Одна из самых неизменных вещей в любительском радио - индикатор КСВ-метра. Переключатель, потенциометр и стрелочный прибор - хорошая конструкция проверенная многими десятилетиями. Присмотримся повнимательнее - нельзя ли сделать лучше и проще?

Индикатор КСВ-метра

При всем разнообразии конструкций КСВ-метров, структура у них одинакова: имеются датчики прямой и отраженной волн (на направленных ответвителях, на трансформаторах тока или мостовые - у кого как) с детекторами на выходе. А уж полученные с детекторов постоянные напряжения Uпад и Uотр подаются на индикаторное устройство.

Это гордое имя в простейшем (и самом распространенном) случае носит переключатель Uпад/Uотр и стрелочный прибор-вольтметр с регулятором чувствительности, как показано на следующем рисунке (VD1 VD2 и С1 С2 - это просто выходные детекторы Uпад и Uотр, показаны на рисунке, лишь для пояснения).

Как пользоваться таким КСВ-метров знают все. Три нехитрых операции надо сделать:

1. Поставить S1 в положение "Uпад".

2. Потенциометром R1 установить стрелку на последнее деление шкалы прибора Р1.

3. Переключить S1 в положение "Uотр", и по шкале S1 считать значение КСВ.

Градируется P1 на основе известной формулы:

КСВ= (Uпад+Uотр)/(Uпад-Uотр), (1)

которая при Uпад=1 приобретает вид:

КСВ= (1+Uотр)/(1- Uотр). (2)

Но пользование таким индикатором не очень удобно. Сомневаетесь? Попробуйте снять зависимость КСВ от частоты антенны (да еще на передатчике, который снижает мощность за пределами любительских диапазонов). С десяток точек надо на один график. А если учесть, что при настройке антенны такие графики надо снимать не один раз, то выходит несколько десятков точек измерения. Да в каждой по три операции. Однако... Переключателем щелкать замучаешься.

Другим недостатком приведенной выше схемы является то, что требуется стрелочный измерительный прибор со шкалой. Что по нынешним временам удовольствие недешевое. Да и разбирать потом этот прибор надо, чтобы шкалу КСВ нанести...

Попробуем задачку индикации решить по-иному. Для чего в формуле (1) разделим числитель и знаменатель на Uпад. В результате получим:

КСВ= (1+Uотр/Uпад)/(1- Uотр/Uпад). (3)

То есть для измерения КСВ достаточно знать лишь отношение Uотр/Uпад, а не абсолютные величины этих напряжений.

Так, что у нас напряжения делит? Правильно - резистивный делитель. Вот и включим потенциометр делителем, как показано ниже:

С первого взгляда схема мало изменилась. Исчез переключатель (но и это немало - не придется им щёлкать туда-сюда при каждом измерении). Но посмотрим глубже. Для чего разберемся как пользоваться таким индикатором. Инструкция не отличается чрезмерной сложностью:

1. Вращать потенциометр R1 пока стрелочный прибор не покажет ноль, и в этот момент считать значение КСВ со шкалы резистора.

Осталась лишь одна операция вместо трёх. И удобнее, и проще, и быстрее.

К деталям схемы есть два требования (они же удобства):

- Стрелочный прибор должен быть не измерительным (со шкалой), а индикаторным (с нулём посредине шкалы и единственной отметкой там). То есть не дорогая измерительная головка, а простой дешевый индикатор (например от уровня записи старого магнитофона, только там придется подвернуть крепления, чтобы сдвинуть стрелку в середину шкалы).

- R1 должен быть со шкалой. Можно с самой простой, например, штрихи, нанесенные несмываемым маркером на панели, на которой закреплена ручка R1 с "клювиком".

Как работает индикатор? Ток через P1 равен нулю в единственном случае - когда на обоих его выводах одинаковые напряжения. То есть Uотр. Почему слева Uотр - понятно. А справа напряжение, равное Uотр, потому что мы установили стрелку прибора на ноль. То есть потенциометром поделили Uпад так, чтобы получилась величина, равная Uотр. Очевидно, что при этом угол поворота R1 (он группы "А") пропорционален отношению Uотр/Uпад, и, в соответствии с формулой (3), шкала резистора может проградуирована непосредственно в КСВ.

В описываемом индикаторе линейность детектирования малых сигналов лучше, чем в обычном. Дело в том, что в традиционной схеме (верхний рисунок), при малой мощности приходится уменьшать сопротивление потенциометра почти до нуля. В результате при малом сигнале сопротивление нагрузки детекторов получается низким, что ухудшает линейность детектирования. В описываемом же индикаторе сопротивление нагрузки детекторов фиксировано и велико.

Также, в отличие от обычной схемы, в данном случае прибор P1 не вносит никаких дополнительных погрешностей, поскольку в момент измерения ток через него равен нулю, и поэтому прибор виртуально отсутствует в схеме (ноль тока это и есть отсутствие влияния на остальную схему- как в изоляторе).

При больших мощностях в кабеле имеет смысл защитить Р1 от перегрузки парой встречно-параллельно включенных диодов.

Для разметки шкалы R1 (полагая, что датчики Uотр и Uпад линейные) достаточно простого омметра. Измеряя сопротивления между нижним и средним выводом R1 (предварительно отключив их от схемы), размечают шкалу резистора. Разметить можно двумя способами:

1. Традиционная линейная шкала, как у большинства КСВ-метров. Тогда, при потенциометре в 10 кОм шкала будет иметь вид:

R (кОм) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
КСВ 1 1,22 1,5 1,85 2,33 3 4 5,66 9 19 oo

2. Нетрадиционная (но более удобная в практике) нелинейная шкала:

R (кОм) 0 1,11 2 3,33 5 6 6,66 7,5 8,18 9,5 10
КСВ 1 1,25 1,5 2 3 4 5 7 10 20 oo

В зависимости от группы потенциометра вид шкалы соответственно меняется. Для линейности при измерении больших КСВ лучше резистор группы "B", а для привычной шкалы - группы "А".

Если у вас потенциометр не 10 ком, то надо соответственно изменить R2 (чтобы детекторы имели равную нагрузку) и перечитать разметку шкалы по формуле:

Rтек=R1(КСВ-1)/(КСВ+1)(4),

где:

Rтек - текущее значение сопротивления от движка до земли;

R1 - номинал потенциометра;

КСВ - величина КСВ, соответствующая Rтек.

Для измерений малых значений КСВ можно сделать растянутую шкалу, включая последовательно с верхним выводом R1, дополнительный резистор R3 (закорачиваемый при измерениях больших КСВ). Значения КСВ можно будет получить по формуле (4), подставляя в неё вместо R1 сумму (R1+R3). Так при R3=R1=10 кОм шкала R1 будет от 1 до 3, а растянутая шкала будет иметь вид:

R (кОм) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
КСВ 1 1,1 1,22 1,35 1,5 1,66 1,85 2,07 2,33 2,63 3

Пользоваться таким прибором при настройке антенн намного удобнее, чем традиционным. Причин две:

- проще процесс измерения (одна операция против трёх);

- направление движение стрелки P1 однозначно указывает направление изменения КСВ.

Поясню последнее примером. Пусть КСВ-метр включен у антенны и я копаюсь с СУ, установленным тут же, в точке питания. КСВ большой (потому и копаюсь) и равен, допустим 3. Стрелка P1 на нуле (установил я при измерении КСВ так, на шкале R1 при этом 3 и будет). Что-то там в СУ я покрутил - стрелка P1 пошла влево. А это в данном приборе однозначно свидетельствует о снижении КСВ (то есть что я кручу СУ в нужную сторону).

Возразят - в обычном индикаторе (первый рисунок) тоже можно ориентироваться на снижение Uотр. Увы, далеко не всегда. Uотр может конечно и снизиться, но что при этом происходит с Uпад мы не знаем. А Uпад может уменьшится еще резче, чем Uотр (нагрузка для TX совсем несогласованная и он не отдает на неё мощность), а это значит что КСВ возрос, несмотря на уменьшение Uотр.

Фокус в том, что просто снижение Uотр еще ни о чем не говорит. Надо сравнивать с Uпад. В обычном индикаторе это сравнение надо делать вручную - каждый раз щелкая переключателем и заново калибруя индикатор. В описываемой же схеме сравнение Uотр и Uпад идёт автоматически. От изменения амплитуд Uпад и Uотр меняется лишь величина отклонения стрелки P1, но не знак.

Поэтому поставив стрелку Р1 в ноль (при КСВ>1) можно спокойно (и вообще ничего с КСВ-метром не делая) производить настройку антенны или СУ. Все предельно ясно: стрелка уходит влево - КСВ снижается, стрелка уходит вправо - КСВ повышается.

Непосредственно в TRX или PA такой индикатор удобен не очень. Но в отдельном КСВ-метре, предназначенном именно для антенных измерений он намного удобнее традиционного.



 

На главную - Main page