Как я делал SWR метр

                             Начало см. "Как сделать КСВ метр"
Для того чтобы было все понятно когда дойдём до сложных понятий, хочу поговорить о  том как эти приборы развивались. Тем, кто описываемое хорошо знает, рекомендую переходить сразу к заключительной части.  Антенны не меняют каждый день, поэтому для настройки П-контура передатчика обычно хватает индикатора тока в антенну. У меня был тепловой амперметр показаниям которого я очень доверял :-) Все, скорее всего, помнят, а может даже и делали, очень популярную версию индикатора тока в антенне от Ротхаммеля. Я точно делал. И именно потому что было понятно как делать и что получим в результате.  Добавив в схему переключатель мы получили возможность дифференцировано видеть ток туда и обратно, сравнить их. С этого момента индикатор тока превратился в индикатор КСВ

 Правда я сразу оценил преимущества  двух стрелок (сравнивать легко), поэтому под оплётку пропускал два проводника, делал два выпрямителя и  потенциометр сдвоенный.... Соответственно было две измерительных головки. Но всё это по прежнему оставалось индикатором уже хотя бы потому что проводники под оплёткой ложились неровно, два выпрямителя имели не одинаковые характеристики, да и погрешность микроамперметров в индикаторах от магнитофона тоже не добавляли уверенности в точности результата. Всё усугублялось тем, что результат получался после математических вычислений, алгоритм которых (и эффект больших чисел тоже;-()  очень сильно искажал результат. Позже народ повсеместно стал переходить на направленные ответвители по причине стабильности положения протравленных полосок на стеклотекстолите относительно центрального проводника, мизерной индуктивности и меньшей зависимостью от частоты. В интернете до сих пор масса вариантов  для переноса на фольгированный стеклотекстолит.

   Мне помнилось, что среди недостатков его были нелинейная АЧХ, низкая чувствительность и слишком разная (по отношению к коаксиальному кабелю до и после неоднородность, что попросту приводит к  тому что  фидер разбивается на участки с различными свойствами.  Для проверки упомянутого я сделал такую измерительную головку и протестировал её. При включении в разрыв (между антенной и КВС метром моего радио) КСВ ухудшился в среднем до 1,6-1,9 и кроме этого всё упомянутое выше подтвердилось. На 1,8 мгц напряжение "прямой" -1,2 вольта, обратной 0,4, практически граница возможного для ГД507, на 20-ке обратной я уже не видел, прямая 0,5 вольта, выше по частоте вообще ничего. Правда измерял я тестером за 150 гривен. Класс точности огурца. Ни в одном из упомянутых девайсов не было попытки измерить напряжение или ток, только сравнение прямой и обратной волны, поэтому нагрузочных сопротивлений или чего-нибудь для измерения тока нет нигде, просто индикаторы которые показывают относительную разницу. А в Одессе говорят эти две разницы могут быть большими....

  Но не всё было так безнадёжно. В начале 90-х я привёз себе "почти" измерительный прибор от OscerBlock именем  SWR200B. Уже тогда он измерял от 160 до 2 метров, до 2-х киловатт с точностью до 5% на нагрузках 50 и 75 Ом. За счёт чего и для чего?   

   Просто добротный коаксиальный ответвитель, прецизионные измерительные сопротивления, высококачественный сдвоенный потенциометр и прилагаемая таблица которая корректирует неравномерность частотной характеристики. На фото видно как нужно выставить потенциометры в зависимости от частотного диапазона и диапазона мощности (в соответствии с таблицей).

А теперь вопрос второй: для чего. Ведь уже поминалось, что антенны каждый день не меняют, передатчик как правило, тоже. Но и передатчиков может быть два. Или даже три, как у меня, например. И параметры антенн изменяются в зависимости от погоды, например мокрый снег, туман, дождь...  Или, упаси боже, вообще обрыв. Или замыкание.  Одним словом хочется видеть не только то, что антенна работает, но и замечать изменения, если они будут.
   В третьей статье  я еще раз помяну все эти проблемы которые будут мешать точности измерений уже даже в компьютеризированном приборе и о попытках их нивелировать, а пока предлагаю признать возможность измерения и КСВ и мощности. Причём в следующей статье я буду рассказывать как с помощью Ардуино  и математики я попытаюсь получить на экране подводимую от передатчика мощность и мощность которую излучает антенна.

  В попытке добиться приемлимой точности и хорошей линейности при детектировании народ помалу стал обращаться к мостовым схемам измерения. Самая простая с использованием в плечах 50-ти омных сопротивлений. Точность отличная, широкополосность замечательная. Одна проблема - проходящая мощность зависит от мощности опорных резисторов :-(  Чуть превысил мощность и твои опорные резисторы сгорели. А где же их взять, 200-ваттные то :-( ? И работает только как измерительный прибор. Работать в ним в  эфире (как оперативный контроль) нельзя из-за  большого проходного сопротивления. И еще будучи подключенным к реальной антенне сильно подвержен наводкам  со стороны как раз антенны.

    С появлением доступных качественных ферросплавов появилась возможность строить трансформаторы тока с достаточно линейной частотной характеристикой. Пропуская эти токи (прямой и обратный)  через резисторы (мощность которых может быть в N раз (N - коэффициент трансформации тока) меньшей проходящей через прибор мощности, получаем напряжения в N раз меньше напряжения на антенне. Дальше всё просто: есть напряжение и ток, вот и вычмсляем мощность. Да, всё еще останутся погрешности измерений связанные с нелинейностью детекторов, цепей передачи напряжения, ВЧ развязки, неточности калибровки пределов измерений (при переключении градаций мощности), но уже гораздо ближе к радиолюбителю.  Ведь сделать коаксиальный ответвитель как показанный выше в приборе SWR-200B в домашних условиях почти невозможно.  А вот трансформаторы тока - легко. Ниже схема и и фотография детекторного отсека КСВ-метра Daiwa CN101L ( смотри пост ранее ;)

Резисторы выбраны разные с учётом того, что отражённая волна преодолевает еще и омическое сопротивление кабеля от антенны до прибора. (с учётом нижнего резистора делителя).

Продолжение следует "Как я делал SWR метр 2"

Как я делал SWR метр 2

Продолжение. Начало смотри "Как я делал SWR метр"

Ну что ж, посмотрим что выйдет из клонирования Daiwa CN101L.  Одно дело посмотреть как оно сделано, другое - сделать самому. Засучив рукава беру в руки инструмент и пол дня обрабатываю фольгированный стеклотекстолит. Время на рисование и травление печатной платы нет, вернее жалко, режу по живому из головы. Может некрасиво, зато быстро. Поскольку нужно на КВ, с SMD элементами не заморачиваюсь

Больше всего проблем было с отсутствием проходных конденсаторов. Спасибо товарищам по работе, дали старый телевизионный селектор каналов и фен, чтобы аккуратно выпаять. Спасибо Виктор Викторович, спасибо Геннадий Константинович! Побегал, попаял. Через два часа черновик для испытаний готов. Сначала проверяю просто в разрыв между фирменной Daiwa и антенной.  Ого!  Прямая до 10 вольт, обратная до полувольта в зависимости от КСВ в реальной антенне. Пробовал на всех, что есть: на 160 - Inv L, 80-40-30 - диполя, 20-15-10  по три элемента гексоидр.  Показалось что неравномерно. Конечно же, без соответсттвующей экранировки и кривом тестере не очень красиво.

Решил посмотреть что получилось на антенном анализаторе.  В нагрузке безиндукционный резистор 50 Ом 20 ватт, смотрю до 30 мгц, потому что анализатор старый и простой - АА330.

 И правда.  КСВ от 1 до 2, терпимо, а вот сопротивление до 100 Ом.  Отмотал 5 витков с трансформаторов тока (изначально было 25, чтобы трансформировать ток от 5 ампер до 200 мА)  Так потому что хотел получить максимальное напряжение на опорных резисторах в 10 вольт - удвоенное максимальное напряжение на входах АЦП Ардуино. Ну говорили же про два поддиапазона мощностей!

 На десятке (и предположительно на 144) картинка улучшилась, но зато стал заметен резонансный "горб" в районе 22 мегагерц.  Поскольку феррит не тестировал, доверился цвету маркировки, решил всё-таки определить хотя бы примерно магнитную проницаемость. Не открою Америки,  есть онлайн калькулятор Coil32. Мотаю на кольце много витков (до заполнения, потому что точность определения будет выше), измеряю индуктивность.

В окне калькулятора ввожу измеренную индуктивность, размеры кольца, "рассчитать".  Ву а ля! 

Многовато будет.  Беда.  Надо раза в два меньше. Но других пока нет. Заказал  в интернете T68-6, жёлтеньких, но пока приедут, умру от нетерпения :-)  Короче на неделе перемотаю трансформаторы на другие кольца и тогда на 50 омах будет так, как сейчас получилось на 100! Результат вполне приличный. А если смотреть на картинку для сопротивления в 100 Ом так вообще просто замечательный. Как в учебнике. Короче схема с двумя трансформаторами работает отлично. По крайней мере у меня заработала.  Без особой надежды на успех (из-за магнитной проницаемости колец) пробую на 144. Завал частотной характеристики очевиден, но КСВ (соотношение) скорее всего покажет честно. Прямая  больше 3-х вольт, обратной глазом не видно.  Но Ардуино посчитает.  С каждым шагом мы всё ближе к грани между индикатором и измерителем.  В следующей статье мы трансформируем устройство с двумя токовыми трансформаторами в измеритель тока и напряжения.

P.S.  Пришли кольца  с проницаемостью в 1000 мю. Перемотал на новые кольца. Перед тем как смотреть устройство, проверяю анализатор на активной нагрузке в 50 Ом.  Для проверки смотрю анализатором резистор нагрузки. Хоть и самодельный, но точный. Замерял сопротивление мостовым измерителем на работе. Поверенным  :-)

Картинка реального устройства сильно изменилась. КСВ устройства приблизился к единице, волновое сопротивление до 54 Ом. Линейность вполне приличная.  Вот что выходит на самоделке копии Daiwa CN101

Вот так выглядит самоделка сейчас, с новыми кольцами.

Продолжение следует - "Как я делал SWR метр 3"

Как я делал SWR метр 3

Продолжение.         Начало смотри "Как я делал SWR метр 2"

   Подытожим наши изыски. Самые простые индикаторы КСВ на проводках под оплётку коаксиала или полосковые ответвители имеют самые скромные показатели и по частоте, и по точности и по чувствительности. Зато делаются быстро и легко. При наличии прочной коробки и смазливых микроамперметров привлекательный  вариант:  почему нет?. 

   Самый точный из рассмотренных - мостовой.  Весьма широкополосный- работает даже на 430 мГц. Есть несомненный плюс: "посмотрит" антенну даже с Г4-102  в качестве трансивера. Но для статуса постоянно включенного не годится - слишком большое прямое сопротивление. И запас мощности совсем небольшой: есть риск при измерениях достаточно быстро сжечь прибор.  Полупромышленные варианты с толстыми и добротными волноводами и ответвителями хороши, но  уж очень сложны для изготовления дома.   Клоны недорогих фирменных КСВ метров типа Daiwa 101, 801, MFJ построенные на двух трансформаторах тока очень хорошие кандидаты на повторение, но и им присущи недостатки:  сравниваются два противофазных тока и путем сложения-вычитания получается результат по КСВ, мощность вычисляется как производная от тока и сопротивления так как напряжение не измеряется. Начала и концы поддиапазонов нужно калибровать. На звание "прибор" еще не тянет, но уже намного более точный, частотная характеристика очень хорошая, в нашем эксперименте до 150 мГц, при этом легко повторяется.

  Среди непрофессиональных категорий остался еще одна получившая распространение и не испробованная нами идея - измерение и тока и напряжения на нагрузке (антенне) с помощью трансформаторов тока (TR1) и напряжения (TR2) выполненных на идентичных ферритах. Хорошо описано у DL2KQ.  Имея оба параметра куда точнее определяется, я бы рискнул здесь уже употребить слово "измеряется" мощность. Понятно что и КСВ будет измерен значительно точнее.   Я говорю "измеряется" потому что результат еще надо как-то отобразить, а для этого определённым образом обработать получившиеся напряжения. К недостаткам можно отнести то что схема не симметричная, если перепутать разъёмы входа и выхода работать не будет.  Зато сама схема может быть выполнена как на двух кольцах, так и на "бинокле", что обеспечит лучшую симметрию и соответственно точность. Очень хороша для обработки пик процессором или даже Ардуино: позволяет корректировать и калибровать данные математическим (программным) способом, что позволяет построить отображающую часть такую же точную как измерительная.  Но об этом позже. В народе такие измерители получили название "tandem match" что в точности соответствует идее схемы.  А еще к достоинствам можно отнести великое множество модификаций, что говорит о большом количестве сделанных устройств.  На приведённой здесь схеме есть даже достаточно полное описание деталей и материалов, что может быть взято за основу.

Сначала испытаем модель с двумя отдельными трансформаторами. В качестве выпрямителя я использовал схему с удвоением напряжения на ГД507 падение прямого напряжения на которых от 0,3 до 0,4 вольта. Минимум резисторов для того чтобы реализовать управляемый делитель напряжения и математическую коррекцию (калибровку). Особенно критичен начальный нелинейный участок вольт-амперной характеристики диодов.  Делая шаг назад, к датчику с двумя кольцами на одном проводе (Дайва), рассмотрим способ лечения.  Для коррекции этого  явления в модели Daiwa 801 применяется подпорка - для того чтобы "приподнять" над нолём старт детектирования, инженеры  включили между землёй и обмоткой трансформатора небольшое сопротивление. При возникновении тока в обмотке трансформатора на нём падает какое-то напряжение и оно смещает  детектор на начало линейного участка. См схему ниже. В нашем конкретном случае мы корректируем это математикой в Ардуино, но для стрелочных приборов это очень хорошее решение.

Возвращаемся к ТандемМатч. Основной недостаток - к антенне постоянно подключена первичная обмотка трансформатора TR2. И хотя АЧХ всего устройства удовлетворительная, а обмотка очень похожа на дроссель, но не дроссель по причине малой индуктивности, можно с уверенностью сказать что для приёма это плохо. Ну и, конечно, мощность измерения пропорциональна мощности опорного резистора(ров)
Pmax=(P[R3-R9])*N, где N - отношение витков трансформаторов. В нашем случае это 25.

 В связи с тем, что ферриты еще не приехали, трансформаторы всё такие же, на синих кольцах с проницаемостью в три раза больше чем нужно. Количество витков трансформатора для того чтобы получить нужные напряжения на выходе детектора (это удвоенное напряжение АЦП входов Ардуино = 10 вольт) и не слишком большую мощность рассеиваемую на опорных резисторах R3,R4, R8,R9, я вынужден был оставить 25, хотя  если не для этих целей, то рекомендовал бы 15-20 витков) И всё равно характеристика получилась достаточно  хорошая.

 В моих трансформаторах проницаемость 4500 и 25 витков приводят к неравномерностям которые вы видите на графике анализатора. Завтра, если приедут кольца, намотаю другие трансформаторы, жёлтенькие,  и поделюсь результатами.

P.S.  Пришли кольца  с проницаемостью в 1000 мю. Индуктивность обмотки трансформатора порядка 450 микроГенри при 25 витках. Картинка сильно изменилась. КСВ устройства приблизился к единице, волновое сопротивление до 54 Ом. Линейность вполне приличная. Это картинка тандем матч на отдельных кольцах

 Делаем то же самое на "бинокле".  Ну скажите, жалко ли за такое по 35 гривен за кольцо?

Последняя картинка анализатора - Дайваподобный детектор без удвоения напряжения и с подстроечными конденсаторами.

Но, если честно, то схема с трансформатором на бинокле требует усовершенствования. Чисто индуктивный датчик напряжения требует коррекции на ВЧ диапазонах.. Наличие емкостного делителя с подстроечным конденсатором в схемах Daiwa-подобных детекторов позволяет выиграть 4 Ома в сопротивлении и коррекцию крайних положений стрелки. И детектирование без удвоения.  На низких мощностях может показаться мало, зато при работе с усилитенлем меньше делить:-)  С другой стороны простота реализации биноклевидного способа тоже нравится.:-) Пора делать выбор переходить к стыковке модулей.  Перед заклейкой трансформаторов сфотографировал три варианта для испытаний по показаниям постоянного напряжения.

Теперь для каждого измерителя подключаю "живую" антенну и замеряю что показывает вольтметр на выходах прямой волны. Обратная, понятно, по КСВ на АФУ. На 40 и 80 антенна очень плохая. Оно и видно :-) Значение обратной волны в 0,1 означает ниже точности моего тестера.

Band	F	R	F	R	F	R
160	0,5	0,1	2,0	0,1	5,0	0,1
80	03	0,1	4,3	0,1	1,2	0,1
40	0,8	0,4	6,5	0,1	2,2	0,1
20	1,5	0,1	7,0	0,1	7,0	0,1
15	1,6	0,1	6.5	0,1	7,0	0,1
10	1,6	0,1	6,5	0,1	6,7	0,1
Тип	Daiwa подобный		Тандем кольца		Тандем бинокль

Лучшую "правдивость" показывает тандем матч на бинокле, но все характеристики очень отличаются от тех, что нарисовал антенный анализатор. Имейте это в виду, когда будете выбирать модель.

Лично я считаю что главное - хорошо слышать. И поэтому для себя делаю выбор в пользу клона Daiwa CN101L, в которой сигнал проходит через устройство без каких бы то ни было гальванических присоединений. В следующей части об автоматическом аттенюаторе для такой измерительной головки. 

Продолжение следует. "Как я делал SWR метр 4"

Измеритель мощности

Или конструкция выходного дня. Правда :-)    

С того момента как у меня заработал первый скетч на Ардуино я вынашивал мысль  сделать красивый КСВ метр и измеритель мощности и заменить один из стрелочных приборов в своём подарочном (от Sergio IK6IHI)) измерителе SWR-200B. На левом, стрелочном индикаторе будет отдыхать мой старческий глаз, а на правом, продвинутом, будет точное значение КСВ и при этом не надо будет выставлять ручку измерителя в зависимоти от частоты ( в оригинале прилагается таблица). Примерно так. Дисплей подобрал под размер окна.  Размахивая на работе ключом на 32 высчитывал в уме коэффициенты деления мощности ( у меня в мыслях было три диапазона)........  Думал как построю линейку индикатора мощности, в какие цвета покрашу....  Одним словом прожектёрствовал.

Ну не то чтобы совсем всё в уме. Сделал измерительную головку. Сначала на бинокле, потом с трансфоматором тока.  Хотел заменить хромированный волновод в оригинале. Одним словом обсасывал идею как немовля леденец пока руки не зачесались сделать :-)  Как принято, в понедельник, наконец решил спросить интернет кто как это делает. И выяснилось что уже год назад сделано :-)  И в точности так как я предполагал.  Только автор поумнее и сделал два диапазона автоматического переключения мощности вместо моих предполагаемых трёх. Динамического диапазона  АЦП Ардуины вполне хватает и точность из-за меньшего количества резисторов делителя будет выше. Посмотрите в интернете КСВ метр UT0IS.  Даже видео есть.

 Короче всё превратилось в конструкцию выходного дня. У меня в наличии не было только Ардуино Нано, первые шаги делал на Мега 2560. Но Новая Почта за день примчала мне Nano и за утро субботы я собрал математическую часть. Спасибо Сергею, выложил он много и аккуратно, но модель с меню мне не понравилась. Как говорят, уж слишком. Всё настраивается прямо в тексте скетча и заморачиваться еще двумя кнопками я не захотел.  Спаял с часами. Паял потому что намучался в предыдущих игрушках с соединительными проводками. Точнее разъёдинительными: в них постоянно пропадает контакт. С пайкой заработало сразу. Правда, как видите на фото, где-то осталась проблема с модулем часов. У меня модуль часов DS1307, я думал заработает. Но сразу не получилось. Зато  через час (после кавы) буду пробовать "живой звук" - включу на реальную антенну :-) Без часов :-)

Пока распаивал, пришёл к мысли, что такое маленькое устройство, да еще с часами:-), сам бог велел повесить на стенку над трансивером, а ветерана SWR-200B метр оставить нетронутым на полке как музейный экспонат. Жалко стало.....
P.S.  Для тех, кто возможно, будет повторять. В измерительной головке, которая приводится в материале, нагрузочные резисторы по 51 Ому SMD и мощность их 0,125 ватта.  Если вы замахнётесь вместе с автором (UT0IS) на индицируемую измерителем мощность в 1000 или даже 800 ватт, то даже при удвоении коэффициента трансформации тока (количество витков трансформатора,  у меня вообще не 1:12, а  1:28) мощность рассеиваемая на них будет около 2-х ватт. Так что нужно будет распаять 4 штуки SMD величиной 51 Ом, но мощностью в 0,5 ватта паралельно-последовательно, чтобы набрать мощность в 2 ватта.  Ну или один такой :-)
Продолжение смотри "Конструкция послевыходного дня"        Как сделать КСВ метр"

Как я делал SWR метр 4

Продолжение. Начало смотри - "Как я делал SWR метр 3"

"Фильм.  Часть седьмая. Тут можно поесть. Потому что я не видал предыдущие шесть"  :-)

Прежде чем вы начнёте читать дальше рекомендую всё-таки предыдущие материалы прочитать. Революционно нового нет ничего, но мне не придётся давать ссылки на каждую предшествующую схему или тезис.  Основываясь на проделанных опытах я рисую свою схему измерительной головки SWR метра.

Трансформаторы описаны ранее. Резисторы два по 50 Ом - не по 100. Суммарное сопротивление 25 ом которые шунтируют обмотку трансформатора тока.  Выпрямитель с удвоением напряжения. Ёмкости по 10 нанофарад сразу у концов дросселя. А выход из экранированной коробки детектора напряжения через проходные конденсаторы от 10 до 100 нанофарад. Что найдёте.

Теперь собственно переходим к отображаюшей части нашего прибора. Логическое ударение на слове прибор. Если помните, мы говорили про то что уже не хотим "показометр", а постараемся приблизить нашу модель к понятию "измеритель".  Измерение выпрямленного напряжения будет производится аналого-цифровым преобразователем Ардуино. Автоматическое изменение диапазона измеряемого напряжения так же будет осуществлять Ардуино с помощью несложной электрической схемы. Что бы не отнимать лавры первенства (или славы:-) у Сергея, UT0IS, берём без изменений его вариант. Он хорош и нет нужды в нём что-либо переделывать. (Если честно, я бы исключил электролитические конденсаторы, но уважая его труд не буду менять ничего:-) Измерительную головку, кстати, тоже можете выполнить по его схеме.

   Работает это просто: при возрастании мощности напряжение на аналоговых входах Ардуино возрастает, и когда оно приблизится к 5-ти вольтам (верхний предел АЦП микроконтроллера) на его выходе  12 (а можно на любом другом) выходе появится логическая единица. То есть напряжение около 5-ти вольт.  Назовём это напряжение "Devider ON".  Два транзистора VT1, VT2 откроются этим напряжением и "соединят с землёй" нижние концы резисторов R9 и R16, тем самым шунтируя резисторы R12 и R13. Таким образом выполнен аттенюатор напряжения примерно на 10.

Как вы видите в схеме присутствуют 4-ре подстроечных резистора которыми устанавливаются значения прямой и отражённой волн в двух диапазонах мощности: 100 и 1000 ватт.

Несмотря на наличие опорных измерительных резисторов в схеме детекторной головки (два по 100 Ом чтобы поднять суммарную дозволенную мощность на этих резисторах) шкалу прибора всё равно придётся калибровать. То есть "доводить" стрелку до конца шкалы при максимальной мощности передатчика вращая потенциометр.  А всего их 4-ре.  Рассмотри  проблемы с нелинейным отображением проходящей через прибор мощностью. На рисунке ниже вольт амперная характеристика диода и поЯсняющие линии :-)

Совершенно очевидно что мы будем детектировать ток (после трансформаторов тока), пропуская его через сопротивления на землю получим напряжение прямо пропорциональное току, но искажённое нелинейной характеристикой диода. Характеристика становится еще более нелинейная при включении диодов в схему с удвоением напряжения.  Точнее увеличится крутизна характеристики из-за чего её начальный участок станет более нелинейным. Чёрным цветом показана желаемая (линейная) характеристика описываемая законом Ома с учётом коэффициента К, отражающим конкретные характеристики нашей электрической схемы: омическое сопротивление проводников, соотношение величин сопротивления и получаемого на вход схемы тока и т.д.   Продвигаясь в этом же направлении можем заметить что дела еще хуже, чем кажется на первый взгляд.

Если мы попробуем подавать через нашу детекторную головку мощность в антенну и попробуем измерять детектируемое напряжение при каждом конкретном значении мощности то увидим кривую которая нас очень расстроит.  Во-первых мы увидим "мёртвую зону" Z, обусловленную тем, что даже германиевый диод не может детектировать напряжения менее 0,3-0,4 В. Далее будет граничная зона в которой погрешность  так же будет очень велика из-за малых значений измеряемого напряжения. Потом нелинейность диодов. Потом квадратичная зависимость  мощности от напряжения. А как известно одна дождинка еще не дождь, но а если их много? Нелинейно отображающая напряжение головка микроамперметра, неточный шунт, округление в квадратичной зависимости или любых других вычислениях? А при делении напряжения при возрастании мощности (второй поддиапазон) степень ошибки увеличится во столько же раз. А  ещё "ручная" доводка потенциометрами вообще не даст нам назвать свой девайс измерительным прибором :-(

Становится понятным что напряжение отражающее реальную величину проходящей мощности имеет более сложный вид, точнее формулу. Идея компенсировать недостатки каждой отдельно взятой детекторно-измерительной системой математикой для получения точного значения (соответствия) проходящей мощности позаимствована (с его любезного разрешения) у Геннадия UN7FGO. Подробнее можно почитать у него на сайте -   gen-gen.ru

Первым делом можно модифицировать схему трансформаторов тока для устранения мёртвой зоны. На рисунке ниже два резистора R3 и R4 по 25 ом при прохождении по обмотке трансформатора и детектору тока,  "приподнимают" нижнюю точку детектора до начала линейного участка.  Так сделано в КСВ метре Daiwa CN801.

  Но далее всё равно остаются несоответствия изменения декретированного напряжения проходящей мощности по причинам перечисленным выше. То есть зависимость (функция) мощности имеет вид квадратичного уравнения, но уже с коэффициентами:

P=a*Uквадрат+b*U+c, 

где a,b и c коэффициенты описывающие нашу реальную конкретную плату детектора. Построив такую функцию мы заставим устройство  корректировать само себя путём учёта этих коэффициентов в расчёте мощности по полученному напряжению.  Построив график зависимости изменения напряжения в нескольких точках, далее можно получить точный закон изменения выпрямленного нашим устройством напряжения.

 В статье Геннадия рассказано, как получить эти коэффициенты с помощью Excel из пакета Microsoft Office. В сокращённом виде, без описания его скетча для Ардуино, методика определения коэффициентов a,b и c для последующей корректировки формулы подсчёта проходящей мощности по детектированному напряжения описана им на сайте "Свободный Микрофон".
 Построив приблизительный график для конкретного устройства "по точкам", поручим Excel построить функцию максимально приближенную к зависимости нашего устройства и высчитать коэффициенты для последующего использования в формуле расчёта Ардуино. Цитируя Геннадия, "В результате мы измерили и получили математическое описание сделанной нами системы измерения подручными средствами. Причем мы сразу учли все недостатки и нелинейности нашей как измерительной, так и детектирующей системы, заменив тем самым сложные электронные преобразования математикой, не заморачиваясь на подбор значений элементов схемы и режимов их работы.." Эти меры очень сильно повышают точность показаний самодельного измерителя. Само отображающее устройство на Ардуино уже готово, останется только ввести в формулу подсчёта мощности эти коэффициенты и прибор готов. Не забывайте, что с неравномерностью показаний в зависимости от частоты мы поборолись ранее, добившись линей ной зависимости в КВ диапазоне.
Продолжение: " Как я делал SWR метр 5"

Сумматор для WEB SDR

   Неделю назад мне напомнили моё обещание раскрыть секрет сложения сигналов с антенн НЕ на коаксиальных трансформаторах. Конечно же я вспомнил про это и заказал пару ВЧ биноклей и колец. Вчера они пришли, сегодня начинаем рассказ. Во-первых расскажу почему для наших целей не подходят коаксиалы. Главная причина в том, что они резонансные.  То есть работают для одной частоты (одного диапазона). Одной, хорошо работающей на всех диапазонах ( обращаю ваше внимание на то, что WEB SDR для радиолюбителей и поэтому весь радиочастотный спектр нас не интересует) антенны нет. Для работы на WEB SDR приёмника нужно чтобы сигналы с диапазонных антенн (и возможно полосовых фильтров) суммировались на один коаксиальный разъём с сопротивлением 50 Ом. Полосовые фильтры весьма желательны так же как и приведение уровней сигналов со всех антенн к приемлимому для того чтобы первышение уровней сигналов не выходило за границы динамического диапазона входа приёмника. Но это настолько усложнит конструкцию, что тогда лучше от  неё отказаться:-)  Овчинка выделки не стоит.

 Сама идея WEB SDR родилась в порыве альтруистических переживаний о бедных радиолюбителях, у которых нет хороших антенн или плохие условия приёма, например центр большого города. У меня достаточное количество антенн на все диапазоны, но диполь на 80 не будет хорошо работать в качестве антенны для 20 метрового диапазона. И первое время у меня в зависимости от времени суток просто переключались две антенны: днём - Уда-Яги на 10/15/20, вечером диполь 80 метрового диапазона. Но это работает для наших, местных, радиолюбителей.  Если количество часовых поясов между моим приёмником и пользователем моего WEB сервиса большое, то эта философия не работает.  В точке где работает приёмник ночь, а на дальнем востоке уже вовсю двадцатка. Поэтому правильным решением будет суммировать попарно и далее попарно все диапазонные антенны с полосовыми фильтрами на один антенный разъём, который собственно и будет подключён к приёмнику. 

Когда-нибудь, может я так и сделаю, но сегодня я могу объединить на один разъём антенны invV на 40 и 80 и invV на 30 .  После этого можно будет поставить полосовой фильтр от 3 до 13 мгц и получить достаточно уверенный приём в этом участке радиолюбительских диапазонов.
И хотя сумматоры на резисторах и ШПТ работают по разному, думаю с наяижкой, но можно упростить общую схему до сумматора на резисторах. Просто чтобы был понятен смысл. Кто еще помнит, по закону Киркгофа сумма токов протекающих через резисторы R1 и R2 создаст на резисторе R3 падение напряжения равное сумме токов через R1 и R2 (сумме сигналов на входах 1 и 2).  В случае сумматора на ШПТ эквивалентная схема несколько видоизмениться, но суть остаётся та же. На рисунках представлены только сигнальные цепи.

     Теперь посмотрим как это сделал я. Схема сумматора традиционная со сложением мощностей в одном "бинокле" и трансформатором сопротивлений, вернее с автотрансформатором, приводящим импеданс сумматора от 25 ом до 50, как требуется для входа приёмника. В связи с тем, что сопротивления подключаемых антенн могут отличаться от 50 Ом, предусмотрена пара-тройка "лишних" обмоток автортрансформатора. Я, правда, не делал. Может и зря :-) Настройка к КСВ=1 достигается изменением подключения  точки земли.  В штатном режиме это конец пятой (от выхода сумматора) обмотки - трансформатор 1:2.  На фотографии схема, детали и корпус сумматора.

Феериты куплены на OLX. В связи с тем, что это для приёмника, типоразмеры выбраны скромные. Это колечки FT37-43 и бинокли BN43-202. "Бинокль" намотан витой парой из Ethernet кабеля 100 мгБит и содержит 4 витка, автотрансформатор содержит пять витков ПЭЛ0.6 НЕ СВИТЫМИ ВМЕСТЕ 6-ю проводами. при такой намотке у линий будет минимальная паразитная ёмкость и, шунтированные резисторами по 50 ом они обеспечат широкополосность трансформатору. То есть не будут резонансной цепью. Обратите внимание  - трансформатору сопротивлений. Зависимость квадратичная, поэтому соотношение трансформатора 5:6.  Если выбрать ферриты покрупнее, можно выиграть в динамическом диапазоне сумматора :-)

С коробочкой пожадничал. Намотанный автотрансформатор очень трудно было паять. Когда наконец распаял, как я думал правильно, пришла пора проверять устройство.  На приём вроде работает хорошо, по крайней мере когда одну антенну вытаскиваешь - разница заметна. Да и на двадцатке сила сигнала зависит от азимута.  Но  так как это устройство абсолютно симметричное - работает и как сумматор и как девайдер, то его можно проверить включив на выход передатчик через  КСВ метр, а на входа повесить эквивалент подключенных антенн - два безиндукционных резистора по 50 Ом.   ВНИМАНИЕ! При испытаниях не забудьте что у вас шунтирующие резисторы по 0,125 ватта.  Если подавать с трансивера ватт 10 быстро сгорят.

Сказать, что  устройство меня удовлетворило не могу, хотя на приём такой КСВ не слишком критичен.  Да и завал частотной характеристики не порадовал, на ВЧ диапазонах уровни и так слабые. Но цель достигнута. Невысокие результаты обусловлены скорее всего неаккуратностью исполнения и свойствами ферритов. Есть еще и крамольная мысль о насыщении феррита колечка 10 ваттами.  Будет время, перемотаю автотрансформатор. А пока вот вид готового устройства.
P.S. Перемотал трансформатор. Положил витки ровнее и внешние резисторы спрятал  в коробочку.  Поскольку они  0,125 ватта,  сигнал с трансивера уже не подашь - сгорят.  Попросил  у Саши UX2RZ антенный анализатор. С полосой пропускания проблема исчезла.

Частотная характеристика стала намного ровнее. КСВ сами видите - хороший.  Картинка для подключенных вместо антенн безиндукционных резисторов по 50 Ом.

При подключении антенн картинка портится, но виноваты сами антенны, вернее кабеля. Ниже картинка при суммировании трайбендера 20/15/10 метров и invV на 10 мГц. Не могу объяснить, но резонансы на графиках почему-то заметно сдвинуты вверх (килогерц на 200 ;-( Может быть погрешность прибора?  Но КСВ по диапазонам очень даже неплох - очень близко к тому что обеспечивает каждая из антенн отдельно.

Ниже картинка для суммированных антенн 160 и 30 метров. Такой же результат - как будто одна антенна. Как побочный эффект - хороший КСВ в широкой полосе :-)

Знакомство с VNA

Попросту нормальной логики анализатор:-)

Заходил поболтать Андрей UR5RFF, показал свой антенный (и, кстати, не только антенный) векторный анализатор. Порадовали размеры: в четыре раза меньше пачки сигарет. Сделанный на SMD, полосках и т.д. имеет граничную полосу в 3 гигагерца. Огорчили бздюшные разъёмы, контакт в которых пропадает  через два на третий замер.  И руки страшно приложить - как бы не сломать....

  В связи с тем, что рисует графики Смитта, становится возможным измерять и рассчитывать (по ним же) звенья согласования, цепочки LC фильтров, ФВЧ, ФНЧ, и, конечно, согласующих трансформаторов. Типа полуволновый повторитель:-).

   В принципе нашему брату, который по верхам и больше радист, чем конструктор АФУ, нафиг не надо, но радует что есть возможность если что-то в голову взбредёт проверить-померять. Стоит хоть чуток "въехать" в этот график и сможешь посмотреть что на самом деле представляет для радиосигнала всё то что у тебя прячется за разъёмом который ты подключаешь к трансиверу. 

  Это просто такое представление (не конкретного участка частотного диапазона и твоих проводов в виде антенны и по осям абсцисс и ординат, а виде окружности, форм-фактора квадрата) с отражением КСВ, реактивных (над центром индуктивное, под центром ёмкостное) сопротивлений, фаз, в зависимости от частоты. Можно добавить в указанном диапазоне.

    На рисунке зелёная спираль - это как раз изменение по частоте. Бирюзовые окружности в центром в "1"  - это КСВ. Становится понятным, что за разъёмом прячется сложный комплекс взрослых отношений между Ёмкостью и Индуктивностью, отягощённый плохой наследственностью Фазы и порочными наклонностями Реактивного сопротивления :-)

  Занимаясь в последнее время исследованиями собственно ответвителей и детекторов, заметил, что уже привычные нам двухстрелочные показометры типа Daiwa показывают два (уже!) параметра, а о остальных 6-ти скромно умалчивают...:-(  Сделав полностью цифровой КСВ и мощемер с использованием математики для описания точной функции получившегося устройства тоже сначала не мог понять почему так непривычно точно  показывает параметры антенны для каждой частоты даже в пределах одного диапазона  (с большой разницей).

Но потом дошло. В описаниях почти всех КСВ метров упоминается понятие "калибровка", что на самом деле есть подтягивание за уши верхнего и нижнего пределов  показометра :-) Не путайте с понятием "калибровка" в векторных анализаторах и уже даже в цифровом КСВ метре, в котором присутствует построение математической функции передачи детектор-отображатель (см. "Как я делал SWR метр 4")  

  Промеряв свои УКВ антенны на анализаторе АА600, гордился тем, что всё у меня ОК в широкой полосе частот и КСВ. Посмотрев то же самое на VNA увидел, что широкополосность моя достигается за счёт того, что  минимумы КСВ  разнесены  на 4 мГц: первый на 142, второй на 146 :-(  А это значит что усиление меньше чем могло бы быть :-(  Красный синус импеданаса - это наложенный параметр не отмерянного до размеров повторителя кабеля.

На 433 картинка получше. Поровнее. Да и трудно было бы получить такую полосу другим способом. 

 Порадовала возможность очень качественного ZOOM.  На картинке первый же зум, хотя можно было попросить еще....  Получается чем точнее прибор, тем больше вопросов появляется в результате измерений :-)    Такое вот вышло знакомство.