Автоматические измерители КСВ приобрели заслуженную популярность благодаря тому, что не требуют постоянной калибровки. Это существенно упрощает сам процесс измерения и обеспечивает возможность при работе в эфире оперативно контролировать качество согласования антеннофидерного тракта. Большое число удачных схемных решений, предложенных радиолюбителями, можно условно разделить на две группы. К первой относятся решения на основе ШИ-регуляторов [1-4]. Это относительно сложные схемотехнические устройства, состоящие, как правило, из двух блоков - собственно узла автокалибровки на трёх-четырёх ОУ и блока индикации (аналогового на стрелочном приборе или светодиодного цифрового со своим довольно сложным преобразователем). К второй группе относятся устройства на основе резистивных делителей [5-7], которые отличаются простотой исполнения. Принципы их построения и методика расчёта КСВ-метра на основе резистивных делителей достаточно просто и доступно изложены в статье И. Гончаренко [5].
Очень привлекательны, с точки зрения эргономики, дизайна и удобства визуального контроля, КСВ-метры со светодиодными индикаторами. Стоит отметить две важные особенности этих устройств. Во-первых, операция калибровки или автокалибровки, как таковая, отсутствует за ненадобностью. Точность измерения определяется только точностью подбора значений резисторов и чувствительностью компараторов. Во-вторых, хорошее быстродействие позволяет рекомендовать их применение для оперативного контроля рабочего и аварийного состояний антенно-фидерного тракта. В этом случае достаточно производить отсчёт двух-трёх пороговых уровней, например, как в [7]. Но для комфортного применения в качестве основного измерителя КСВ число индицируемых уровней желательно увеличить, по крайней мере, до 5-7.
Предлагаемый вашему вниманию вариант автоматического светодиодного КСВ-метра с однополярным питанием имеет десять уровней отсчёта и отличается исключительной простотой благодаря применению доступной и недорогой микросхемы LM3914 [8]. В этой микросхеме - специализированном контроллере для управления линейными светодиодными шкалами - есть всё, что нам необходимо, а именно: прецизионный десятиступенчатый делитель напряжения с линейным шагом деления 0,1, десять компараторов и узел управления светодиодами.
Схема устройства приведена на рис. 1. Напряжения прямой Uпp и отражённой Uотр волн от датчика КСВ подаются на входы микросхемы DA1. Допустимое напряжение прямой волны - + 1...+ 11 В. Его выставляют во время настройки датчиков при подаче номинальной мощности передатчика на согласованную нагрузку. Нижнее значение этого напряжения желательно ограничить на уровне примерно 2 В, чтобы минимизировать влияние нелинейности германиевых диодов датчика КСВ на точность измерений. Датчики прямой и отражённой волн - это любые известные устройства на направленных ответвителях, на токовых трансформаторах или мостовые, которые многократно описаны в литературе. Хочется порекомендовать для изготовления хорошую конструкцию Э. Гуткина, доступно и подробно описанную в [9].
Рис. 1. Схема автоматического светодиодного КСВ-метра
Напряжение прямой волны через резистор R2 поступает на вывод 6 DA1 - верхнее плечо внутреннего резистивного делителя, представляющего собой десять последовательно включённых одинаковых резисторов сопротивлением около 1 кОм. Применение дополнительного внешнего резистора R2 позволило получить определённую гибкость в настройке порогов срабатывания компараторов и, соответственно, в выборе значений КСВ, индицируемых светодиодами. В авторском варианте индикатора при указанных на схеме номиналах этих резисторов свечение светодиода HL1 соответствует КСВ 1,2, светодиода HL2 - 1,4, светодиода HL3 - I,7, светодиода HL4 - 2, светодиода HL5 - 2,5, светодиода HL6 - 3, светодиода HL7 - 4, светодиода HL8 - 5, светодиода HL9 - 7, светодиода HL10 - 11.
Эти значения справедливы в том случае, если суммарное сопротивление внутреннего делителя равно 10кОм, но реально из-за технологического разброса может быть от 8 до 17 кОм. Поэтому для обеспечения высокой точности КСВ-метра предварительно необходимо измерить суммарное сопротивление внутреннего делителя, подключив омметр к выводам 4 и 6 DA1.
Для этого лучше всего воспользоваться "китайским" цифровым мультиметром - у него в режиме омметра на выход подаётся малое напряжение (не более 0,2 В), что ниже напряжения открывания кремниевых p-n переходов. Это обеспечивает высокую точность измерений. В авторском варианте Rвнутр = 9,92 кОм. Измеренное значение Rвнутр позволит подобрать конкретное сопротивление резистора R2 под желаемую характеристику индикации.
Формула для расчёта ступеней индикации КСВ под конкретный экземпляр микросхемы и выбранный номинал сопротивления R2 простая: КСВ = (Rвнутр + R2 + Rтек)/(Rвнутp + R2 - Rтек). Здесь сопротивления Rвнутр и R2 - в килоомах; Rтек - сопротивление ступеней резистивного делителя в килоомах (т. е. в данном случае это 1, 2, 3 ... 10).
О назначении других элементов. Резистор R1 выравнивает сопротивление нагрузки выпрямителей датчика КСВ, поэтому его сопротивление должно быть равно сумме сопротивлений R2 + Rвнутр. Резистор R4 определяет ток через каждый светодиод, в данном случае он выбран примерно 10 мА. Конденсаторы С3 и С4 защищают входы от ВЧ-наводок. Вариант схемы, приведённый на рис. 1, соответствует режиму работы шкалы в виде светящегося столбика. Если вывод 9 микросхемы DA1 оставить свободным, будет светиться только один значащий светодиод.
Оказалось, что часто встречаются экземпляры LM3914, у которых напряжение смещения по входу 5 бывает достаточно большое. Это приводит к срабатыванию индикации без входных сигналов. Чтобы это устранить, необходимо на вывод 4 подать небольшое положительное напряжение, для чего между выводом 4 и общим проводом подключён подстроечный резистор R3 сопротивлением 220...330 Ом. Включив питание, подстройкой этого резистора убираем фоновое (без сигналов) свечение индикаторов.
Светодиоды можно применять любые доступные. Конструктивно удобны импортные моноблоки из десяти независимых диодов в одном корпусе. В авторском варианте был использован блок KingBright DC-763BWA, в котором семь диодов - зелёного цвета свечения, а три диода (у нас они соответствуют уровням КСВ>4) - красного.
При желании этот КСВ-метр можно дополнить устройством звуковой индикации превышения некоторого порога по КСВ и автоматической релейной защиты от высокого КСВ. Схема такого устройства представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема устройства
В данном случае реализован следующий алгоритм работы: при достижении КСВ уровня 3 загорается светодиод HL6 (по схеме рис. 1), падение напряжения на нём открывает транзистор VT1, который включает акустический излучатель со встроенным генератором. Он может быть любого типа - лишь бы достаточно громко работал при подаче на него напряжения питания +5 В. Звучит предупреждающий звуковой сигнал. Если КСВ продолжает увеличиваться и достигает 7, открываются транзисторы VT2 и VT3 и срабатывает реле, контакты которого (они на схеме не показаны) могут перевести аппарат в режим приёма или, например, заметно уменьшить выходную мощность.
Положительная обратная связь через цепь VD1R5 "защёлкивает" ключи VT2, VT3 в открытом состоянии. Вывести их можно только замыканием контактов кнопки сброса SA1 или полным обесточиванием узла защиты. Конденсатор С2 обеспечивает небольшую задержку (примерно на одну секунду) срабатывания релейной защиты, и его ёмкость может быть изменена, исходя из ваших собственных предпочтений.
Транзисторы можно применить любые кремниевые соответствующей структуры: VT1, VT2 - серий КТ209, КТ361, КТ3107, 2N3906 и т. п., VT3 - серий КТ315, КТ3102, 2N3904, BC547 и т. п. Диоды - любые кремниевые маломощные серий КД522, КД102, Ш4148и т. п. Реле - с рабочим напряжением 5...6 В.
Литература
1. Погосов А. Автоматический КБВ-метр. - Радио, 1985, № 10, с. 20, 21.
2. Автоматические показания при измерении КСВ. - URL: http://www.cqham.ru/ swr_12.htm (10.08.2016).
3. Доброхотов И. Автоматический КСВ-метр. - URL: http://www.cqham.ru/un7gm_ swr.htm (10.08.2016).
4. Нечаев И. КСВ-метр с автоматической калибровкой. - Радио, 2005, № 3, с. 64, 65.
5. Гончаренко И. Индикатор КСВ-метра. - URL: http://dl2kq.de/ant/3-21.htm (10.08.2016).
6. Кабаев А. Автоматический индикатор КСВ. - URL: http://www.cqham.ru/swr14. htm (10.08.2016).
7. Нечаев И. Автомобильный автоматический КСВ-метр. - Радио, 2005, № 6, с. 68, 69.
8. LM3914 Dot/Bar Display Driver. - URL: http://www. datasheetcatalog.com/ datasheets_pdf/L/M/3/9/LM3914.shtml (10.08.2016).
9. Гуткин Э. Измеряем КСВ: теория и практика. - Радио, 2003, № 5, с. 66-68; № 6, с. 61-63.
Автор: Сергей Беленецкий (US5MSQ), г. Киев, Украина