УКВ волномер
В. Ломанович (UA3DH)
Волномер предназначен для измерения радиоволн длиной от 3 до 23 см (1,3...10 ГГц). В этих пределах находится два любительских диапазона: 1470—1520 и 5650—5950 Мгц. В целях большей универсальности и расширения области применения прибора, он снабжен двухкаскадным усилителем низкой частоты, собранном на двух германиевых триодах ПП1 и ПП2. Наличие усилителя позволяет использовать волномер в качестве простейшего приемника прямого усиления.
Построив такой волномер, радиолюбитель делает первый шаг в освоении двух последних любительских УКВ диапазонов. С помощью этого волномера можно произвести почти полную наладку радиостанций, то есть произвести подгонку диапазонов, проверку качества модуляции, настройку и согласование антенно-фидерных систем и т.д.
Применение в описываемом волномере коаксиальной измерительной линии, вместо обычной двухпроводной, резко снижает потери на излучение. Эти потери, резко возрастающие с увеличением рабочей частоты, приводят к тому, что резонансная кривая становится менее острой и следовательно увеличивается погрешность измерения.
Измерительная линия (в разрезе) вместе с электрической схемой прибора изображена на рис. 1. На шасси 1с помощью угольника 11 укреплен металлический цилиндр 2. Внутри цилиндра, точно по его оси, расположен проводник 3, один из концов которого, снабженный резьбой, закреплен с помощью гайки 18 в металлическом диске 19, замыкающем накоротко цилиндр 2 и проводник 3. Пружинящий поршень 4 перемещается с помощью кремальеры 5, приводимой в движение шестерней 6 и замыкает накоротко второй конец линии. Длина линии соответственно будет меняться в зависимости от положения поршня 4, который может двигаться от упорной втулки 7 до шестерни 6. Деталировка узлов линии помещена на рис. 2.
Рис. 1. Волномер с усилителем НЧ: 1 — шасси; 2 — металлический цилиндр; 3 — внутренний проводник линии;
4 — поршень; 5 — кремальера; 6 — шестерня; 7 — ограничитель хода поршня; 8 — петля связи; 9— патрубок
для присоединения кабеля; 10 — коаксиальный кабель; 11 — угольник для крепления линии; 12 — петля связи;
13 — гнездо для включения диода; 14 — изоляционная втулка; 15 — диод; 16 — экран;17 — изолятор;18 — гайки.Сигнал, частоту которого нужно измерить, подводится к прибору с помощью отрезка коаксиального кабеля 10. Причем для связи используется изогнутая в виде небольшой петли оголенная внутренняя жила этого кабеля 8, припаянная к цилиндру 2. Внешняя оплетка кабеля припаивается к трубке 9. Для удобства подключения волномера к различным источникам ВЧ колебаний, конец коаксиального кабеля снабжен стандартным высокочастотным разъемом.
Рис. 2 Деталировка коаксиальной измерительной линии.Вторая петля связи 12 соединена с кремниевым детектором 15 типа ДКВ-1. Детектор помещен в экран 16 для защиты от непосредственного воздействия электромагнитного поля на цепи индикатора.
Переключатель П1 служит для подачи выпрямленного детектором напряжения непосредственно на гнезда, предназначенные для подключения микроамперметра, или иа вход усилителя НЧ. Подача питания на усилитель производится при включении головных телефонов, благодаря наличию автоматического гнезда.
В качестве шкалы используется вторая гладкая сторона кремальеры 5, на которой нанесены значения длины волн ( в миллиметрах). Для более точного определения длины волны используется дополнительно вторая шкала (нониус) — диск, укрепленный на рукоятке верньерного устройства, приводящего в движение шестерню 6. В данной конструкции на этом диске сделано 14 делений.
Цена одного деления соответствует изменению длины волны на 1 мм.В диапазоне 1470—1520 Мгц отсчет производится по первому от начала линии резонансу. При измерениях на частотах 5650—5950 Мгц и выше, для большей точности, можно определить длину волны, как удвоенное расстояние между двумя положениями поршня, при которых наблюдается резонанс.
Волномер монтируется на шасси размером 185х50х30 мм из листового дюралюминия толщиной 2 мм. Внешний проводник линии — металлический цилиндр 2 изготавливается из отрезка медной или латунной трубки. Внутренняя поверхность цилиндра должна быть тщательно очищена (можно протравить ее кислотой) и отполирована. Полировку удобнее всего произвести с помощью электродрели. В патроне дрели закрепляется маленькая матерчатая круглая щетка, диаметр которой равен диаметру цилиндра. На щетку наносится полировальная наста «Г'ОИ». Если поверхность цилиндра после травления будет неровной, полезно перед полировкой предварительно ее прошлифовать тонким наждачным порошком, нанесенным на круглую щетку. Рабочие поверхности всех остальных деталей линии должны быть также тщательно обработаны. После полировки все детали можно посеребрить.
Диаметр цилиндра желательно брать возможно большим, так как при этом повышается добротность линии. Однако при значительном увеличении диаметра цилиндра труднее конструктивно осуществить хороший контакт закорачивающего подвижного поршня с поверхностью цилиндра 2. При изменении диаметра внешнего проводника линии, диаметр ее внутреннего проводника должен быть также пропорционально изменен. Это необходимо для того, чтобы волновое сопротивление линии оставалось бы равным волновому сопротивлению того коаксиального кабеля, который используется для подключения ее к источнику исследуемых колебаний.
Чтобы настройка была более плавной, шестерню 6, сцепляемую с кремальерой 5, целесообразно брать с большим модулем. Верньерное устройство следует подобрать с таким расчетом, чтобы при повороте его рукоятки на один полный оборот получить перемещение кремальеры 5 на целое число мм (лучше всего на 5 мм). В случае затруднения с изготовлением кремальеры, можно применить для перемещения поршня обычную винтовую передачу.
При сборке поршня 4 в проточки, сделанные на его внешней и внутренней поверхностях, вставляются пружинящие разрезные кольца, изготовленные из полосок фосфористой бронзы. Кольца после полировки также желательно посеребрить. Втулка 7, ограничивающая ход поршня, изготавливается из изоляционного материала (полистирол, оргстекло). Петли 8 и 12, служащие для связи с источником исследуемых колебаний и диодом 15, выполняются из провода диаметром 0,6—0,8 мм. Диаметр петли равен 4 мм. Концы петель припаиваются к цилиндру 2, для чего в нем сверлятся вспомогательные отверстия.
Пайку следует проводить осторожно, так, чтобы олово не попало на внутренние стенки цилиндра и все остатки олова после пайки нужно тщательно удалить. Второй конец петли 12 аккуратно припаивается к укрепленному на изоляционной втулке 14 гнезду 15, служащему для подключения диода. Вместо диода типа ДКВ-1 с равным успехом могут быть использованы также кремниевые диоды типа ДКС и высокочастотные германиевые диоды. Сам диод скрепляется винтом с изоляционной шайбой 17 и помещается в защитный экран 16, припаянный к цилиндру.
Закорачивающий диск 19 должен плотно и даже с некоторым усилием входить в цилиндр. На диске закрепляются, имеющие винтовую нарезку, копны внутреннего проводника линии и патрубок 9. После сборки линии для большей надежности следует пропаять место соединения диска 19 с цилиндром 2. Один конец линии укрепляется на шасси угольником 11, второй закреплен с помощью вырезанной и отогнутой от него лапки.
Усилитель НЧ монтируется на пластинке из оргстекла размером 45х40 мм и толщиной 2 мм. Усилитель двухкаскадный, собран по схеме с заземленным эмиттером на плоскостных германиевых триодах типа П-14. Возможно и применение других типов триодов.
Для отдельных экземпляров триодов оптимальная величина сопротивлений R4 и R6 может значительно отличаться от данных, приведенных на схеме.
В простейшем случае градуировка волномера может быть сделана путем нанесения на рейку кремальеры шкалы, показывающей положение поршня от начала линии.
В любительской практике при градуировке можно пренебречь некоторой неточностью, получающейся за счет влияния петель связи и формы поршня. Если же есть необходимость в измерениях большой точности, следует внести поправку путем замера частоты контрольного источника высокочастотных колебаний. Для повышения точности отсчета можно также увеличить вдвое длину линии и определение длины волны исследуемого источника производить по второму резонансу.
На рис. 3 изображена небольшая диско-конусная антенна, подключаемая к волномеру для связи с источником высокочастотных колебаний.
Антенна изготавливается из листовой латуни толщиной 0,5—0,3 мм. В верхний диск 1 заштамповывается гайка 2. В конус 3 впаяна латунная трубка 5 диаметром 5 мм. Сквозь трубку проходит стержень диаметром 2 мм, имеющий нарезку на одном конце. Второй конец стержня припаян к высокочастотному разъему, скрепленному с трубкой. Внутри трубки помещается проходной изолятор 4 из полистирола. Диск 1 закрепляется на конце стержня на расстоянии 2 мм от конуса. Внешний вид монтажа УКВ волномера изображен на рис. 4.
Рис. 3. Дискоконусная антенна: 1 — верхний диск (латунь); 2 — гайка М-2 (латунь); 3 — конус (латунь);
4 — проходной изолятор (полистирол); 5 — латунная трубка; 6 — высокочастотный разъем.С помощью волномера, снабженного такой антенной, очень удобно производить снятие диаграмм направленности антенных систем и осуществлять контроль за работой передатчиков.
Рис. 4. Внешний вид монтажа.Очень удобно пользоваться волномером при настройке антенных систем дециметрового и сантиметрового диапазонов. Настраиваемая антенна подключается к волномеру и устанавливается на небольшом расстоянии, равном 2—3 длинам волн от антенны работающего передатчика. После чего, по максимальным показаниям микроамперметра волномера, производится подбор оптимальных размеров элементов антенны, расстояний между ними и т. д.
Таким же образом производится и согласование антенны с фидерной системой. В случае необходимости настройки и согласования антенно-фидерной системы, волновое сопротивление которых отличается от входного сопротивления волномера, связь с ними следует осуществлять через согласующую RC-цепочку. Остается напомнить, что при антенных измерениях и налаживании передатчиков следует сохранять неизменным положения окружающих предметов.
От редакции: За разработку комплекта УКВ аппаратуры, в который входил описанный волномер, жюри 15-й Всесоюзной выставки присудило автору первый приз. В ближайших номерах нашего журнала будет опубликовано описание УКВ радиостанции на 1500 Мгц с рупорной антенной, входящей в указанный комплект.
Журнал "Paдиo" №11, 1958 г.
[ На главную ] [ Измерения ]
