Автор Тема: Правильный УКВ мост и правильная методика измерения КСВ  (Прочитано 35653 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн RZ4HD

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3834
  • Репутация: +412/-142
  • Дружу с паяльником 52 года
        Здравствуйте, коллеги. Хотел бы в этой теме обсудить вопрос правильного конструктива и правильного изготовления моста для измерения КСВ на УКВ, а так же вопрос правильной методики измерения и самого измерения КСВ мостовым методом. Обсудить и сопутствующие  вопросы: применяемые девайсы и прочее. Кто как панорамно смотрит изменение КСВ в зависимости от частоты самодельными приборами и производит ли при этом непосредственное измерение значение КСВ. Промышленные приборы не хотелось бы рассматривать.
         Иван RA3WDK разработал прибор, который может работать панорамой КСВ,  но я не знаю можно ли этим прибором измерять значение КСВ и какова методика. У меня все узлы подобного прибора так же сделаны, они стоят в корпусе, но не доходят руки до полного завершения прибора. Там, правда есть и генератор шума и частотомер. Это измерительный комплект УКВиста. Очень хотелось, что бы поддержку этой теме оказали те, кто занимается разработкой приборов и их ремонтом,  кто видел подобное железо изнутри.
          Думаю, что имеет смысл обсудить два проекта. Один для частот не выше 1300 МГц, а то и до 432 МГц. Второй для 1300 МГц и выше. Пока не знаю до какой степени по частоте можно сделать мост дома. Токарные и фрезерные работы при необходимости могу применить если какой-то конструктив позволит сделать приличную частоту работы моста. Появлению этой темы предшествовало то, что мне удалось купить четыре эталона КСВ с советскими разъемами N типа и, кроме того, эталоны КСВ, работающие на 5600 МГц  может изготовить и оттарировать на этих частотах RA3WDK .
        Мост, приведенный на Рис1. – Рис3. разрабатывался для работы в качестве просто панорамы КСВ с характериографом Х1-47.     Он позволял определить частоты характеристических точек графика изменения КСВ от частоты. Этого порой бывало достаточно. Затем были изготовлены и поверены эталоны КСВ   для этого моста и можно  было при помощи портативных радиостанций измерять значение КСВ нагрузки на выбранных  частотах. Это стало некоторым продвижением вперед по сравнению с просто панорамой. Мост на частотах 1296 МГц не проверялся. Просто не было нагрузок для таких частот.
            Затем был сделан мост для панорамы КСВ РК2-47. Она мне досталась в виде двух ящиков без ЗИПа и соединительных проводов. Мост был отчасти повторен как у панорамы, так как был изготовлен именно для нее, но один из резисторов моста (референсный)  отсутствовал. Точнее он был вечно запаянным. Этот мост так же можно было подключать к портативной радиостанции с применением аттенюатора: входной разъем от генератора был N типа, а разъем для подключения нагрузки был советским N типа. Это давало возможность калибровать прибор отечественными эталонами для измерения КСВ.
           Для счастливых обладателей ЗИПа от измерительных приборов был сделан простой мост,  работающий на 1296 МГц. В ходе измерений были применены эталоны с КСВ 1.05; 1.2; 1.4; 2.0. При этом для измерений использовался как ГСС с мощностью 20 мВт, так и портативные радиостанции с мощностью  1 Ват и аттенюатором на 6dB (подводимая мощность к мосту составляла 250 мВт, станция для устранения ошибки за счет разряда аккумулятора запитывалась от БП).  Этот мост для симметричности монтажа и получения более высокого частотного рабочего диапазона имеет референсный резистор в 50  Ом (эталон КСВ со значением 1.05). В данном мосту использовались различные диоды: КА-201, ВАТ-63 и HSMS-2850. Был произведен анализ  получаемых напряжений детектора как от ГСС так и от портативной радиостанции. Таблицы с данными выложу позже. Фото этапов изготовления приведен на фотографиях.
          Хочу сказать, что подобный мост ранее был сделан на разъемах N типа, в качестве калибровочной нагрузки с КСВ 1.05 использовался фирменный эквивалент, а остальные нагрузки были самодельными.  Значения КСВ были измерены в НИИ радио на частотах до 1300 МГц. Именно эталоны КСВ дают возможность правильно откалибровать прибор. В параллельных ветках часто дают схемотехнику мостов для измерения КСВ, их конструктивы, но до сих пор так никто и не ответил на вопрос как при помощи этих мостов правильно измерять КСВ. Все упускали информацию про эталоны. Сразу скажу, что  помимо грамотного и грамотно выполненного моста нужны эталоны.
            Наличие эталонов, имеющих график КСВ в зависимости от частоты до 5600 МГц, дает возможность изготовления моста, работающего на более высоких частотах. Сразу возникает вопрос. Удастся ли осилить планку в 5600 МГц с советскими SMA разъемами- мамами. Стоит ли за это браться ? Кто предложит конструктив для этого диапазона? ФАФ-4 есть, да и FR-4 скорее всего пойдет. Фотометод изготовления печатных плат освоен. Скорее всего это будет мост, выполненный на фольгированном материале с подключенными разъемами, хотя наличие разъемов с жесткими выводами даст возможность применить объемный монтаж без риска разрушить резисторы моста при коммутации. 
           Можно применить сверхскоростные усилители с симметричным входом для усиления сигнала рассогласования моста и далее AD-8313 или просто AD-8313, но пока не разберусь в процессе вычисления значения КСВ.   Ну и ради интереса хочется сделать мост с симметрирующей линией, часто она выполняется с применением ферритовых колец или трубок.
           Про методику напишу позже.  Много времени уходит на оформление материала на форум. Надеюсь, что моя и Ваша работа  позволит закрыть дыры по измерению КСВ на СВЧ.
Юрий. RZ4HD.       
Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи. А скупой всегда платит дважды.

Оффлайн RZ4HD

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3834
  • Репутация: +412/-142
  • Дружу с паяльником 52 года
Много вложений за один раз не отправить. Это мост, сделанный для панорамы РК2-47.
Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи. А скупой всегда платит дважды.

Оффлайн RZ4HD

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3834
  • Репутация: +412/-142
  • Дружу с паяльником 52 года
Мост с референсным резистором. Фотографии поясняют порядок изготовления моста. Юрий/RZ4HD.
Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи. А скупой всегда платит дважды.

Оффлайн RZ4HD

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3834
  • Репутация: +412/-142
  • Дружу с паяльником 52 года
Надеюсь получить рекомендации по мосту на 5600 МГц и ответ реально ли этот мост сделать? Что бы измерять можно было. Юрий.RZ4HD.
Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи. А скупой всегда платит дважды.

Оффлайн RA3WDK

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 6095
  • Репутация: +475/-52
Цитировать
Надеюсь получить рекомендации по мосту на 5600 МГц и ответ реально ли этот мост сделать? Что бы измерять можно было. Юрий.RZ4HD.

Да , Юрий , вполне возможно !
Я вернулся из командировки , теперь будет немного времени описать конструктив.

Все твои фотографии выше подтверждают возможность получения неплохой точности на частотах до 500 МГц.

Чтобы работать в участке диапазона 500 -6000 МГц необходимо полностью уйти на SMD элементы. Монтаж будет очень мелкий ( тут надо запастись терпением).
Основу будет составлять плата ( причем не так важно , что за материал (FR-4 вполне подойдет). Особенно важно - симметричность.
Изготавливается кабель с двумя "мамами" , кабель типа РК-50-2-25 (или 29). Длина около 3 см.
Далее кабель проверяется на приборе . КСВН с обеих сторон должен быть близкий к идеальному ( на 6 ГГц уже надо постараться). Наши мамы СР-50-725 вполне хорошо работают до 10 ГГц при аккуратной пайке на отечественный кабель.

Далее кабель разрезается посередине, скальпелем разделывается , распаивается на плату , где можно вообще обойтись без полосков в области СВч части моста. Резисторы типоразмера 0603 или 0402 .  Диод HSMSxxx ( можно из SAT головки взять).

Вообщем, весь мост помещается на квадратике 5х5мм . Симметричность проверяется накручиванием двух одинаковых нагрузок .

Применение  дифференциального усилителя на ОУ и включение пары диодов в балансном включении повышает чувствительность моста , но дрейф усилителя и необходимость установки нуля , усложняют настройку моста. Лучше после ГУН установить еще один усилитель . Хотя в промышленных приборах используется модуляционный метод измерения и везде используются дифференциальные усилители. На мост поступает мощность менее -10 дбм. Для любительских целей это неоправданное усложнение.



Оффлайн UA4FQH

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1005
  • Репутация: +87/-10
 Всем,  добрый вечер. Юрий,просмотрел фото, давно интересуюсь подобной темой.   Пользовался импортным анализатором,    марку не помню, чувствительность не очень устраивала,  может был не совсем исправный.       Сейчас пользуюсь мостом от прибора РК2-47. У меня, их два,  с небольшим арсеналом  эталонных  нагрузок.   Так же,  как у Вас на фото  подключаю портативку.  Все измерения делаю, относительно показаний прибора на эталонную нагрузку (сравнением). Подключал  нагрузки 1,4 и 2, посмотрел, где это,  довольно далеко.  Это очень обрадовало, чувствительность хорошая. В сравнении с показаниями 1,1-1,2 рефлектометра, небо и земля, но как говорится каждый нужен для своей цели. Пришел к выводу, что точное значение  КСВ  знать и не надо. Добиваюсь минимальных значений, конечно относительно эталона.  Настраивал отдельно ФНЧ,вход  (выход) 50 ом, прибор видит немного худшее КСВ , в фильтр ставил подстроечные конденсаторы, теперь не ставлю. После установки фильтра в схему, подстраивать не пришлось. Несколько раз изготавливал самодельные мосты, передирал, получалось неплохо.  В оригинале  используются резисторы  49,9 ома, пилил 47 ом. Мост видит 51 ом. Два раза забраковал,кабель РК50-9 , кусок 7м и40м , жаль но не совсем 50 ом. Нормальные импортные кабеля, всё чётко. Меня заинтересовало последнее фото .  Там у Вас нет диода.   Будите брать по ВЧ?   Мне,   очень интересно. Собираюсь, что то попробовать.                                      73.Олег
« Последнее редактирование: 25 Январь 2011, 22:16:27 от UA4FQH »

Оффлайн RZ4HD

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3834
  • Репутация: +412/-142
  • Дружу с паяльником 52 года
Иван. Начал крутить в руках мелкие разъемы, работающие на 5600 МГц. Думать как все спаять. Так как эталоны сделаны на базе советских разъемов, то думал два разъема поставить советских SMA, это закон. А мощность подавать  от длинного SMA. У него центральный проводник мертво сидит. Можно и  СР-50 с мелкой резьбой поставить. Они тоже крепкие. Все распаять в объеме симметрично. Размеры тоже миллиметровые. Думаю, что не разрушится. Хотя твой вариант крепче. Я вычертил три разъема в натуральную величину, думаю нарисовать конструктив. Обсудим.
          Я ставил разные диоды, в том числе и  HSMS-2850. Очень понравились. Сразу обратил внимание, что при проверке диода тестером в режиме проверки диодов, тестер показал падение в 178 мВ. Изумительно. Это даже не как у германиевых диодов.
         Давай я тебе скину в Сплане чертежи, что бы ты их не изобретал, а просто использовал. Время не потеряешь. Юрий.RZ4HD.
Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи. А скупой всегда платит дважды.

Оффлайн RZ4HD

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3834
  • Репутация: +412/-142
  • Дружу с паяльником 52 года
          Олег. Пока отправлял сообщение-Ваше появилось. Да не успел отфотографировать все, точнее забыл. Голова-не дом Советов. Проще делать, нежели фотографировать, обрабатывать и писать. Везде используется режим макросъемки. Все это сфотографировано до распайки диода. А диоды впаивал разные. Сейчас набираю текст методики. Будет три части. Для ГСС, портативки и характериографа. Там же и приведу подаваемые уровни и получаемые после детектирования напряжения при различных эталонах и на различных частотах.
         Мост вышел прилично симметричным. При накрученных двух эталонах с КСВ в 1.05 на выходе до 600 МГц цифровой тестер практически показывает 0 мВ!!! Не ожидал. Даже не 0.1 или 0.2 мВ. Сначала думал что-то отвалилось. Раза три проверил. Все нормально. Понял, что просто для 144МГц и 432 МГц и смотреть не нужно. Стал увеличивать частоту после 900 МГц появилось мизерное напряжение на детекторе.  Это с диодом HSMS-2850.Как всегда границей является частота в 1000 МГц.
          Хочу забрать все нагрузки у одного товарища и прогнать их все за раз на панораме до 2000 МГц. Записать значения КСВ для наших диапазонов и подобрать эталоны. По хорошему их все нужно выкупить. Если эталоны будут идиентичными, то только тогда имеет смысл что-то компенсировать при необходимости. И то мне не нужна полная равномерность в бешеном диапазоне частот. Эталоны позволят откалиброваться. Вот только их нужно поверять.
        После этого моста буду делать то, что предложит RA3WDK. Но как все проверить? Я могу иногда найти доступ к панораме до 2ГГц. А где взять панораму на 6 ГГц? Юрий.RZ4HD.
    
Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи. А скупой всегда платит дважды.

Оффлайн RA3WDK

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 6095
  • Репутация: +475/-52
Цитировать
Давай я тебе скину в Сплане чертежи, что бы ты их не изобретал, а просто использовал. Время не потеряешь. Юрий.RZ4HD.

Не нужно , Юрий , у меня это давно все реализовано. Я даже выкладывал фото моста до 1,5 ГГц.

Цитировать
После этого моста буду делать то, что предложит RA3WDK. Но как все проверить? Я могу иногда найти доступ к панораме до 2ГГц. А где взять панораму на 6 ГГц? Юрий.RZ4HD.

А в принципе, панорама и не так важна. Точно так же как на 1000 МГц , проверить симметрию моста и на 5,6 ГГц ( сигнал можно брать с трансвертера через вентиль).
Ведь нам важна настройка в одной точке .

Оффлайн UA4FQH

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1005
  • Репутация: +87/-10
    Юрий,   в  мосту, от прибора РК2-47,  внутри коробки,  в верхней части   (в крышке), стоят две конструктивные полоски.      Их,    при помощи    внешних винтов, можно приближать к схеме   моста  или удалять.     Скорее всего это компенсация диода,  его баланс.    Я   пробовал компенсировать резисторы,  это дало ухудшение.    Думаю, что надо быть осторожным,    с применением печатных плат.  Мост,   официально,  до  1250 МГц. Может с такой компенсацией, вытяните большую частоту.                             73.Олег

Оффлайн RZ4HD

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3834
  • Репутация: +412/-142
  • Дружу с паяльником 52 года
Олег. В панораме КСВ нужна хорошая равномерность по частоте. Ее то и вытягивают плясками с бубном в виде емкостей. Мост нельзя крутить, его потом очень трудно вогнать в заявленные параметры. Нельзя ронять.Иван правильно сказал, что мы измеряем на одной какой-то частоте. Эти пляски с бубном не нужны. Грубо говоря, даже если мост и не очень симметричен, то все равно есть эталоны КСВ и вы будете иметь напряжения детектора, соответствующие этому КСВ именно на Вашем мосту. Вам не нужен поток мостов с одинаковыми и повторяемыми параметрами. Откалибруетесь с поданной Вами мощностью на нужной Вам частоте и вперед. Вот в чем и важность эталонов. Чем их больше, тем больше точек с известным КСВ и тем точнее измерения. Юрий.RZ4HD.
Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи. А скупой всегда платит дважды.

Оффлайн RK3AOR

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 748
  • Репутация: +22/-7
  • QRA: KO85UR
Если посмотреть выпускавшиеся промышленно панорамы КСВ то можно видеть, что мосты использовались максимум до 1200 МГц (это РК2-47). Была попытка использовать мост в Р2-102 (до 2000 МГц) но это привело к необходимости вводить автоматическую калибровку неравномерности передаточной характеристики при каждом включении. Ну был ещё прибор Р2-78 (мост до 5 ггц) но он себя не оправдал и был быстро снят с производства, хотя всё равно имел автокалибровку. Всё, что используется выше 1000 МГц строится на базе двух физически отделённых НО с типовыми параметрами К отв -20 Дб, К напр не хуже 30 Дб. Ну и модуляционный метод измерений, то есть модуляция СВЧ сигнала 100 кГц с последующим усилением уже переменного сигнала после детектора. Что при использовани современной вычислительной базы возможно позволяет снимать ещё и фазовые характеристики тракта.
Имхо, мост выше 1000 МГц уже не обеспечивает требуемых развязок и направленностей, плюс невозможность получения однородной характеристики по диапазону.
Поскольку уровень технической и метрологической базы даже самых продвинутых радиолюбителей вряд-ли превышет соответствующих уровень промышленности в начале 80-х (когда разрабатывались все эти приборы) мне лично кажется вероятность разработки дома моста на этих частотах маловероятной. Особенно диапазонного и повторяемого.Тем более что два НО технически более реализуемы (или доставаемы) чем мост.
skype: olddoktor . 73! Дмитрий.

Оффлайн khach

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 339
  • Репутация: +35/-6
Неплохо работает такая конструкция.  Только AD8307 заменил на AD8313. Смысл в парных 100 омных SMD резисторах- пара как раз равна по ширине полоску 50-омному, характеристики на ВЧ лучше, чем на одиночном резисторе. Видел вариант, где перед AD8313 на каждом входе стоял аттенюатор по 10 дб- вроде уменьшает влияние AD8313 на мост. Еще один вариант улучшения-между мостом и AD8313 ставили балун из витой пары (всего 1 или 2 витка) продетые в ферритовую бусину.
Александр

Оффлайн RA3WDK

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 6095
  • Репутация: +475/-52
Цитировать
Неплохо работает такая конструкция.  Только AD8307 заменил на AD8313. Смысл в парных 100 омных SMD резисторах- пара как раз равна по ширине полоску 50-омному, характеристики на ВЧ лучше, чем на одиночном резисторе. Видел вариант, где перед AD8313 на каждом входе стоял аттенюатор по 10 дб- вроде уменьшает влияние AD8313 на мост. Еще один вариант улучшения-между мостом и AD8313 ставили балун из витой пары (всего 1 или 2 витка) продетые в ферритовую бусину.

Так же поступил , только высокочастотный ОУ от АnalogDevice в дифференциальном включении подключил в диагональ моста.

Единственное , что меня удивило , это то , что в диагональ моста включен низкоомный резистор (53 Ома).
Я наоборот эту цепь делал высокоомной , чтобы разгрузить мост и увеличить точность. ( у меня около 1 кОм). Ведь не обязательно AD8307 должна работать с 50 Омной нагрузкой на входе.
« Последнее редактирование: 26 Январь 2011, 21:19:49 от RA3WDK »

Оффлайн UA4FQH

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1005
  • Репутация: +87/-10
    Всем,   доброе утро.    Выкладываю принципиальную схему моста, от прибора РК2-47.     73. Олег