Измерение АЧХ антенны при помощи ГКЧ

Случилось, как-то изготовить и настроить передающую телевизионную антенну на 10 канал. Как известно на таких частотах измерители КСВ неработают, показывают неопределённые значения, а то и вообще ничего не показывают. Много было перелопачено разнообразной литературы по настройкам антенн, но конкретного, удовлетворяющего требования так и не нашлось. В небольшой книге "Антенны", автор Карл Ротхаммель, была найдена неплохая конструкция для измерения волнового сопротивления и резонансной частоты выполненного по мостовой схеме.
Измерительный мост высокой частоты представляет собой обычный мост Уинстона и известна под многими названиями (например, "Антенноскоп" и т. д.), но в основе её всегда лежит принципиальная схема изображенная на рисунке 1.


Рис. 1.

По мостовой схеме протекают токивысокой частоты, поэтому все резисторы, используемые в ней, должны представлять чисто активное сопротивление для частоты возбуждения. Резисторы R1 и R2 подбираются в точности равные друг другу (с точностью 1% или дажебольше), а само сопротивление не имеет особого значения. При сделанных допущениях измерительный мост находится в равновесии (нулевое показание измерительного прибора) при следующих соотношениях между резисторами: R1=R2, R1:R2=1:1, R3=R4, R3:R4=1:1.
Если вместо резистора R4 включить испытываемый образец, сопротивление которого требуется определить, а в качестве R3 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 антенны.


Рис. 2.

На рисунке 2 показана схема высокочастотного измерительного моста, предназначенного для антенных измерений, предложенная американским радиолюбителем W2AEF (так называемый "антенноскоп").
Резисторы R1 и R2 обычно выбираются равными 150 - 200 ом, и абсолютная их велечина не играет особой роли, важно только, чтобы сопротивление резисторов R1 и R2, а также ёмкости конденсаторов C1 и C2 были равны друг другу. В качестве переменного сопротивления следует использовать только безындуктивные объёмные переменные резисторы и ни в коем случае не проволочныепотециометры. Дополнительное сопротивление Rш зависит от внутреннего сопротивления измерительного прибора и требуемой чувствительности измерительной схемы. В качестве измерительного прибора следует применять микроамперметр 50 - 100 мка. В качестве выпрямителя может использоваться любой германиевый диод. При конструировании следует соблюдать симметрию и минимальную длинну массовых проводников. В качестве измерительного генератора вполне достаточно использовать гетеродинный измеритель резонанса. Мощность генератора не должна превышать 1 Вт и вполне достаточно 0,2Вт. Вследствии того что схемные элементы измерительного моста в диапазоне УКВ имеют уже комплексный характер, баланс моста становится неточным, и если в диапазоне 2 м его ешё можно добиться, тщательно выполнив конструкцию моста, то в диапазоне 70 см рассмотренный измерительный мост совершенно неприменим.


Рис. 3.

Проводники мостовой схемы должны быть выполнены как можно короче для уменьшения их собственной индуктивности и ёмкости. При конструировании прибора следует соблюдать симметрию в расположении его деталей. Прибор заключается в кожух, разделённый на три отдельных отсека, в которые, как показано на рисунке 3, 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. 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 в диапазоне как коротких, так и ультракоротких волн, и граница его применения в диапазоне УКВ в основном зависит от конструкции и отдельных схемных элементов прибора.

Но это не всё.
Хотелось видеть всю частотную характеристику антенны а не отдельные участки на которые следовало настраивать измерительный генератор ВЧ. Это очень нудное и кропотливое занятие было испытано при настройках на радиолюбительских антеннах. При изменении длины одних элементов отвечающих за нижнюю часть диапазона обязательно изменялись верх и середина. Кто когда-либо настраивал, меня поймёт. Поэтому пришлось модернизировать схему и немного переделать весь прибор. Требовалось видеть весь диапазон работы антенны, а это мог позволить только прибор для измерения АЧХ в состав, которого входит генератор качающейся частоты и измерительная часть ВЧ составляющей с высокочастотной детекторной головкой. В наличии имелся неплохой измеритель амплитудно-частотной характеристики ХА1-50 с верхней граничной частотой 1000 MHz и в дополнении имеет свой цифровой частотомер, который показывает среднюю частоту качания. По моему мнению, это идеальные приборы для таких целей, поэтому можно применять и другие приборы ГКЧ. Схема модернизированного осциллоскопа приведена на рис. 4 и так же собрана по мостовой схеме в диагональ которого включена измерительная детекторная головка.


Рис. 4.

Описывать назначение всех элементов не буду, скажу что при измерении антенны с волновым сопротивлением 50 ом достаточно поменять сопротивления в приборе с 75 ом на 50 ом. После изготовления прибора настройки никакой не требуется. На высоких частотах, выше 250 MHz следует германиевый диод заменить аналогичным, но более высокочастотным. В принципе можно и не менять, всё будет работать и так прекрасно только упадёт уровень измеряемой частоты что даже и неважно. На дисплее ГКЧ мы будем видеть АЧХ антенны перевёрнутую как на рисунке 5.


Рис. 5.

После того как соберёте прибор и подключите к АЧХометру, следует проверить без антенны. Для этого вместо антенны включаем безиндукционное сопротивление 75 ом или 50, в зависимости для какого волнового сопротивления изготовили прибор. На дисплее увидите горизонтальную прямую, без каких либо горбов и искажений. Если убрать сопротивление или закоротить то горизонтальная переместится вверх при указанной полярности диода или в низ при другой полярности. Всё, подключайте настраиваемую антенну и наслаждайтесь работой с прибором. Малейшие изменения элементов антенны вы будете видеть на дисплее АЧХометра безо всяких перестроек по диапазону. Конструктивно, прибор был выполнен из штатного ответвителя состоящего из небольшого прямоугольного корпуса, у которого с обеих сторон установлены разъёмы СР-75 или СР-50. Посередине стакан для подключения высокоомной детекторной головки, именно ВЫСОКООМНОЙ. Схема была передана многим радиолюбителям которые характеризовали работу прибора на высоком уровне. В своё время этим прибором настраивали антенны на диапазон 470 MHz. Выше измерения не проводились, не было необходимости.

Наш баннер
Вы можете поставить наш баннер на своем сайте или блоге, чтобы помочь развитию проекта.
Каталог радиолюбительских схем
Получить код
Навигация
  • Вся информация на сайте структурирована по темам.
  • Каждый тема имеет свою общую страницу с ссылками на материалы.
  • Выбранный материал открывается в новом окне, которое вы можете после просмотра закрыть.
Друзья сайта
Статьи