Как регистрировать максимальную ВЧ мощность на выходе?
Пришло время подводить итоги обсуждения по теме "Измеритель выхода ВЧ".
Пойдём по порядку вариантов.
1. Контроль осуществляется по индикатору тока антенны это
- термоамперметр
- трансформатор тока на кольце
- лампочка накаливания включённая на время настройки последовательно.
В определённый период времени в пром.аппаратуру связи устанавливались стрелочные индикаторы (с чёрной шкалой) тока в антенне на основе термопары (термоамперметры). А в совсем дальние времена они устанавливались в каждый провод двухпроводного симметричного антенного фидера, чтобы сравнивать токи симметрии(!).
Такие термоамперметры, а точнее миллиамперметры, действительно позволяли точно отстроить отдачу ВЧ-мощности в антенну, но обладали существенным недостатком - ненадёжны. Т.е. при превышении тока антенны, например её закорачивание, выводило из строя (перегорала) тонкую нить термопары.
Более того, приборы такого принципа заметно инерционны, мал динамический диапазон измерений, боятся грозовых разрядов.
Миллиамперы тока в антенне присутствуют в высокоомных фидерах, а тенденция перехода на антенные коаксиальные фидеры волновым сопротивлением 50 и 75 Ом, работающие на значительных токах (при тех же мощностях), неоправданно усложняет изготовление такого термодатчика.
Преимущество - независимость от частоты ВЧ тока, меркнет в сравнении с недостатками, что явилось причиной конечного отказа от их использования.
Трансформатор тока на кольце преобразует ВЧ ток в напряжение, что снимает кучу проблем от термоаперметра.
Но в зависимости от сопротивления нагрузки и выходной мощности значение тока обратно и обратноквадратично соответственно, что не совсем удобно в практическом применении.
Именно значительное сопротивление нагрузки (антенна длинный провод) сводит на нет чувствительность такого датчика.
Лампочка накаливания включённая последовательно с антенным фидером позволяет судить о поступающей выходной мощности.
Однако такой способ приемлим был в простых конструкциях 50-х годов при однопроводном, высокоомном фидере.
Более того, динамический диапазон, нелинейность разогрева нити, а также участие её оммического сопротивления последовательно нагрузке, окончательно вычеркнуло этот вариант индикации ВЧ-мощности.
продолжение следует
Как регистрировать максимальную ВЧ мощность на выходе?
2. Контроль осуществляется по максимуму ВЧ-напряжения на входе фидера
- неоновой лампочкой
- диодным вольтметром-индикатором.
Когда-то применение неоновой лампочки в качестве индикатора ВЧ-мощности считалось классикой.
Неоновые индикаторы устанавливались непосредственно на переднюю панель передатчика.
Интересно было наблюдать: как в зависимости от диапазона частот менялся цвет свечения неонки, от буро-красного на низких, до фиолетово-голубого на высоких частотах.
И уж совсем завораживающе смотрелось свечение неонового индикатора не подключенного вообще, а расположенного только вблизи проводника с ВЧ.
Хотя динамический диапазон яркости свечения неонки не велик, а порог её зажигания-гашения имеет гистерезис, регулируя расстояние от неё до проводника с ВЧ током, можно было относительно, приблизительно судить о ВЧ-энергии поступающей от передатчика в нагрузку.
Это всё работает если ВЧ-поле создаваемое проводником обеспечивает напряжение зажигания неоновой лампочки и соответствует высокоомной нагрузке.
При использовании в качестве фидера низкоомных коаксиалов, на небольших мощностях вообще "зажечь" неонку проблематично.
Таким образом применение такого газоразрядного индикатора ВЧ энергии бесперспективно и возможно только как дополнительный, грубый индикатор присутствия "есть-нет".
Диодный вольтметр-индикатор включённый измерителем ВЧ напряжения на нагрузке является упрощённым вариантом "лампового ВЧ вольтметра". По той причине, что его чувствительность невелика и не требуется отдельный источник питания, он повсеместно используется в аппаратуре связи.
Принцип измерения с его помощью высокочастотной энергии поступающей от передатчика в антенну основан на измерении амплитуды выпрямленного детектором напряжения ВЧ, что согласно закону Ома соответствует истине. Такая зависимость очень удобна в оценке, но к сожалению она имеет квадратичную зависимость.
Из-за этого шкала такого индикатора будет нелинейной.
Этот недостаток оборачивается преимуществом индикации в том, что при незначительном изменении выходной мощности передатчика показания такого ВЧ вольтметра будут ощутимо изменяться.
В связи с повышенной чувствительностью диодных индикаторов к изменению выходной мощности в конструкциях с их применением устанавливают переключатель предела измерений или регулятор чувствительности на основе переменного резистора.
Первый вариант удобен тем, что градуировка показаний шкалы будет фиксированной. Второй позволяет простым способом измерять достаточный диапазон уровней ВЧ-напряжений при оценке уровня выхода в относительных изменениях показаний прибора.
Именно последний способ прижился в радиолюбительских PA, позволяющий отстроить передатчик или согласующее устройство при любых выходных мощностях.
Современной модификацией такого индикатора является замена головки стрелочного прибора пиковым индикатором напряжения, с индикацией уровня светодиодной линейкой, выполненного на микросхеме.
В фирменных PA типа ACOM индикация выведена на панель ЖКИ в виде сегменов или с непосредственной цифровой индикацией выходной мощности с помощью обработки результатов изменения ВЧ-напряжения микроконтроллером.
Понятно, что для выполнения такой операции понадобится система автоматического регулирования напряжения считывания, чтобы сжать динамический диапазон отсчёта до удобной индикации.
продолжение следует
Как регистрировать максимальную ВЧ мощность на выходе?
3. По максимуму анодного (катодного) тока усилительной лампы либо по току потребления транзистором.
Все доисторические передатчики и линейные усилители имели на своей передней панели стрелочный прибор измеряющий ток анода выходного каскада.
В более поздних применениях измерительный прибор из соображений электробезопасности был перенесён в катодную цепь. При этом ток катода суммировался с током управляющей сетки.
Так вот, такой перенос стал возможным при массовом переходе в SSB модуляцию, где токи сеток недопустимы в линейном режиме усиления лампы.
Другими словами отсутствие тока сетки, или его мизерная величина, позволило регистрировать катодный ток, как реакция усилителя на нагрузку по аналогии с током анода.
Действительно, реакция анодного тока имеет место быть, но её соответствие истине приемлемо только на одном диапазоне, а точнее на антенне диапазонной.
В остальных случаях наблюдается полная несуразица в оценке степени согласования с нагрузкой.
Т.е. реакция тенденции уменьшения тока видна, но по другим индикаторам выходной мощности полного соответствия нет.
Все эти неточности были сняты с производства одним решением - исключить прибор регистрации тока анода вообще или использовать его второстепенно для регистрации тока максимального (мощность подводимая к аноду лампы, либо контроль тока покоя).
Вот и разместились на передней панели промышленного лампового линейного усилителя два стрелочных прибора: измеритель тока сетки и второй - ВЧ вольтметр измеряющий напряжение на гнезде антенны.
И только наши операторы в своих самодельных PA продолжают не ставить измеритель тока сетки, а только измеритель анодного тока, ну просто обязательно присутствует, чтобы наблюдать подводимые киловатты.
Таким образом из-за разночтений по реакции на "провал" анодного тока лампы усилителя ничего хорошего и полезного из этого не выходит.
Введение в схему линейного усилителя системы ALC, а точнее её задействование, несколько усложняет задачу регистрации максимальной мощности на выходе. С учётом вмешательства ALC в настройку в фирменных усилителях предусмотрено её принудительное отключение или на переднюю панель выведен регулятор уровня ALC.
продолжение следует