Антенноскоп: высокочастотный измерительный мост для настройки антенн

Что такое антенноскоп и как он работает. Какие преимущества дает использование антенноскопа при настройке антенн. Как самостоятельно изготовить антенноскоп и правильно им пользоваться. Какие измерения можно проводить с помощью антенноскопа.

Что такое антенноскоп и для чего он нужен

Антенноскоп представляет собой высокочастотный измерительный мост, используемый радиолюбителями для настройки антенн. Это устройство относится к типу уравновешенных мостовых измерителей и позволяет получить дополнительную информацию об антенно-фидерном тракте по сравнению с обычными КСВ-метрами.

Основные функции антенноскопа:

• Измерение входного сопротивления антенны
• Определение коэффициента стоячей волны (КСВ)
• Анализ согласования антенны с передатчиком
• Настройка антенно-фидерных устройств

Благодаря этим возможностям антенноскоп значительно облегчает процесс настройки антенн и позволяет добиться их оптимальной работы.

Принцип работы антенноскопа

В основе работы антенноскопа лежит принцип измерительного моста. Схема содержит четыре плеча:

• Два фиксированных резистора образуют верхние плечи моста
• Регулируемое плечо с переменными резисторами
• Измеряемое плечо, к которому подключается антенна

Высокочастотный сигнал от генератора подается в диагональ моста. При подключении антенны происходит разбаланс моста. Вращением регулируемого плеча добиваются минимальных показаний индикатора, что соответствует балансу моста. В этом состоянии сопротивление регулируемого плеча равно входному сопротивлению антенны.

Преимущества антенноскопа перед КСВ-метром

Антенноскоп имеет ряд преимуществ по сравнению с распространенными КСВ-метрами:

1. Позволяет измерять активную составляющую входного сопротивления антенны
2. Дает возможность оценить реактивную составляющую по глубине минимума
3. Обеспечивает более точную настройку согласования антенны с передатчиком
4. Работает в широком диапазоне частот (до 30-50 МГц)
5. Не требует большой мощности от передатчика для измерений

Благодаря этим особенностям антенноскоп позволяет получить более полную информацию об антенно-фидерном тракте и точнее его настроить.

Конструкция антенноскопа

Типовая конструкция антенноскопа включает следующие основные узлы:

• Измерительный мост на резисторах
• Высокочастотный генератор
• Усилитель мощности
• Индикатор баланса моста
• Переключатель режимов работы
• Гнезда для подключения антенны и измерительных приборов

Устройство обычно выполняется в металлическом корпусе с выведенными на переднюю панель органами управления. Питание осуществляется от автономного источника или бортовой сети.

Особенности схемы измерительного моста

Ключевые элементы схемы измерительного моста:

• Резисторы R5 и R6 образуют верхние плечи моста
• Последовательно включенные R7 и R8 — регулируемое плечо
• Диодный детектор VD1-C9 в измерительной диагонали
• Индикатор баланса PA1 с регулировкой чувствительности

Такая схема обеспечивает точную балансировку моста и определение сопротивления в широком диапазоне частот.

Изготовление антенноскопа своими руками

Чтобы самостоятельно изготовить антенноскоп, понадобятся следующие компоненты и материалы:

• Металлический корпус размером примерно 130x80x40 мм
• Печатные платы из фольгированного стеклотекстолита
• Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности
• Полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды)
• Переменные резисторы и переключатели
• Кварцевый резонатор
• Гнезда для подключения
• Провода для монтажа

Сборку рекомендуется выполнять на двух отдельных печатных платах — для генератора и измерительного моста. Важно обеспечить экранирование высокочастотных узлов.

Настройка собранного прибора

После сборки антенноскопа необходимо выполнить его настройку:

1. Настроить контур генератора на частоту кварцевого резонатора
2. Установить требуемый уровень ВЧ напряжения на мосте (9-10 В)
3. Проверить работу индикатора баланса
4. Откалибровать шкалы измерения сопротивления и КСВ

Правильно настроенный прибор обеспечит точные измерения в широком диапазоне частот.

Методика измерений с помощью антенноскопа

Для проведения измерений антенны с помощью антенноскопа следует придерживаться следующей последовательности действий:

1. Подключить антенну к измерительному гнезду прибора
2. Установить частоту генератора на требуемое значение
3. Вращением регулируемого плеча добиться минимума показаний индикатора
4. Измерить суммарное сопротивление регулируемого плеча
5. Определить КСВ по шкале соответствующего индикатора

При измерениях следует учитывать, что входное сопротивление антенны может иметь как активную, так и реактивную составляющие. Антенноскоп измеряет преимущественно активную часть.

Интерпретация результатов измерений

Результаты измерений антенноскопом позволяют сделать следующие выводы:

• Сопротивление близкое к 50 Ом указывает на хорошее согласование
• Большое отклонение от 50 Ом говорит о необходимости настройки антенны
• Неглубокий минимум свидетельствует о наличии реактивной составляющей
• КСВ больше 1.5 требует дополнительного согласования антенны

На основе этих данных можно целенаправленно проводить настройку антенно-фидерного тракта для получения оптимальных характеристик.

Применение антенноскопа в полевых условиях

Антенноскоп особенно полезен при настройке антенн в полевых условиях. Его преимущества в этой ситуации:

• Автономное питание от аккумулятора или бортовой сети
• Компактные размеры и небольшой вес
• Возможность быстрого проведения измерений
• Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании
• Работа в широком диапазоне частот

Это позволяет оперативно настраивать антенны непосредственно на месте их установки, добиваясь максимальной эффективности работы.

Особенности измерений в полевых условиях

При проведении измерений антенн в полевых условиях следует учитывать ряд факторов:

1. Влияние окружающих объектов на характеристики антенны
2. Изменение параметров антенны при механических воздействиях
3. Необходимость повторных измерений после корректировок
4. Зависимость результатов от погодных условий

Учет этих особенностей позволит получить более достоверные результаты измерений и настройки антенн в реальных условиях эксплуатации.

Дополнительные возможности антенноскопа

Помимо основных функций, антенноскоп может быть дополнен рядом полезных возможностей:

• Встроенный частотомер для точного контроля частоты генератора
• Цифровая индикация измеряемых параметров
• Расширенный диапазон рабочих частот (до 200 МГц и выше)
• Возможность подключения к компьютеру для анализа данных
• Функция измерения емкости конденсаторов

Эти дополнительные функции расширяют сферу применения прибора и повышают удобство его использования.

Модернизация базовой конструкции

Для улучшения характеристик антенноскопа можно выполнить следующие доработки:

1. Замена аналоговых индикаторов на цифровые дисплеи
2. Внедрение микроконтроллера для автоматизации измерений
3. Добавление графического дисплея для визуализации результатов
4. Реализация интерфейса для связи с компьютером
5. Расширение диапазона рабочих частот

Такая модернизация позволит создать более функциональный и удобный в использовании прибор для настройки антенн.

Russian HamRadio — «Антенноскоп» — высокочастотный измерительный мост.

При настройке антенн в радиолюбительской практике используют мостовые измерители двух типов: неуравновешенные и уравновешенные. Первые известны как КСВ-метры и получили относительно широкое распространение. Вторые в литературе обычно называют антенноскопами. Они встречаются реже, хотя позволяют получить об антенно-фидерном тракте радиостанции некоторую дополнительную (по сравнению с КСВ-метрами) информацию, анализ которой может облегчить его настройку. Для изготовления антенноскопа радиолюбители обычно используют удачную конструкцию, описание которой было описано ранее [1] в книге К. Ротхамеля Антенны. Прибор, о котором пойдет речь в этой статье, отличается от него более удобной балансировкой моста и более точным определением сопротивления, соответствующего балансу моста. Рис .1. Принципиальная схема прибора для измерений в антенно-фидерном тракте радиостанции, состоящего из измерительного генератора и уравновешенного моста, изображена на рис. 1. Собственно мост с индикатором баланса представляют собой отдельный узел, который работает в широкой полосе частот. Верхняя частотная граница определяется конструкцией моста (паразитными емкостями и индуктивностями) и в обычном исполнении без труда достигает значения 30…50 МГц. Мост может использоваться с внешним генератором, обеспечивающим на нем высокочастотное напряжение несколько вольт. Для этих целей подойдет и собственно радиостанция, но уровень ее мощности надо уменьшить до требуемых значений — регулятором уровня (если он есть) или дополнительным аттенюатором. Однако если необходимо работать в полевых условиях, мост целесообразно объединить в одном приборе с генератором, который питается от автономного источника. Именно такой его вариант, предназначенный для измерений в Си-Би диапазоне, и описан в статье. В отличие от распространенных конструкций антенноскопов в этом приборе балансировка моста осуществляется двумя последовательно включенными резисторами, что позволяет точнее произвести эту операцию. Наличие двух резисторов практически исключает возможность отсчета сопротивления , соответствующего балансу моста, по шкале прибора. В приборе для определения сопротивления предусмотрено его измерение с помощью внешнего омметра. ВЧ напряжение от генератора поступает в точку соединения резисторов R5, R6, образующих верхние плечи моста. Соединенные последовательно резисторы R7 и R8 составляют регулируемое плечо, а измеряемым является входное сопротивление антенны или антенно-фидерной системы, подключаемых к прибору через гнездо XW1 «RX». Как видно из схемы, регулируемое плечо R7R8 соединено с мостом через переключатель SA1.1. Он позволяет подключать это плечо и к гнезду XS2 для измерения установленного при балансе суммарного сопротивления резисторов с помощью омметра (мультиметра). В измерительную диагональ моста включена цепь VD1C9, со средней точкой которой соединена цепь VD2R9C8R10 со стрелочным индикатором баланса РА1 (R10 — регулятор его чувствительности). Еще одно отличие этого моста от упоминавшегося антенноскопа из книги К. Ротхамеля — он питается ВЧ напряжением относительно общего провода. С ним же соединены нижнее плечо моста (R8), оплетка коаксиального кабеля и противовес антенны (через гнездо XW1), а также измерительная цепь индикатора баланса РА1. Благодаря такому решению уменьшается влияние тела оператора на результате измерений. Встроенный генератор собран на транзисторе VT1 с колебательным контуром L1C1 в коллекторной цепи и кварцевым резонатором ZQ1 в цепи базы. С катушки связи L2, индуктивно связанной с L1, ВЧ напряжение с генератора подается на вход усилителя мощности, выполненного на транзисторе VT2. Резистор R4 ограничивает его ток базы, дроссель L3 является коллекторной нагрузкой, а последовательный колебательный контур L4C7 служит для установки необходимого уровня ВЧ напряжения питания измерительного моста. Генератор и усилитель питаются постоянным током от стабилизатора напряжения DA1. Внешний источник должен обеспечивать напряжение 12… 15В при токе нагрузки до 100 мА. Его подключают через гнездо XS1. Светодиоды HL1 и HL2 — индикаторы подачи питания на прибор и режимов его работы. В режиме «Отсчет», т. е. при измерении суммарного сопротивления резисторов R7 и R8 выносным омметром, питание отключается во избежание перегрузки индикатора РА1, возникающей при резком разбалансе моста вследствие отключения регулируемого плена. Рис.2. Прибор выполнен в металлическом корпусе размерами 130x80x40 мм. В «полевых» условиях (на автомобиле, на катере) его питают от бортовой сети транспортного средства, а в домашних — от аккумуляторной батареи или сетевого блока питания трансивера. Все органы управления выведены на лицевую панель, а гнезда — на боковые стенки. Остальные детали смонтированы на двух печатных платах из фольгированного стеклотекстолита, чертежи которых показаны на рис. 2 (узел А1) и 3 (узел А2). Все соединения выполнены короткими жесткими проводами, плата А1 помещена в отдельный металлический экран из листовой латуни толщиной 0,5 мм. При монтаже использованы постоянные резисторы МЛТ, конденсаторы К50-35 (С5), КТ, КД и КМ (остальные). Переменные резисторы R10 СПЗ-4аМ, R7 — сдвоенный СПЗ-3дМ с номинальным сопротивлением 1 кОм (секции соединены параллельно), R8 -СП2-За. Номинальные сопротивления резисторов R5 и R6 (примерно 200 Ом) некритичны, однако важно, чтобы они были одинаковыми (допустимое отклонение — не более 5 %). Суммарное сопротивление резисторов R7 и R8 (600 Ом) выбрано исходя из возможных значений входных сопротивлений большинства антенн. Кварцевый резонатор ZQ1 — любой малогабаритный с собственной частотой (или третьей гармоники), соответствующей частоте одного из средних (15-25) каналов поддиапазона (сетки) «С» Си-Би. Катушки L1, L2 и L4 намотаны проводом ПЭВ 0,31 на полистироловых каркасах диаметром 7,5 мм с подстроечниками СЦР-1 из карбонильного железа. L1 содержит 12, L2 (намотана поверх L1) — 4, L4 — 10 витков. Дроссель L3 — унифицированный ДМ-0,1 с индуктивностью 20 мкГн. Высокочастотное гнездо XW1 СР-50-73П8, XS1 и XS2 — любые низкочастотные экранированные. Переключатель SA1 — малогабаритный тумблер любого типа на два положения и два направления. При повторении прибора для работы на других диапазонах надо изменить все элементы, влияющие на его частотные характеристики (кварцевый резонатор, катушки и конденсаторы колебательных контуров). При налаживании прибора вращением подстроечника катушки L1 настраивают контур L1C1 на частоту кварцевого резонатора. Далее устанавливают ВЧ напряжение на измерительном мосте. Для этого вместо последнего к конденсатору С6 подключают постоянный резистор сопротивлением 120… 130 Ом с рассеиваемой мощностью 0,5…1 Вт и, изменяя подстроечником индуктивность катушки L4, устанавливают на нем ВЧ напряжение 9… 10 В. В заключение удаляют резистор и восстанавливают соединение конденсатора С6 с мостом. Рис.3. Перед пользованием прибором движок переменного резистора R10 необходимо установить в положение, соответствующее минимальной чувствительности РА1 (по схеме нижнее), а переключатель SA1 — в положение «Отсчет». Затем к гнезду XS1 подключают источник питания (при этом должен загореться светодиод HL2) , к гнезду XS2 — мультиметр в режиме измерения сопротивлений от 0 до 600 Ом, а к XW1 — согласуемую антенну с неизвестным входным сопротивлением RA. Далее переключатель SA1 переводят в положение «Баланс» (загорается светодиод HL1) и изменением сопротивления введенных частей переменных резисторов R7 (грубо) и R8 (точно) добиваются минимума показаний микроамперметра РА1, одновременно повышая его чувствительность уменьшением сопротивления резистора R10. Минимальное показание при максимальной чувствительности прибора соответствует точному балансу моста. После этого переключатель возвращают в положение «Отсчет» и по показанию омметра определяют суммарное сопротивление резисторов R7, R8. Закончив измерения, переводят движок резистора R10 в исходное положение и выключают питание. В общем случае входное сопротивление антенно-фидерного тракта при КСВ, не равном 1, имеет как активную, так и реактивную составляющие. Поскольку антенноскоп не имеет в регулируемом плече элементов компенсации реактивной составляющей, то в отдельных случаях минимум, соответствующий балансу моста, может быть не очень глубоким. Но, тем не менее значение сопротивления, полученное в результате измерений антенноскопом, близко к значению активной составляющей входного сопротивления антенно-фидерного тракта. Его можно использовать при настройки антенны для оценки степени согласования передатчика с антенно-фидерным трактом и для улучшения степени согласования. Л. Никольский, Б. Татарко Литература: 1. К. Ротхамель Антенны. Пер. с нем. — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Энергия, 1979. МРБ, вып. 1998

Антенноскоп

Антенноскоп

Антенноскоп – измеритель F-C

      Этот прибор был построен еще в 2006 г. и за это время при настройке антенны не однократно оказлся очень полезным. Он был построен по схеме оного из старых вариантов антенноскопа MFJ. С помощью прибора можно измерить входное сопротивление антенны и КСВ в диапазоне частот от 1,5 до 33Мгц. Хотя схема должна работать до 200Мгц, в моем варианте не удалось добиться к устойчивой работе генератора высше 35-40Мгц. Может быть просто потребовалось бы более тщательная подборка транзисторов, но при отсутствии такой возможности мне пришлось довольствоваться таким, более узким диапазоном.

      Схема состоит из широкополосного генератора на транзисторах VT1 и VT2. Сигнал снимаемый с генератора подается на транзистор VT3, который является широкополосным усилителем мощности. Эмиттерный повторитель на транзисторе VT4 служит буферным каскадом. Измерительный мост на резисторах R1 – R3 выравнивается при подключении к антенному входу 50 омную нагрузку. В одном плече через усилитель постоянного тока на IC1/D измеряется сопротивление нагрузки ( входное сопротивление антенны ). Во втором плече моста через усилитель постоянного тока на IC1/C измеряется КСВ по отношению к 50 ом.

      Очень важный элемент схемы, автоматический регулятор амплитуды генератора (АРУ). Амплитуда генератора контролируется через выпрямитель на диоде VD3. Выпрямленное диодом постоянное напряжение поступает на инвертирующий вход усилителя постоянного тока на IC1/B и с его выхода на затвор транзистора VT6, который включен в цепи истоков транзисторов генератора на VT1 и VT2. И так генератор охвачен отрицательной обратной связью. Если амплитуда на выходе генератора поднимается VT6 начинает запираться и уровень амплитуды генерируемой частоты падает, или на оборот.

       Антенноскоп желательно оснащать цифровой шкалой. Для подключения частотомера в схеме имеется истоковый повторитель на транзисторе VT5. В своем приборе я встроил частотомер «Макеевский который измеряет частоту в двух диапазонах, от 1Гц до 50Мгц и от 40Мгц до 1,2Ггц и имеет дополнительную функцию, измеритель емкости конденсаторов от 10пф до 10000Мкф. Через переключатель, установленный на передней панели прибора частотомер можно подключить к антенноскопу и использовать как шкалу генератора, или отключить от генератора и использовать частотомер в прямом назначении, т. е. для измерения частоты или емкости конденсаторов. Для этого на передней панели прибора установлены дополнительные разъемы для подачи измеряемой частоты и для подключения конденсаторов.

       Настройку прибора нужно начинать с настройкой генератора на нужные частоты. В моем приборе 1,5 – 33Мгц удалось перекрыть в 5 диапазонах, но это зависит от применяемой КПЕ. Я применил КПЕ от радиоприемника ВЭФ 206 используя одну из двух секций емкостью до 350пф. Можно применить и других КПЕ с другими номиналами, но желательно с воздушным зазором. Элементы диапазонных колебательных контуров, бесподстроечные, но если желаем обойтись длинных и кропотливых подборок элементов, индуктивностей нужно встроить с подстроечными сердечниками.

      Правильно собранный прибор больше особых наладок не требует. С потенциометром P1 отрегулируем уровень АРУ при котором поддерживается одинаковый уровень на каждом диапазоне. С потенциометрами P2 и P3 градуируем показание стрелочных индикаторов. К антенному входу подсоединяем безындукционный резистор сопротивлением 50 ом/2W.