Радио №12, 2001г.
ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПЕДАНСА АНТЕНН
Бытует мнение, что если на любительской радиостанции имеется антенный тюнер, то все проблемы согласования антенны с кабелем решены. Это далеко не так, потому что вы согласовываете только импеданс антенны, приведенный к концу кабеля с трансивером или усилителем мощности, который может и не настроится на эту нагрузку ввиду недостаточности пределов регулировки П-контура. При этом нельзя забывать, что кабель в точке соединения с антенной так и остается не согласованным, следовательно, в нем присутствуют стоячие волны, а это дополнительные потери и вероятность TVI. Все это говорит о том, что для точного согласования антенны с кабелем необходимо знать значение импеданса (сопротивления) антенны. Как известно, входной импеданс всех антенн представляет собой комплексную величину А+В и вам необходим прибор для его измерения.
Промышленные антенные анализаторы, например, VA1 Autek Research и MFJ-259, недоступны большинству радиолюбителей ввиду их высокой стоимости. Тем не менее выход все же есть.
Американский радиолюбитель W8CGD опубликовал описание простого прибора для этих целей (Doyle Stranlund, 'Amateur Measurment of R+jX", QST, 1985, June, p 24—27). Он позволяет определять реальную и мнимую части импеданса, причем с указанием знака реактивности. По тому, какой знак — плюс или минус — получится в результате измерений, можно судить о том, какую реактивную составляющую, индуктивную или емкостную, имеет антенна. Прибор рассчитан для работы на линиях с волновым сопротивлением 50 Ом. Его схема показана на рис. 1.
С4=
14 МГц — 390; 21 МГц — 180; 28 МГц— 100.
Все диоды — любые высокочастотные или импульсные, но обязательно германиевые. Переключатель SA1 галетный ПГК 5П2Н. В качестве измерительного прибора, подключаемого к гнездам XS3, XS4, можно использовать любой высокоомный авометр. Высокочастотные разъемы — СР-50.
Для подключения конденсатора С4 следует применить какой-либо разъем. Его, например, можно изготовить из панельки для микросхемы.
Детали монтируют в металлическом корпусе навесным способом. На противоположных стенках корпуса установлены разъемы XW1 — для подключения источника сигнала, XW2 — для подключения антенны. Монтаж требует минимизировать длину всех соединений. От этого зависит точность измерений, особенно на высоких частотах. Прибор можно подключать к антенне и через полуволновый повторитель или любое их число.
Для расчетов по итогам измерений потребуется определенное время графическая бумага или миллиметровка, причем чем больше будет взят масштаб, тем точнее получим результат.
Процедура измерения следующая:
1 Подключите соответствующий выбранному диапазону конденсатор С4;
2 Трансивер подключите на вход прибора, а на его выход антенну или полуволновый повторитель, подключенный к антенне.
3 Подключите авометр к гнездам XS3, XS4 и установите на нем предел измерений 1,5 В постоянного напряжения; Далее в позиции переключателя прибора "В", включив передатчик, доведите уровень выходного напряжения.
4 Быстро переключая SA1, запишите показания прибора при всех положениях переключателя и в заключение еще раз проверьте напряжение в позиции "В" Оно должно быть 0,5 В;
5 На графической бумаге, выбрав удобный для черчения масштаб, например, 2 см = 1 В, отметьте исходную точку Х Проведите от нее горизонтальную прямую линию длиной 1 см = 0,5 В до точки Y. Эта прямая XY соответствует напряжению в позиции переключателя "В";
6 От точки Y вертикально вниз проведите прямую длиной, равной напряжению в положении переключателя "D";
7 Используя точку Х как центр, циркулем проведите дугу радиусом, равным напряжению в положении А;
8 Используя точку Y, аналогично проведите циркулем дугу радиусом, равным напряжению в положении С;
9 Используя точку Z как центр, проведите циркулем дугу радиусом, равным напряжению в положении Е;
10 Из точки пересечения всех трех дуг проведите вертикальную прямую, а из точки Z — горизонтальную прямую до их взаимного пересечения;
Если дуги на чертеже не пересекутся в одной точке, а образуют своим взаимным положением некий треугольник, то вертикальную прямую проведите из центра этого треугольника;
11 Используя горизонтальную и вертикальную шкалы вашей графической бумаги, считайте по горизонтальной прямой реальную часть импеданса вашей антенны А, а по вертикальной — мнимую )B, т.е. прямая ZF будет реальной частью импеданса, a FG — мнимой, причем нижняя часть (ниже горизонтальной линии) будет представлять отрицательную реактивность (емкостную составляющую), а верхняя — положительную (индуктивную). Примерный вид графического выполнения расчета показан на рис.2.Рис2.
Несколько слов о деталях прибора. Резистор R1 составлен из пяти безындуктивных резисторов сопротивлением 220 Ом и мощностью 1 Вт, включенных параллельно. Все конденсаторы — керамические с рабочим напряжением не менее 60 В. Конденсатор С4 сменный. Его емкость в пикофарадах в зависимости от диапазона следующая 1,8 МГц — 2000, 3,5 МГц — 1000, 7 МГц — 560, по показаниям измерительного прибора до 0,5 В;Рис3.
На этом процесс измерения заканчивается. Он не очень сложен, и после нескольких тренировок на "искусственной" настольной нагрузке вы научитесь пользоваться этим простым прибором.
К примеру, возьмите безындуктивный резистор сопротивлением 100 Ом и включите последовательно с ним конденсатор емкостью 505 пф. Вы получите комплексное сопротивление 100 -j45 для частоты 7 МГц. Если теперь вы измерите этот эквивалент и получите результат 100 -45 Ом, значит прибор работает нормально.
Следует отметить, что напряжение с передатчика в положении переключателя прибора "В" должно быть не менее 0,3 В, так как ниже этого значения начинается нелинейный участок характеристики диодов и может возникнуть большая погрешность измерений.
В авторском исполнении монтаж прибора выполнен навесным монтажом на стойках (рис. 3). Слева вверху расположен входной ВЧ разъем, справа — выходной. Под входным разъемом находятся клеммы для подключения микроамперметра.
Прибор следует применять после того, как вы настроили антенну в резонанс по минимуму КСВ с помощью КСВ-метра, и далее на этой же частоте надо измерять импеданс. Зная импеданс на заданной частоте и сопротивление вашего кабеля, нетрудно рассчитать элементы согласования антенны с кабелем.
Публикацию подготовил:
Александр БАРСКИЙ (VA1TTT)
