При проведении работ по техническому обслуживанию аппаратуры связи шумовой измерительный мост используется как прибор для измерения и тестирования параметров различных антенн, линий связи, определения элементов резонансных цепей и их характеристик, измерение импедансов антенн и т.п. Область применения этого прибора может быть существенно расширена при достаточно близком ознакомлении с принципами его работы.

Высокочастотный шумовой мост может быть применен вместо гетеродинного индикатора резонанса ГИР-а, но при этом достигается значительно большая точность измерений. Причиной является тот факт, что шумовой мост используется одновременно с связным радиоприемником, шкала которого имеет гораздо более точную градуировку, чем ГИР.

Например, почти все связные радиоприемники обладают разрешением в 1 кГц и более, тогда как ГИР-ы, скажем, на частоте 21 МГц не имеют разрешения даже в 500 кГц. Такая точность не очень важна при грубом определении компонентов L или С, однако чрезвычайно полезна при настройке антенн или резонансных L-C цепей, где традиционно использовался ГИР. В данной публикации, вкратце, излагается устройство шумового моста, его характеристики, методы использования и возможность применения.

Основные особенности шумового моста.

Шумовой мост, как следует из его названия, является классическим устройством мостового типа. Высокочастотный источник шума воспроизводит широкий частотный спектр и обеспечивает эквивалент сигнала, генерируемого в диапазоне от 3 до 30 МГц, обеспечивая охват всех коротковолновых радиолюбительских диапазонов, а на практике значительно шире.

Прибор эксплуатируется совместно с связным радиоприемником, используемым в качестве детектирующего устройства, причем приемник, в конечном итоге, определяет качество производимых измерений. При балансе моста, состоящего из внутреннего измерительного плеча "сопротивление/реактивность" и плеча, подключенного параллельно клеммам измеряемого "неизвестного" (unknoun) компонента, шум на выходе радиоприемника становится минимальным.

При разбалансе моста шумовой сигнал, слышимый в радиоприемнике, будет резко возрастать. Точность, с которой измеряется неизвестная величина, зависит от градуировки шкалы. Разумеется, мост может быть использован и в обратном порядке.

При определении активного сопротивления—переменное плечо устанавливается на какое-то определенное значение, например 50 Ом, а "неизвестное" измеряемое плечо, при этом, дает минимум шумов. Таким образом, оно согласуется с тем значением по шкале прибора, на которое был установлен регулятор в переменном плече.

В большинстве практических конструкций шумового моста имеется симметричный высокочастотный трансформатор, от которого зависят границы диапазона выходного сигнала. Кроме того, в приборе используется небольшая хитрость, позволяющая измерять как индуктивную, так и емкостную реактивность, несмотря на то, что в измерительном плече имеется только переменный конденсатор.

В плече измеряемого объекта имеется постоянный конденсатор вдвое меньшей емкости, чем переменный. В этом случае нулевая реактивность будет находится в середине шкалы шумового моста т.е. соответствует среднему положению переменного конденсатора.

Поворот конденсатора С12 в одну сторону от среднего положения определяет емкостную реактивность Хс или знак минус, а при вращении в другую — индуктивную XL — знак плюс. Работа шумового моста основана на классическом принципе моста Уинстона,

Краткие технические характеристики прибора MFJ—202В.

Перекрываемый частотный диапазон охватывает непрерывный участок от 160 до 6 метров, что весьма полезно для проведения измерений радиолюбительской аппаратуры, включая WARC диапазоны. Пределы измеряемого сопротивления—от 0 до 250 Ом остаются постоянными в частотном диапазоне от 1 до 100 МГц. Схема моста приведена на рис 1.

Рис.1.

Индуктивная и емкостная реактивности зависят от частоты измерения, что является вполне нормальным явлением, хотя это не всегда признается пользователями шумовых мостов.

Регулятор реактивности (REACTANCE) имеет шкалу величин Хс и XL измеряемого объекта не соответствующей фактической величине реактивности на данной частоте, а говорит лишь об определенном характере реактивности.

Основные пределы измерения реактивностей прибором MFJ—202В достаточны для большинства применений, однако, они могут быть расширены в значительной степени с помощью "расширителя диапазона" при подключении резистора 200 Ом. Это особенно проявляется при измерениях импедансов порядка несколько тысяч Ом. На практике это означает, что высокие импедансы линий передач и антенн, которые обычно не поддаются измерению на большинстве типов шумовых мостов, - могут быть измерены прибором MFJ—202.

Стабилитрон типа 1N753 является фактическим источником шума, который усиливается тремя широкополосными каскадами на транзисторах 2N3904. Высокочастотный трансформатор Т1 намотан тремя скрученными проводами типа - трифиляр на торроидальном ферритовом сердечнике для обеспечения симметрии.

На лицевой панели прибора располагаются переменный резистор R15 "RESISTANCE", переменный конденсатор С12 "REACTANCE", переключатель "расширителя диапазона" S2, подключающий постоянный резистор R16 200 Ом, для расширения диапазона измерений активных и реактивных составляющих до нескольких тысяч Ом.

Прибор собран на простой печатной плате. Конструктивно выполнен в небольшом корпусе, на котором устанавливаются коаксиальные разъемы для подключения измеряемых "неизвестных" объектов и связного радиоприемника. Питание прибора осуществляется от внутренней батареи + 9В при токе потребления 17 мА.

Изменение параметров антенн.

Наиболее распространенным применением шумового измерительного моста является определение импедансов и резонансных частот приемопередающих антенн. Для этого к измерительному мосту с помощью короткого коаксиального кабеля с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению фидера измеряемой антенны подключается измерительный приемник, а к другому разъему подсоединяется измеряемая антенна.

Определение импеданса.

Потенциометр моста RESISTANCE устанавливается в положение, соответствующее импедансу (волновому сопротивлению) антенного кабеля (50 или 75 Ом для большинства применений). Конденсатор переменной емкости REACTANSE устанавливается в среднее положение (ноль). Приемник настраивается на ожидаемую резонансную частоту антенны. Включается мост и выставляется некоторый уровень шумового сигнала.

С помощью переменного резистора постарайтесь настроится на минимальный уровень шума. С помощью конденсатора REACTANCE дополнительно понижайте уровень шума. Эти операции надо повторить несколько раз, т.к. регуляторы влияют друг на друга.

Настроенная в резонанс антенна должна иметь нулевое реактивное сопротивление, а активное—должно соответствовать волновому сопротивлению применяемого кабеля. В реальных антеннах сопротивления, как активное, так и реактивное могут существенно отличаются от расчетных. Для этого используются определенные методы согласования.

При этом возможны несколько вариантов показаний прибора:

1. Если активное сопротивление близко к нулю, то возможно замыкание в кабеле; если активное сопротивление близко к 200 Ом при отключенном "расширителе диапазона", то возможен обрыв в кабеле.
2. Если прибор показывает индуктивный резонанс, то антенна слишком длинная, если емкостной, то — короткая.

Длину антенны можно откорректировать. Для этого определяется ее реальная резонансная частота Fрез.

Определение резонансной частоты.

Приемник настраивается на ожидаемую резонансную частоту. Переменный резистор RESISTANCE устанавливается на сопротивление 75 или 50 Ом. Конденсатор REACTANCE устанавливается в нулевое положение, а приемник медленно перестраивается до получения минимального шумового сигнала.

Если антенна обладает высокой добротностью, то минимум легко пропустить при быстрой перестройке по частоте. Приемник надо перестраивать вниз по частоте при индуктивном импедансе и вверх по частоте — при емкостном до получения минимального шумового сигнала.

Подстраивая регуляторы моста, необходимо дополнительно добиться снижения шума. Можно лишь удивляться, как сильно отличаются характеристики дипольных и других антенн от расчетных, если они расположены близко от поверхности Земли и каких-либо громоздких предметов.

Определение длины линий связи.

При некоторых работах по согласованию антенн и пр. требуются кабели, кратные четверть или полуволне на определенной частоте.

Для этого используется следующий метод:

1. Установите замыкающую перемычку на измерительном разъеме. Регуляторами RESISTANCE и REACTANCE добейтесь минимального шумового сигнала. Оба регулятора должны находится в области нулевых положений шкалы.
2. Снимите перемычку и подсоедините исследуемый кабель к измерительному плечу.
3. Для определения длины кабеля, кратной четверть волне, требуется аккуратно укорачивать кабель до получения минимального сигнала, при разомкнутом конце.
4. Для определения длины исследуемого кабеля, кратной полуволне, кабель замыкают на конце во время каждого измерения.

Эквивалентные нагрузки.

Эквивалентная нагрузка или искусственная антенна используется при тестировании линий связи вместо конкретных антенн, а также для локализации неисправностей в линиях связи. Состоит, как правило, из одного или нескольких безиндуктивных резисторов, соединенных последовательно, параллельно или последовательно - параллельно для получения сопротивления, равного импедансу нагрузки, с учетом рассеиваемой мощности.

Промышленностью выпускается целый ряд эквивалентных нагрузок различных типов, рассчитанных для работ в широких диапазонах мощностей. Проявив немного выдумки можно найти ряд дополнительных применений этому прибору, например, даже для настройки низкочастотной аппаратуры, если снимать шумовой сигнал до ВЧ—трансформатора.

Д.Шульц W4FА.

Литература:

1. CQ-magazine, august 1984.

2. J J.Carr. Two-way radio and broadcast equipment, N J. USA

Материал подготовил Ю. Погребан (UA9XEX).