Используя этот прибор можно определить КСВ антенны не только в любительских диапазонах, но и вне их (в полосе частот 1,5...30 МГц), причем, вместо трансивера используется ГСС. Показания считываются со шкалы прибора непосредственно в единицах КСВ. Очень удобен режим мониторинга - быстрого просмотра КСВ в некотором частотном участке диапазона, что позволяет определить - на какой частоте резонирует антенна.

Рис.1. Принципиальная электрическая схема КСВ-метра.

Рис.2. Схема блока питания КСВ-метра.

При настройке антенн, большинство радиолюбителей применяют КСВ – метры, в качестве которых используют различные типы рефлектометров. Основными их достоинствами являются простота и довольно высокая точность измерения. А вот сложность вычисления КСВ и необходимость обязательного использования довольно мощного передатчика или трансивера – уже недостатки. Ну а если необходимо настроить антенну, которую предполагается использовать только с приемником? Неужели для этого необходимо приобретать или строить передатчик? Для этого случая предлагаю воспользоваться КСВ – метром, который работает совместно с ГСС – генератором стандартных сигналов. Кроме того, у этого прибора несколько повышена точность измерения на малых сигналах, за счет подачи небольшого положительного смещения на аноды детектирующих диодов заставляющего работать их с нуля вольт. И еще одно достоинство: показания КСВ можно считывать непосредственно со шкалы прибора. Это стало возможным из-за автоматического поддержания уровня прямой волны, в отличие от схемы, опубликованной в [1], в которой поддерживается постоянной сумма прямой и обратной волн. Этот КСВ – метр был испытан с антеннами типа инвертор-V на диапазоны 1,9 и 14 МГц, треугольники на диапазоны 3,5 и 7 МГц, ромб на диапазон 14 МГц, Ground plane на диапазон 28 МГц при длине кабелей до 30 метров и их волновом сопротивлении 75 Ом. Показания сравнивались с двумя типами КСВ – метров, датчики которых выполнены на отрезке кабеля и ферритовом кольце. Результаты замеров были идентичными. А возможность мониторинга (быстрого просмотра величины КСВ при вращении ручки ГСС) в определенной полосе частот, доставило истинное удовольствие, позволяя судить о резонансной частоте антенны по минимуму КСВ на определенной частоте и степени согласованности антенны с фидером по величине минимального значения КСВ. Создалось впечатление, что при измерении этим КСВ – метром наблюдаешь за показаниями в широко открытую дверь, в то время как с другими типами КСВ – метров подглядываешь в замочную скважину. КСВ – метр можно использовать на частотах 1,5…30 МГц и входных напряжениях 0,3…1,5 вольта при волновых сопротивлениях кабелей 50 – 75 Ом (в зависимости от настройки).

Принципиальная электрическая схема КСВ – метра показана на рисунке 1. Она состоит из усилителя сигналов радиочастоты VT1, VT2, VT3 обеспечивающего повышение уровня сигнала до полутора ватт, непосредственно КСВ – метра VD1 и VD2, усилителя постоянного тока VT5 и VT6 поднимающего уровень прямой волны до уровня входных рабочих напряжений компаратора, самого компаратора DA1 обеспечивающего сравнение уровня прямой волны с уровнем опорного напряжения, каскада выполненного на транзисторе VT4, обеспечивающего регулировку коэффициента усиления усилителя радиочастоты.

Сигнал радиочастоты с ГСС амплитудой 0,3…1,5 вольта подают на первый затвор транзистора VT1 через конденсатор С3. Далее через эмиттерный повторитель VT2, служащий для согласовки выходного сопротивления предыдущего каскада с входным последующего, сигнал РЧ поступает на оконечный каскад усилителя мощности VT3, обеспечивающий на выходе мощность величиной около полутора ватт. С коллектора VT3 сигнал через С8 поступает непосредственно на КСВ – метр, в состав которого входит датчик – ферритовое кольцо, с обмоткой на нем L3 и пропущенным через его середину проводом, два детектора: обратной VD1 и прямой VD2 волн, резистора R22 подающего на аноды VD1 и VD2 положительное смещение, с целью получения возможности детектирования сигнала, начиная с нуля вольт, а так же резистор R24, подстройкой которого обеспечивается равность сопротивлений измерительного прибора РА1 и входной цепи транзистора VT5 (что, в конечном счете, повышает точность измерения прибора в целом) и непосредственно сам измерительный прибор РА1, с которого и считываются показания КСВ. Переключатель SA1 служит для получения возможности считывания показаний как прямой (в этом положении производят калибровку), так и обратной (в этом положении производят измерение) волн. К выходу XW1 подключают нагрузку: либо реальную антенну, либо (при настройке) безындукционный резистор мощностью не менее двух ватт и сопротивлением 50 или 75 Ом, в зависимости от сопротивлений применяемых кабелей. С выхода детектора прямой волны VD2 выпрямленный сигнал поступает на первый транзистор каскада усилителя постоянного тока VT5. В его эмиттер подается небольшое отрицательное напряжение с резистора R29, для обеспечения возможности усиления входного сигнала начиная с нуля вольт. При отсутствии сигнала на базе VT5 на его коллекторе присутствует высокое напряжение, что полностью открывает транзистор VT6 и напряжение на его коллекторе близко к нулю. При появлении напряжения на базе VT5 он открывается, в результате VT6 закрывается и напряжение на его коллекторе повышается. С коллектора транзистора VT6 через резистор R31 это напряжение подается на вход сравнения 2 компаратора DA1. На опорный вход 3 этого компаратора подается напряжение с делителя R33, R34 изменяющееся при регулировке R34 в пределах 0…+6 вольт. Компаратор в зависимости от уровня установленного напряжения вырабатывает на своем выходе управляющее напряжение, которое, воздействуя на базу транзистора VT4 через сглаживающую цепочку R15, R16, C7, заставляет его открываться. Напряжение на его коллекторе, и гальванически связанным с ним первом затворе транзистора VT1, начинает падать, в результате чего уменьшается коэффициент усиления усилителя радиочастоты. Таким образом, уровень сигнала прямой волны на выходе детектора прямой волны поддерживается постоянным и привязывается к уровню выставленном резистором R34. При изменении входного напряжения от ГСС в пределах 0,3…1,5 вольта или изменении сопротивления нагрузки (импеданса антенны) уровень прямой волны остается постоянным.

Данный КСВ – метр требует питания как положительного +12 вольт, так и отрицательного в пределах -6…12 вольт напряжений. Такие напряжения обеспечиваются блоком питания, показанном на рисунке 2. Этот блок можно питать как от сети переменного тока 220 вольт, так и от постоянного тока напряжением 18…24 вольта. На диодах VD5…VD8 и конденсаторе С17 собран выпрямитель, а на транзисторах VT7…VT9 – стабилизатор. Напряжение -5,6 вольта стабилизировано параметрическим стабилизатором VD3, R36. Коллектор транзистора VT7 посажен непосредственно на шасси прибора, в результате отпала необходимость в применении отдельного радиатора.

В КСВ – метре применены широко распространенные радиодетали. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, МЛТ-0,5, МЛТ-1. Подстроечные резисторы типов СП4-1 и СП3-9а. Конденсаторы КТ, КМ, К53-4, К50-16. В качестве С8 – К31-11-3. Конденсаторы С10, С11 с воздушным диэлектриком типа КТ2-19, можно заменить на КТ2-20. В качестве L1 применен дроссель ДМ-1,2 25мкГн ±5%, L2 – дроссель ДМ-3 10мкГн ±5%. L3 намотана проводом МГТФ 0,07 на ферритовом кольце типа К10Ч6Ч5 проницаемостью М600НН и содержит 20 витков провода, равномерно распределенных по сердечнику. Внутрь кольца вставлена изолирующая втулка из фторопласта (деталь от разъема СР-75). Отверстие втулки рассверлено до размера 1мм, и сквозь это отверстие пропущен посеребренный провод диаметром 1мм. Переключатель SA1 применен типа МТ3. В качестве прибора РА1 применена измерительная головка с током полного отклонения 100мкА и сопротивлением рамки 650 Ом. Трансформатор питания Т1 применен типа ТН-13. Три шестивольтовые обмотки включены последовательно (причем для подключения использованы пятивольтовые отводы для получения переменного напряжения 15 вольт). Данный трансформатор можно заменить на ТН-14, ТН-15, ТН33, ТН36.

КСВ – метр выполнен на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита размером 116Ч79мм и толщиной 1,5мм. Фольга со стороны установки радиодеталей вытравлена не полностью. По краям платы, а так же под местом установки экранов оставлена медная фольга шириной 3мм, которая электрически соединена с общим проводом на другой стороне платы четырьмя (по углам КСВ – метра) пропаянными проволочными штифтами. Экран, отделяющий КСВ – метр от других деталей, выполнен в виде буквы Т и состоит из двух латунных пластин длиной 40мм, высотой 17мм и толщиной 0,5мм. Экран припаян к оставленным после травления медным дорожкам (а, также, между собой). Транзистор VT3 имеет тепловой контакт с шасси прибора. Вид на печатную плату со стороны деталей показан на рисунке 4, а со стороны печатных проводников на рисунке 5.

Настраивать КСВ – метр начинают с проверки отсутствия короткого замыкания по цепям питания. При отсутствии последнего, а при наличии – после устранения, проверяют блок питания, сверяя напряжения на выходе указанные на схеме с фактическими значениями. Подбором номинала резистора R40 устанавливают ток стабилитрона VD9 в пределах 10…20мА. Затем подают питание на схему КСВ – метра. Подбором номинала резистора R36 устанавливают ток стабилитрона VD3 в пределах 10…20мА. Переключатель SA1 переключают в режим измерения прямой волны (калибр, влево по схеме). Не подавая сигнал от ГСС выводят движок резистора R22 влево по схеме (до упора), затем медленно вращают его вправо (к плюсу), доводят до начала отклонения стрелки прибора РА1 и затем слегка повернув движок назад устанавливают стрелку на нулевую отметку. При таком положении движка диоды КСВ – метра будут детектировать поступающий на них сигнал, начиная с нуля вольт. Затем на выход XW1 подключают эквивалент – безындукционный резистор мощностью не менее двух ватт и номиналом 50 или 75 Ом в зависимости от сопротивления применяемых кабелей. Резистор R16 отсоединяют на время настройки от вывода 7 микросхемы DA1. Затем подают на вход прибора сигнал от ГСС амплитудой 0,3…1,5 вольта в рабочем диапазоне частот. Усилитель радиочастоты настраивают путем поочередного подбора номиналов резисторов R5 и R9 до получения максимума сигнала на эквиваленте правильной синусоидальной формы. Делают это путем временной замены вышеуказанных постоянных резисторов переменными с как можно более короткими проводниками. После настройки УРЧ их заменяют постоянными резисторами с наиболее близким номиналом. Контроль ведут осциллографом на эквиваленте антенны. Далее переведя SA1 в положение измерения обратной волны подстройкой конденсатора С10 устанавливают стрелку РА1 на ноль. Потом поменяв местами точки подключения эквивалента и конденсатора С8, а так же переключив SA1 в положение измерения прямой волны, снова устанавливают стрелку РА1 на ноль подстраивая конденсатор С11. Далее точки подключения С8 и эквивалента возвращают на место, а SA1 в положение измерения прямой волны (калибр). Регулировкой резистора R24 добиваются равенства напряжений на среднем контакте переключателя SA1.2 при обоих его положениях. Контроль ведут с помощью высокоомного вольтметра или осциллографом, включенным в режим измерения постоянного напряжения, установив щупы между корпусом и средним контактом SA1.2. Далее подстраивая поочередно резисторы R29 и R28, добиваются изменения напряжения на коллекторе транзистора VT6 от нуля до шести вольт при изменении входного напряжения, поданного с ГСС, от нуля до полутора вольт (либо до значения, которое обеспечивает ваш ГСС, но не более 1,5 вольта). Причем R29 регулируют у нулевой отметки, а R28 у шестивольтовой. Затем, припаяв отсоединенный ранее резистор R16 на место, производят калибровку прибора вращением движка резистора R34 устанавливая стрелку микроамперметра РА1 на максимальную отметку шкалы (100мкА). Переключив прибор в положение измерения обратной волны (измерение) убеждаются, что при сопротивлении эквивалента 75 (или 50) Ом стрелка прибора находится на нулевой отметке. Переведя SA1 в положение измерения прямой волны (калибр) и изменяя сначала входное напряжение, поступающее с ГСС, от 0,3 до 1,5 вольта, а затем сопротивление эквивалента, убеждаются, что стрелка измерительного прибора устойчиво удерживается на отметке 100 мкА. Затем переведя SA1 в положение измерения обратной волны (измерение), убеждаются, что при изменении входного напряжения в тех же пределах стрелка РА1 остается на нулевой отметке, а при изменении сопротивления эквивалента показывает истинное значение КСВ (определить, которое, можно по формуле КСВ = (100+Uотр):(100-Uотр)).

Затем приступают к градуировке шкалы. Для этого из общеизвестной формулы вычисления КСВ [КСВ=(100+Uотр):(100-Uотр)] путем простейшего математического вычисления получают формулу для определения Uотр.

КСВх(100-Uотр) = 100+Uотр

КСВх100-КСВхUотр = 100+Uотр

КСВх100 = КСВхUотр+Uотр+100

КСВх100 = (КСВ+1)хUотр+100

КСВх100-100 = (КСВ+1)хUотр

Uотр = (КСВх100-100) : (КСВ+1)

Uотр = (КСВ-1)х100 : (КСВ+1)

Далее подставляя в полученную формулу различные значения КСВ (от 1,1 до 30) составляют таблицу соответствия значений КСВ и показаний прибора в микроамперах с точностью до второго знака после запятой. Если максимальное значение примененного микроамперметра отличается от цифры 100 (например, 50мкА), то в формулу вместо цифры 100 ставят это значение.

1,1 - 4,76

1,2 - 9,09

1,3 - 13,04

1,4 - 16,67

1,5 - 20,00

1,6 - 23,07

1,7 - 25,93

1,8 - 28,57

1,9 - 31,03

2,0 - 33,33

2,5 - 42,86

3,0 - 50,00

4,0 - 60,00

5,0 - 66,67

6,0 - 71,43

7,0 - 75,00

8,0 - 77,78

9,0 - 80,00

10 - 81,82

15 - 87,50

20 - 90,48

30 - 93,55

На основании этой таблицы градуируют шкалу прибора, как показано на рисунке 3.

Измерение КСВ производят следующим образом. Подключают на выход XW1 исследуемую антенну. Подают питание на прибор. На вход УРЧ подают сигнал от ГСС с частотой исследуемой антенны и амплитудой 0,3…1,5 вольта (лучше в середине указанного диапазона). Переключатель SA1 устанавливают в положение измерения прямой волны (калибр), и убеждаются, что стрелка прибора РА1 находится на максимальной отметке шкалы (100мкА). Переводят SA1 в положение измерения обратной волны (измерение) и отсчитывают по шкале РА1 показания КСВ.

Мониторинг антенны производят путем медленного изменения частоты генерируемой ГСС в районе рабочей частоты антенны. По соответствию минимального значения КСВ определенному значению частоты определяют частоту, на которой резонирует антенна, а по величине КСВ в минимуме – степень согласованности антенны с фидером.

Если по какой то причине нет возможности отградуировать шкалу РА1 (нельзя вскрыть микроамперметр, не поломав его), то можно просто высчитать КСВ по формуле КСВ = (100+Uотр):(100-Uотр). Либо определить КСВ, используя рисунок 3, либо используя таблицу соответствий КСВ и показаний РА1 в микроамперах.

Литература:

[1] Автоматический КБВ – метр. Радио №10. 1985г. стр.20…21.А.Погосов. RA3AFD.

Рубцов В.П. UN7BV. Астана. 25.09.2004г. un7bv@mail.ru

P.S. Резисторы R31 и R32 заметно обостряют работу компаратора DA1, что положительно сказывается на точности измерения прибора. Причем, это происходит на всех уровнях входных сигналов компаратора. Как и чем, это объяснить я пока не знаю – еще не вник. Но так как факт остается фактом, то их в схеме пришлось оставить!

Рубцов. В. П.

Рис.3. Градуировка шкалы КСВ-метра.

Рис.4. Монтажная плата КСВ-метра.          Рис.5. Печатная плата КСВ-метра.

Рубцов В.П. UN7BV, Казахстан, Астана.

73!