. Широкополосность моста достигнута за счет симметрии и расположения эталона и нагрузки в заземленных плечах.
Мост выполнен в латунном корпусе 25х25х60 мм. Разьемы типа СР 50 или СР 75 пропаяны всей поверхностью к корпусу. Резисторы моста R1 и R3 МЛТ 1 вт могут быть от 50 до 75 ом, но их надо подобрать одинаковыми до 1%. Диоды типа Д18 и емкости 560 пф также желательно подобрать парами. Резисторы R2 и R4 МЛТ 0,25 одного номинала от 68к до 300к.

ЭТАЛОННЫЕ НАГРУЗКИ ДЛЯ МОСТА

Для работы с мостом я использую сменные эталонные нагрузки от 25 до 1000 ом из кабельных разьемов СР 50 или СР 75 для кабеля 7 мм (старые советские разьемы), из которых изьяты пружинные шайбы, короны и детали обжима кабеля. На их месте стоят резисторы МЛТ 2 вт с точностью 1%. С одной стороны вывод резистора укорочен и впаян в центральный стержень разьема, другой вывод откушен, шляпка зачищена от краски и облужена. Задняя гайка разьема завернута до входа в нее шляпки резистора на 3 мм и спаяна с ней. Резисторы подбираются из двухваттных МЛТ равного или меньшего номинала и подгоняются алмазным надфилем с пом. ЖКИ тестера типа М-838 до нужного сопротивления. У такой нагрузки можно рассчитывать на КСВ не хуже 1.1 на 145 и 436 МГц и 1.2 на 1296 МГц.

По тому же принципу можно сделать индикаторы на другие диапазоны частот. Для этого периметр петлевого вибратора должен быть около 1 длины волны на средней частоте диапазона. Двухсторонний фольгированный стеклотекстолит работает как емкость для выпрямленного ВЧ сигнала. На диапазонах ниже по частоте ее надо увеличить с помощью 2х дополнительных сосредоточенных керамических малогабаритных емкостей в 50...200 пф.

НАГРУЗКИ 50 и 75 ом для настройки и контроля УМ УКВ

Необходимы и при настройке выходных каскадов трансивера на передачу и для быстрого контроля мощности. В заводских поглотителях мощности УКВ 10..100 вт обычно применяются большие трубчатые резисторы 50 и 75 ом из которых можно сделать нагрузки для УМ с рассеиваемой мощностью в два- три раза больше, чем в поглотителях. Поглотители мощности обычно выполнены в виде конуса, в основании которого ВЧ разьем, внешняя поверхность ребристая для рассеивания тепла, а внутренняя несколько криволинейна. Резистор расположен по оси конуса и ближний к разьему торец жестко соединен с центральным штырьком, а противоположный с вершиной конуса. За счет постепенного сужения конуса по мере удаления от горячего конца образуется коаксиал с уменьшающимся к холодному концу волновым сопротивлением в той же мере, что и остающееся до холодного конца сопротивление резистора, что обеспечивает режим бегущих волн, в том числе и на частотах, где длина резистора относительно длин волн достаточно велика, обычно до частот в единицы гигагерц.
На рисунке пример конструкции нагрузки из резистора 120х24 мм и разьема СР 50(75)-167 для толстых кабелей. Резисторы 75х14 мм хорошо стыкуются с разьемами типа СР 50-33.

Коническая часть должна переходить в цилиндричскую за 5...10 мм до металлизированого кольца на резисторе. Центральный штырек разьема соединен пайкой с конусом через стержень, диаметр которого должен быть для нагрузок 50 ом в 3.5 раза, а для нагрузок 75 ом- 6.5 раз меньше внутреннего диаметра хвостовой части разьема. Заливка полиэтиленом, кроме фиксации втулки разьема нужна и для обеспечения этих волновых сопротивлений. Даже при не очень аккуратном изготовлении нагрузки имеют КСВ менее 1.15 до 150 мгц, не более 1.25 на 200 мгц и не более 1.5 на 250 мгц и далее рост до КСВ 2...3. Если вместо конуса стоит просто толстый провод, то рост КСВ начинается с частоты 30...40 мгц. За счет лучшего, чем в поглотителе мощности, охлаждения нагрузки могут рассеивать мощность в 1.3...1.5 раза больше, а при интенсивном обдуве в 2 раза, предположительно и больше. Во время работы с нагрузкой не забывайте, что в отличие от поглотителей часть мощности излучается нагрузкой, как антенной и дальний от разьема"горячий"конец на ощупь будет действительно горяч от воздействия ВЧ. С помощью миниатюрной лампочки можно оценивать и сравнивать отдаваемую мощность. Ее наличие или отсутствие на КСВ нагрузки практически не влияет.
Если более жестко зафиксировать (изолятором) точку контакта лампочки, то можно методом сравнения яркости свечения с такой же лампочкой, на которую подается регулируемое напряжение, после калибровки с помощью измерителя мощности измерять мощность с точностью 10% при уровнях 20...100% от максимально рассеиваемого (ниже- нет свечения лампочки).

МАЛОМОЩНЫЕ НАГРУЗКИ

Нагрузки для контроля мощности в единицы Ватт можно сделать по типу эталонных нагрузок для моста, повысив рассеиваемую мощность в 1.5...2 раза, если торец в торец припаять второй резистор. Здесь вместо родной гайки поставить воронку из жести с отверстием под шляпку резистора. Юбку воронки припаять к корпусу разьема. Здесь нужны резисторы 24+24 Ом для нагрузки 50 Ом или 36+39 ом для нагрузки 75 Ом. КСВ немного больше.
Вместо воронки можно припаять две полоски медной фольги шириной 5...8 мм,а между местом спайки двух резисторов и корпусом разьема миниатюрную лампочку СМН 20 ма 6 в. Получится нагрузка для быстрого контроля мощности от 1 до 15 вт с КСВ не более 1,2 на 145 и 1,4 на 436. Нижний резистор здесь взять 27 или 39 ом,верхний 24 или 39 ом соответственно. При навыке можно определять мощность +- 20...40%. При свечении лампочки ее сопротивление гораздо больше резистора и не шунтирует его.
Нагрузки из разьемов меньшего диаметра лучше делать из одноваттных резисторов 24+24 ом или 24+24+24 ом соотв. В общем случае КСВ будет минимальным, если стремиться к конструкции в виде одного или спаянных шляпками резисторов и конического экрана над ними в виде конуса диаметром от 2.3 для 50 ом и 3.6 для 75 ом у горячего конца и сходящемуся до диаметра шляпки резистора у холодного конца, где 2,3 и 3,6-отношение диаметра конуса к диаметру проводящего слоя резистора.

Об источниках ВЧ для КСВ метров

КСВ, который регистрирует КСВ метр, это отношение Uмакс / Uмин. в линии или иначе, Uпад.+Uотраж. / Uпад.-Uотраж. Если мы зондируем нагрузку (антенну) сигналом с частотой, на которой она согласована с волновым сопротивлением линии, отраженные волны отсутствуют и КСВ = 1. Зондируя антенну сигналом с частотой далеко вне ее диапазона частот, мы получим почти полное отражение сигнала от нее. Уровень отраженного сигнала выражается в виде коэффициента отражения Ко или, чаще, в виде КСВ = 1+Ко / 1-Ко. Что и фиксирует наш КСВ метр на этой частоте. Если мы зондируем антенну одновременно двумя сигналами, один с рабочей частотой, другой с частотой вне диапазона частот антенны, первый будет поглощен нагрузкой (антенной), второй отразится от неё, что тоже зарегистрирует КСВ метр в виде КСВ антенны > 1, т. е с погрешностью на измеряемой частоте. Отсюда следует, что зондирующий сигнал должен быть синусоидальным, т. е. не содержащим гармоник вообще или с уровнем ниже, чем допустимая погрешность КСВ метра. Такой сигнал можно получить или от добротного LC генератора или путем преобразования в синусоиду прямоугольного сигнала (нечто обратное обработке аналогового звукового сигнала в цифровой).

В таблице справа показан уровень основной частоты и гармоник до пятой в сигнале прямоугольной формы. В лучшем случае, при соотношении 50 /50, он составляет лишь 0,637. Остальные частоты, интегрированные в уровень 0,363, будут почти полностью отражены антенной, в результате КСВ метр покажет 1+0,363 / 1-0,363 = 2,14 вместо 1.0. (Практически, из за неполного отражения и затухания в кабеле, немного меньше).
При выборе схем источников зондирующего ВЧ сигнала для КСВ метра или готовых изделий надо учитывать, что точность измерений при наличии гармоник в сигнале падает. А готовые изделия с необработанным, прямоугольным сигналом (есть и такие), годятся лишь для измерения КСВ частотонезависимых нагрузок типа резисторов (с чем гораздо успешнее справляется любой обычный тестер), которые одинаково хорошо поглощают все частоты. Истинное значение КСВ они покажут только на таких нагрузках. Всё сказанное относится к КСВ метрам любого типа, мостовым, на направленных ответвителях, на токовых трансформаторах.
Есть и обратный способ, шумоподобный сигнал подается и на зондирование и на селективный приемник, но прямой сигнал сбалансирован мостом в ноль и приемник реагирует только на отраженный и отфильтрованный им (например см. журнал "Радио" 1978 г. № 6 стр. 19). Но и здесь та же фильтрация сигнала, но после зогдирования, селективным приемником.