Метод "холодной" настройки антенны. Шумовой мост для настройки антенны Определение коэффициента укорочения высокочастотной линии передачи

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.

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

Рис.1

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.

Рис.2

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".

Рис.3

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.

…..Проблема измерения КСВ на диапазонах 1296мГц и выше для многих до сих пор остается актуальной. Это, в частности, объясняется дороговизной или малым ассортиментом готовых устройств, предназначенных для этого и трудностью их изготовления в домашних условиях.

Мост №1

С этим же несколько лет назад столкнулся и я, настраивая антенну YAGI-DL6WU-mod на 23см. Изготовив несколько различных конструкций КСВ-метров (с петлями связи, мостовые …) на этот диапазон, я убеждался, что все они более или менее «врут». Это в основном проявлялось в искажении показаний при низких КСВ. Так, при подключении к такому измерителю вместо антенны образцовой нагрузки с промаркированным КСВ=1.05, - они редко «показывали» КСВ меньше 1,3...1,5.

Зато с антенной легко можно было добиться значений КСВ=1.0, что было ошибкой, ибо означало, что импеданс антенны, в данном случае, просто «удобен» для балансировки схемы... Из всех, опробованных мной устройств, более-менее хорошо заработала конструкция И.Нечаева, опубликованная в ж. «РАДИО»-12/2003г. - «Мостовой измеритель КСВ», и то, -только после того, как была удалена нижняя фольга платы, и добавлена небольшая конструктивная емкость в одно из плеч моста.

До этого я уже заметил, что самодельные КСВ-метры, собранные по схеме ВЧ-моста, лучше чем другие справляются со своими обязанностями на СВЧ-диапазонах. Применение SMD-компонентов и печатного монтажа для их изготовления, казалось-бы — идеальное решение, но индуктивности и ёмкости печатных дорожек, точнее — их малейшее отличие в плечах моста, на СВЧ приводит к разбалансу и требует мер по их компенсации, что усложняет изготовление и настройку таких мостов в домашних условиях.

Исходя из этого впоследствии и был изготовлен мой первый «правильный» СВЧ-мост на диапазон 23см, все детали которого «висят» в воздухе и закреплены на выводах трех «N»-разъемов, которые, в свою очередь, просто спаяны между собой торцами. Четвертой «стенкой» служит кусочек жести (0,5мм), с установленными на ней проходным конденсатором и припаянной к торцам разъемов. Конструкция, таким образом, не требует изготовления корпуса (см.рис.1), очень проста, а вся сборка может занять 2...3 часа. Малые размеры измерителя позволяют подключать его через короткий (и качественный!) ВЧ-переходник непосредственно к антенне и проверять КСВ непосредственно на её зажимах, не внося заметных влияний.

Принцип измерения КСВ прост: Подаем на мост такую мощность, чтобы на его входе она была в пределах 0,3....3Вт, при отключенной Zx. Ручкой «Чувствительность»(Бл.Изм.) устанавливаем стрелку на последние деление (100мкА). Затем подключаем исследуемую нагрузку (Zx) и считываем показания КСВ.
P.S. Здесь дотошный (и грамотный) читатель скажет: «Э-э-э, вот тут ты врешь!» И будет прав! Действительно, когда Zx отключена, источник сигнала (трансивер) «видит» входное сопротивление моста около 100ом, а когда Zx подключена — около 50ом. Это изменяет уровень ВЧ-напряжения на входе моста и результаты измерения искажаются.

Однако, на практике это почти не заметно, так как во-первых, мы соединяем трансивер со входом моста через кабель, имеющий затухание, и выполняющий, соответственно, роль аттенюатора «улучшающего» КСВ. Так, трансиверы на 1296МГц обычно имеют Рвых. около 10Вт, и, если соединить его с мостом через кабель типа RG-58 (или РК-50-2-11) длинной около 10м, то потери будут около 10дб и на мост придет около 1Вт. КСВ с таким кабелем в точке подключения к трансиверу будет близок к 1.0 независимо от того, подключена Zx или отключена.

Кроме того тонкий кабель (диам. 4...5мм) удобен при измерении КСВ на «зажимах антенны», т.к. не оказывает серьезной механической нагрузки на антенну. Но, как показала проверка с образцовыми нагрузками (с КСВ: 1.05/1.4/2.0), - более короткие кабели тоже не приводят к большим ошибкам в результатах измерений.

Таблица №1

Практические результаты измерений с мостом №1 и калиброванными нагрузками на диапазоне 1296МГц при разной входной мощности

P(мощность)
КСВ(эталонные)
Показания КСВ с мостом №1

Например, таблица 1 составлена при подключении моста к трансиверу «TS-790S» через отрезок кабеля с затуханием около 6дб.

Мой TS-790S на диапазоне 1296МГц имеет минимальную мощность 1,2Вт,а максимальную -около 12Вт, поэтому подключение его к мосту через кабель с таким затуханием обеспечивает весь диапазон мощностей, который с удовольствием «кушает» мост. Подавать на мост мощность менее 0,3Вт нежелательно, так как может привести к занижению показаний («улучшению» реального КСВ), а выше 3Вт - чревато перегревом и выходом из строя резисторов R1…R4.

О деталях:
N-разъёмы - импортные, под печатный монтаж с фланцами 17,5 х 17,5мм. Торцы фланцев зачищены напильником до меди. Центральные проводники обкушены и торчат на длину 2…3мм (фторопласт обрезан под основание и удалён);

R1…R4 - ОМЛТ-0,25Вт-100Ом. Выводы укорочены до 2…3мм;
C1, C2 - керамические, NPO, выводы укорочены до длин, необходимых на соединений;
D1 - BAT-62-03W. Шотки (0,4pF/40v/0.43v). Куплен в «RFmicrowave.it» (0,3Евро/шт.);
Zo -образцовая нагрузка 50Ом с N-разъёмом (DC-6GHz, 2W). Куплена в «RFmicrowave.it» (COD:«TC-N-04»; 9,8Евро/шт.)

Рис. 2. Схема ВЧ-моста для диапазона 1296МГц.

Добавление по мосту диапазона 1296МГц.
Для начинающих, - калибровка стрелочного прибора.
Аккуратно вскрываем прибор, чтобы был доступ к шкале (или составляем такую шкалу в виде таблицы). Маркируем шкалу значениями КСВ в соответствии с формулой:

КСВ=(A+B)/(A-B),
где
А - показания всей шкалы (когда Zx отключена),например:100мка.
B - показания КСВ (когда Zx подключена).

Итак, при шкале прибора 100мкА получится:

КСВ=1,0 → 0мкА;
КСВ=1,2 → 9,1мкА;
КСВ=1,5 → 20мкА;
КСВ=2,0 → 33,3мкА;
КСВ=2,5 → 42,9мкА;
КСВ=3,0 → 50мкА;
КСВ=5,0 → 66,7мкА.

Смело наносим эти значения на шкалу прибора. Желательно в измерительный блок установить прибор с большой шкалой - это облегчает считывание показаний при настройке антенны,- на улице, например.

P.S. Думаю что описанный мост работоспособен и на других ВЧ-диапазонах, но такие проверки я не проводил, т.к. измерителей на метровый и дециметровый диапазоны достаточно. Буду рад любой информации.

Мост №2

Мост№2 «вырос» из первого. «...А не рискнуть ли мне изготовить подобный мост для диапазонов 5,7 и 10ГГц??» - как-то подумалось мне. Результат на рис.4 и приведенной схеме (Рис.№3).

Утверждать, что данный измеритель такой же правильный как и предыдущий я не могу, так как, во-первых - у меня нет в наличии калиброванных SMA-нагрузок на эти частоты, а во-вторых - данная конструкция слишком «смела», чтобы претендовать на это, и создана скорее как эксперимент. Но то, что с накрученной в качестве Zx - SMA-нагрузкой, (-такой же, как применена в качестве Zo), стрелка измерителя устанавливается на значения КСВ не более 1,1 — это факт!

К тому-же, с помощью данного моста проверялись и настраивались зонды моих самодельных облучателей с контррефлекторами на обоих диапазонах. Динамика изменения КСВ четко видна, а не это-ли часто главное условие?.. Буду рад дополнительным сведениям и результатам экспериментов.

О деталях: С1,С2,С3 — 1пФ, «0806», NPO
R1...R4 — 100 Ом, «1206», 0.25Вт
D1 — BAT15-03W (0,3pF/4v/0,23v), здесь, наверное, можно было бы применить и BAT62-03W, но я решил поставить более высокочастотный.
Zo — нагрузка 50Ом, SMA (DC-18Ghz), 1W — куплена в «Rfmicrowave.it» (COD:«TC-SMA-11») 12,5Евро/шт.

Рис. 3. Схема ВЧ-моста для диапазонов 5.7 и 10ГГц

Для мостов №1 и №2 используется один Блок Измерения, поэтому замена мостов производиться с помощью разъемных соединителей (DB-9).

Как видно из фото (рис.№4), SMA-разъемы спаяны не торцами, а несколько ближе, - для обеспечения минимальных расстояний, необходимых для установки элементов. Поэтому аккуратность пайки здесь должна быть выше.

Придирчивый читатель скажет, что монтировать "таким образом" SMD-компоненты нельзя,- разрушаться при деформации! … Знаю, что нельзя..-но уж очень хочется!... По крайней мере,- раз 100!! уже перекручивал разъемы,- пока ничего не отвалилось!

Но соблюдать осторожность здесь, конечно, нужно, особенно — в недопущении боковых нагрузок на SMA-разъемы. R5 и R6 установлены с меньшими номиналами, чем в мосте №1. Это сделано для уменьшения нижней границы мощности при измерениях, потому что СВЧ-трансвертеры DB6NT обычно имеют около 200мВт на выходе, плюс -потери в соединительном кабеле.

С1-уменьшает входной КСВ измерителя.
R5 и R6-соединены со схемой кусочками тонкого медного провода (- жилки от МГТФ).

Рис. 5. Общий вид блока измерения.

Большое спасибо Сергею, RA3WND, за помощь в оформлении данной статьи, а Дмитрию, RA3AQ
- за прекрасный сайт!!! Желаю успехов и 73! Николай UA3DJG .

Шумовой мост используется для измерения и тестирования параметров антенн, линий связи, определения характеристик резонансных цепей и электрической длины фидера. Шумовой мост, как следует из его названия, является устройством мостового типа. Источник шума генерирует шум в диапазоне от 1 до 30 МГц. С применением высокочастотных элементов этот диапазон расширяется, и при необходимости можно настраивать антенны диапазона 145 МГц.

Шумовой мост работает совместно с радиоприемником, который используется для детектирования сигнала. Подойдет также любой трансивер.

Принципиальная схема прибора приведена выше. Источником шума является стабилитрон VD2. Здесь следует отметить, что некоторые экземпляры стабилитронов недостаточно «шумят», и следует выбрать наиболее подходящий. Генерируемый стабилитроном шумовой сигнал усиливается широкополосным усилителем на транзисторах VT2, VT3. Число усилительных каскадов может быть уменьшено, если используемый приемник имеет достаточную чувствительность. Далее сигнал подается на трансформатор Т1. Он намотан на тороидальном ферритовом кольце 600 НН диаметром 16…20 мм одновременно тремя скрученными проводами ПЭЛШО диаметром 0,3…0,5 мм с намотанными 6 витками.

Регулируемое плечо моста составляют переменные резистор R14 и конденсатор С12. Измеряемое плечо - конденсаторы С10, С11 и подключаемая антенна с неизвестным импедансом. В измерительную диагональ подключается приемник в качестве индикатора. Когда мост разбалансирован, в приемнике слышен мощный равномерный шум. По мере настройки моста шум становится все тише и тише. «Мертвая тишина» свидетельствует о точной балансировке.

Следует отметить, что измерение происходит на частоте настройки приемника.

Размещение деталей:

Прибор конструктивно выполнен в корпусе размером 110x100x35 мм. На передней панели располагаются переменные резисторы R2 и R14, переменные конденсаторы С11 и С12 и выключатель напряжения питания.
Сбоку размещены разъемы для подключения радиоприемника и антенны. Питание прибора осуществляется от внутренней батареи или аккумулятора. Ток потребления - не более 40 мА.

Переменные резистор R14 и конденсатор С12 необходимо снабдить шкалами.

Настройка, балансировка и калибровка

Подключаем радиоприемник с отключенной системой АРУ к соответствующему разъему. Конденсатор С12 устанавливаем в среднее положение. Вращая резистор R2, следует убедиться, что генерируемый шум присутствует на входе приемника на всех диапазонах. К разъему «Антенна» подключаем безындукционные резисторы типа МЛТ или ОМЛТ, предварительно измерив их номиналы цифровым авометром. При подключении сопротивлений добиваемся вращением R14 резкого уменьшения уровня шума в приемнике.

Подбором конденсатора С12 минимизируем уровень шума и делаем отметки на шкале R14 в соответствии с подключенным образцовым резистором. Таким образом производим калибровку прибора вплоть до отметки 330 Ом.

Калибровка шкалы С12 несколько сложнее. Для этого поочередно подключаем к разъему «Антенна» параллельно соединенные резистор 100 Ом и емкость (индуктивность) величиной 20.. 70 пФ (0,2…1,2 мкГн). Добиваемся баланса моста установкой R14 на отметке 100 Ом шкалы и минимизацией уровня шума вращением С12 в обе стороны от положения «0». При наличии RC-цепочки ставим знак «-» на шкале, а при наличии RL-цепочки - знак «+». Вместо индуктивности можно присоединить конденсатор 100 .7000 пф, но последовательно с резистором 100 Ом.

Измерение импеданса антенны

R14 устанавливаем в положение, соответствующие импедансу кабеля - это для большинства случаев 50 или 75 Ом. Конденсатор С12 устанавливаем в среднее положение. Приемник настраиваем на ожидаемую резонансную частоту антенны. Включаем мост, выставляем некоторый уровень шумового сигнала. С помощью R14 настраиваемся на минимальный уровень шума, и с помощью С12 дополнительно понижаем шум. Эти операции проводим несколько раз, так как регуляторы влияют друг на друга. Настроенная в резонанс антенна должна иметь нулевое реактивное сопротивление, а активное сопротивление должно соответствовать волновому сопротивлению применяемого кабеля. В реальных антеннах сопротивления, как активное, так и реактивное, могут существенно отличаться от расчетных.

Определение резонансной частоты

Приемник настраивается на ожидаемую резонансную частоту. Переменный резистор R14 устанавливается на сопротивление 75 или 50 Ом.
Конденсатор С12 устанавливается в нулевое положение, а контрольный приемник перестраивается по частоте до получения минимального шумового сигнала.

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