Практическое применение измерителей КСВ для настройки антенн

Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург

Почти каждый пользователь радиостанции или трансивера сталкивается с необходимостью оптимального согласования антенно-фидерного устройства и передатчика. Эта проблема актуальна как для тех, кто пользуется «стационарными» радиостанциями (в том числе для радиообмена в гражданском диапазоне 27 МГц), так и для тех, кто использует автомобильные AM и ЧМ трансиверы. Для увеличения зоны действия портативной (носимой) радиостанции подключают соответствующую внешнюю антенну. Решение этой проблемы важно для тех, кто уже имеет или собирается приобрести и зарегистрировать радиостанцию, ведет активный и эффективный (на дальние расстояния) радиообмен. Для этого и необходим КСВ-метр.

КСВ-метр - это измеритель коэффициента стоячей волны. Автор в своей лаборатории имеет два промышленных измерителей КСВ -SWR-430 Optim (вариант SWR-121) и SX-40 (вариант SX-40). Об общих принципах настройки антенного хозяйства с помощью КСВ-метров хорошо описано в [1].

КСВ-метр SWR-430

КСВ-метр SWR-430, внешний вид которого показан на фото 1 внизу, измеряет КСВ в линиях питания (фидерных линиях) антенного хозяйства гражданского диапазона 27 МГц (диапазон частот измерений 24...30 МГц) и является необходимым устройством для качественной настройки антенн.

Это, в свою очередь, обеспечивает качественную работу приемо-передающих устройств. Поскольку любая антенна настраивается «под передатчик», именно от резонанса антенного хозяйства и передающего тракта конкретной радиостанции зависит эффективность и дальность работы конкретного радиокорреспондента.

Прибор SWR-430 помимо КСВ может измерять выходную мощность передатчика радиостанции. Шкала стрелочного индикатора (фото 1 внизу) в устройстве только одна, функции измерения КСВ и мощности передатчика переключаются на передней панели полозковым переключателем.

Погрешность устройства не более 5%, импеданс 50 Ом. Устройство годится для измерения проходной мощности до 100 Вт, что вполне удовлетворяет запросам радиолюбителей, поскольку большинство современных трансиверов имеют

максимальную мощность до 100 Вт, кроме того, в России по требованиям Роскомнадзора работать с мощностью выше этого значения могут только специалисты.

Диапазон градуировки стрелочного индикатора 1...1:3. Это прибор небольшой точности измерения, однако с его помощью можно настроить антенну простым способом, что, безусловно, лучше, чем полное отсутствие приборов настройки антенного хозяйства.

Замечу, что аналогичные по характеристикам устройства SWR-420 Optim и SWR-121 могут изменять только КСВ без возможности измерения мощности.

Измерители КСВ и мощности SX-20 и SX-40

Измеритель КСВ и мощности SX-40 (см. фото 1 вверху) представляет собой устройство с двумя функциями: позволяет измерить мощность и КСВ в диапазоне 140...525 МГц.

На передней панели прибора установлен переключатель максимальной измеряемой мощности 15/150 Вт. Причем минимальная измеряемая мощность всего 1 Вт, что позволяет настраивать антенное хозяйство портативных радиостанций в режиме «LOW», не опасаясь выхода из строя выходного каскада при любом из возможных значений входного сопротивления антенны.

КСВ-метр модели SX-20 предназначен для измерения мощности и КСВ в диапазоне 1,8.. 200 МГц. Он имеет переключатель максимальной измеряемой мощности 30/300 Вт.

У обоих устройств волновое сопротивление (импеданс) 50 Ом (для подключения к кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом), подключаемый с помощью разъема UHF. Минимальная мощность радиостанции 2 Вт.

Самодельный КСВ-метр

Те радиолюбители, кто редко ремонтирует и настраивает радиостанции, пользуются для настройки и согласования трансиверов и АФУ услугами «выездных специалистов», что сегодня обходится весьма дорого, как и любые работы в сфере обслуживания и ремонта. Хотя специалисты для настройки и согласования пользуются все теми же измерителями КСВ. Так не проще ли собрать его самому? Для тех, кто готов сам собрать измеритель КСВ и научиться пользоваться им, предлагаю следующие рекомендации.

Для согласования выхода передатчика с фидером используется специальное согласующее устройство, а антенна согласуется с кабелем, как правило, изменением длины антенны.

Принципиальная электрическая схема самодельного измерителя КСВ с согласующим устройством показана на рис.1.

Согласующее устройство состоит из двух конденсаторов переменной емкости С1 и С2 с воздушным диэлектриком (например, КПЕ-4...50, 1КЛМВ-1) и бескаркасной катушки индуктивности L1. Она содержит 8 витков медного провода без изоляции диаметром 2,2 мм с диаметром намотки 25 мм и длиной 22 мм. Индуктивность такой катушки составит 1,2 мкГн. Настройка согласования производится конденсаторами С1 и С2. Показания считывают по шкале миллиамперметра ИП. КСВ-метр при настройке устанавливается между согласующим устройством и фидерной линией.

Измеритель КСВ показывает, насколько близко к режиму бегущей волны (отсутствие отраженного сигнала от нагрузки) находится система «радиостанция-фидер-антенна».

Согласующее устройство измерителя подключают к гнезду антенны передатчика с помощью отрезка кабеля (длиной не более 1 м) с волновым сопротивлением 50 Ом, например, РК-50 или аналогичного.

Измерительная часть КСВ-метра конструктивно выполнена из отрезка того же кабеля длиной 160 мм с удаленной внешней изоляцией. Этот отрезок кабеля после всех подготовительных работ загибают подковой. Экран провода соединяют с «общим проводом» передатчика. Конструкция и внешний вид окончательно оформленного отрезка кабеля показан на рис.2.

Внутреннюю жилу кабеля (2) подсоединяют соответственно одним концом к согласующему устройству (конденсатор С2), а другим - к фидеру антенны. Внутри экранирующего провода КСВ-метра (отрезка кабеля длиной 160 мм с удаленной изоляцией - 1) аккуратно с помощью иголки прокладывают гибкий изолированный провод типа МГТФ-0,8 (3) и от его середины выводят отвод для подключения резистора R1. Концы внутреннего провода МГТФ-0,8 (может быть применен любой аналогичный провод МГТФ-1, МГТФ-2) припаивают к германиевым диодам VD1, VD2.

О деталях

Резистор R1 мощностью 2 Вт с сопротивлением в пределах 30... 150 Ом. Переменный резистор R2 типа СПО-1. В качестве диодов VD1, VD2 используются «старые» германиевые диоды из серий Д2, Д9, Д220, Д311 с любым буквенным индексом.

Измерительный прибор любой градуированный, стоком полного отклонения 1 мА. Переключатель SB1 типа тумблер, например MTS-1. Корпус для устройства измерителя КСВ может быть выбран любым подходящим, экранированным.

Внешний вид готового устройства может быть таким (например, как в авторском варианте), как показано на фото 2.

Перед включением радиостанции и согласующего устройства проводят необходимые подготовительные работы: подключают антенно-фидерное устройство, устанавливают переключатель SB1 в положение «ПР» (в левое по схеме положение), а движок переменного резистора R2 устанавливают в среднее положение.

После подачи питания на радиостанцию и включения ее в режим «передача», перемещением движка переменного резистора R2 добиваются максимального отклонения стрелки миллиамперметра вправо, к примеру, до цифры «10» (если эта цифра является максимальной градуированной величиной на шкале). После этого переводят переключатель SB1 в положение «ОБР» и фиксируют новое показание по шкале прибора (заметно меньше предыдущего), что соответствует значению обратной волны.

По формуле КСВ=(Ппр +Побр )/(Ппр -Побр)) находят значение КСВ, где Ппр -показание прибора в режиме фиксации прямой волны (переключатель SB1 в левом по схеме положении).

Побр - показание прибора при обратной волне.

Например, Ппр =10, Побр=2, тогда КСВ =(10+2)/( 10-2)= 12/8=1,5.

Потери на отражение волны в цепи «передатчик-фидер-антенна» зависят от величины КСВ и приведены в таблице.

Для оптимального согласования желательно иметь КСВ в пределах 1,1...1,5, в этом случае потери на отражение волны составят 5...12%, что вполне допустимо.

Перед началом настройки антенны желательно убедиться в правильности показаний имеющегося КСВ-метра и иметь «контрольную» антенну, которой может быть штатная антенна от переносной радиостанции или даже самодельный четвертьволновый (1/4) «штырь».

В своих запасах хорошо иметь два КСВ-метра, рассчитанных для работы с фидерами, имеющими волновое сопротивление и 50 и 75 Ом, и, конечно, несколько «образцов» используемых кабелей.

Сравнительные измерения (сравнительная эффективность) сводятся к определению уровня напряженности поля создаваемого настраиваемой антенной относительно контрольной.

Еще более точную оценку эффективности работы антенны можно получить, используя стандартный калиброванный измеритель напряженности поля, и тогда снять диаграмму направленности антенны, но такие возможности имеются не у всех радиолюбителей.

Согласование антенного хозяйства с помощью рассмотренного самодельного прибора сводится к тому, что при условии постоянной длины штыря антенны, изменением емкости конденсаторов С1 и С2 согласующего устройства, а также изменением емкости подстроечного конденсатора в основании антенны добиваются необходимых значений КСВ.

Если штырь антенны, а в некоторых моделях и его «противовес», конструктивно имеют возможность регулировки длины, то это является дополнительной возможностью настройки всей системы согласования.

Таким простым методом можно воспользоваться для настройки радиолюбительских УКВ-трансиверов и даже автомобильных радиостанций, работающих в гражданском диапазоне частот, с выходной мощностью 0,5... 15 Вт и укомплектованных простыми конструкциями антенн.

Ссылки

1. Статья «Настройка КСВ с помощью SWR-meter» на сайте «Гражданская радиосвязь». Режим доступа: http://infocb.ucoz.ru/index/swr_instrukciia/0-14.

PA 11-12 '2014