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
Как регистрировать максимальную ВЧ мощность на выходе?
4. По максимальному показанию величины прямой волны КСВ-метра.
Если в систему передачи ВЧ мощности в антенну входит КСВ-метр, то регистрируя его показание в режиме "прямой" (падающей) волны, можно по максимуму отклонений стрелки измерительного прибора добиться максимальной отдачи в антенну.
При этом положение регулятора (калибровка) уровня "падающей" волны может быть любым потому, что важны относительные изменения в максимально большую сторону.
Электрически такое измерение родственно диодному вольтметру-индикатору.
5. По индикатору напряжённости ВЧ-поля антенны.
На заре развития радиосвязи этот способ был единственным и верным.
Действительно, величина напряжённости электромагнитного поля в пространстве напрямую зависит от мощности передатчика и степени согласования с антенной.
Со временем этот способ, как постулат того периода, был отодвинут почти на последнее место списка технологических вариантов. И этому есть причины.
Прежде всего индикаторы поля - устройства широкополосные. Поэтому помимо полезного сигнала контроля они реагируют на практически все радиочастотные сигналы и не только вблизи. Т.е. выделить полезный сигнал простым способом без применения специальных приборов типа "селективный милливольтметр" и т.п. невозможно.
Правда, используя S-метр радиоприёмника, можно продвинуть этот метод, но других побочных факторов искажающих картину в целом, более чем достаточно.
Это: диапазон излучаемых частот, вид модуляции, тип антенны по направленности и её поляризация и т.д., включая критическое расстояние и погодные условия.
Таким образом, при кажущейся простоте и достоверности таких измерений, реальная картина будет не постоянной.
6. По минимуму показаний ALC трансивера.
Система защиты передатчика ALC обеспечивает исключение превышения электрического параметра влияющего на его эксплуатационные характеристики.
Начиная с 70-х годов и по сей день произошло виртуальное перемещение понятия ALC в аппаратуре связи.
Если в первые годы его введения, целью была защита лампового усилительного каскада от превышения напряжения (мощности) возбуждения для обеспечения линейности усиления, то в годы нынешние, цепи ALC защищают транзисторные выходные каскады от превышения на их электродах пикового напряжения могущего привести к пробою полупроводниковых переходов.
Тем не менее, в аппаратуре ламповой (линейные усилители) и в транзисторных передатчиках (трансиверах) до сих пор так и осталась "своя" разница участия ALC в защите.
Если касаться только петли ALC в транзисторных передатчиках, то датчиком сигнала ALC является диодный вольтметр-индикатор величины "прямой" падающей волны.
Это контролируемый параметр есть не только напряжение управления снижения мощности передатчика до безопасного предела (обычно 10Вт), но и своего рода "лакмусовая бумажка" демонстрирующая насколько велико рассогласование передатчика с нагрузкой и какова степень уменьшения с помощью его выходной мощности передатчика.
Понятно, что постоянство выходного уровня напряжения поддерживаемого кольцом ALC есть основа (соответствия) амплитуды "прямой" для сравнения с "обратной" встроенного в трансивер КСВ-метра.
Т.е. чем больше выходная мощность передатчика, тем значительнее напряжение ALC снижающее её.
Вот это последнее заключение и может быть в принципе взято за основу индикации.
Правда в схеме кольца ALC участвует пороговый уровень её срабатывания и он (порог) вносит свои коррективы в оценку в целом.
Получается, что на индикаторе ALC-сектор действительно реагирует на изменение выходной мощности и степени согласования, но практического применения такой способ индикации, кроме регистрации порога начала воздействия петли АLC (зона), в себе не несёт.
Практический вывод:
- Величина амплитуды ВЧ напряжения на зажиме антенны передатчика позволяет с достаточной точностью судить о максимуме его отдачи в нагрузку.
- Использование лампового усилителя с П-контуром на выходе позволяет успешно согласовать выходное сопротивление передатчика с нагрузкой, тем самым обеспечивается максимальная отдача в антенну.
- Если трансивер не имеет встроенного антенного тюнера, применение лампового усилителя позволяет решить все проблемы согласования с антенной.
- Если между передатчиком и антенной установлен КСВ-метр, то с помощью его индикации можно осуществить не только контроль согласования но и наблюдать максимум отдаваемой передатчиком мощности.
.....
Как регистрировать максимальную ВЧ мощность на выходе?
Берёте эквивалент нагрузки и ламповый вольтметр, измеряете U по диапозонам и записываете показания в таблицу, которую вешаете перед глазами, ну чтоб не забыть.. Считаете по формуле P=U2/Rэквивалента. Вот и всё. :) Больше ваш РА не выдаст.
........
Интересно, вы обсуждаете вроде бы одну тему: "Измеритель выхода ВЧ", а пишите о том, как правильно настраивать П-контур на максимальную отдачу. Т.е. измеритель выхода ВЧ вам нужен для правильной настройки П-контура на максимум отдаваемой РА мощности.
Тогда лучше посмотреть на схемы "современных" усилителй или старых авиационных радиостанций, например "Микрон". Там для правильной настройки П-контура в них используется фазовый детектор (два диода, пару кондюков и 4-5 резисторов,- всё!), т.е. горячий кондюк (или вариометр) строится в резонанас по детектору, а холодный по максимуму выхода. В качестве датчика выхода применяется КСВ метр, с которого сигналы идут на два индикатора, прямой и отражённой мощности. Настраивать правильно П-контур такого РА на максимальную мощность, - проще пареной репы.
