Измерять высокочастотную мощность передатчиков и используемых комплектно с ними усилителей мощности можно самыми разными методами. Наибольшее распространение в практике получил метод измерения мощности с помощью эквивалента антенны. В статье рассматриваются конструкция и настройка поглощающего измерителя мощности. Его постройка доступна не только специалистам сервисной службы, но и частным мастерам, что является альтернативой приобретения дорогостоящей импортной аппаратуры.

Эквивалент антенны в общем случае представляет собой цепь из последовательно соединенных элементов R, L и С, в точности соответствующих активной и реактивной составляющим полного входного сопротивления антенны. Как правило, точные значения этих величин неизвестны. В таком случае для измерения мощности передатчика рекомендуется собрать схему (рис.1), где приняты следующие обозначения:

Рис.1.

• ПРД — передатчик;
• РФ — рефлектометр;
• ФЛ — реальная фидерная линия;
• ЭА — эквивалент антенны;
• J — термоамперметр.

Вначале с подключенной реальной антенной измеряют амперметром ток выходного каскада передатчика и рефлектометром — КСВ в фидерной линии (предполагается, что выходной контур передатчика настроен в резонанс). После этого к фидерной линии вместо антенны подсоединяют эквивалент. Не изменяя настройки передатчика, регулировкой элементов Rэ, Lэ и Cэ добиваются первоначальных значений тока и КСВ в фидере. Тогда мощность, подводимая к антенне, может быть вычислена по формуле Р = I2Rэ.

Мощность, подводимая к резонансной антенне по кабелю, может быть измерена с использованием диодного вольтметра (схема измерения приведена на рис. 2). В состав схемы входят безындукционные резисторы R2 и R3, составляющие эквивалент антенны (их суммарное сопротивление равно волновому сопротивлению кабеля). Остальная часть схемы — диодный вольтметр.

Рис.2.

Нормальная работа прибора может быть соблюдена при условии:

CR>>1/F и Rвн << R1,где:

• F — рабочая частота,
• Rвн — внутренне сопротивление стрелочного прибора,
• R1 — добавочное сопротивление.

Тогда мощность, рассеиваемая в эквиваленте антенны R2 R3, может быть определена из соотношения: Р = I2(R2+R3)(R1)2/2(R2)2.

В реальном измерителе можно рекомендовать следующие значения резисторов: R1 = 100 кОм; R2 = 5 Ом; R3 = 45 Ом. Причем, R2 набирается из 20 параллельно включенных резисторов номиналом по 100 Ом (тип МЛТ-0,5 или МЛТ-1), а R3 — из 20 параллельно включенных резисторов номиналом по 910 Ом (тип МЛТ-2). Общая мощность эквивалента R2R3 составляет 50…70 Вт (кратковременно может выдерживать до 200…250 Вт). Конденсатор С — емкостью 0,01 мкФ, германиевый диод — типа Д2В или Д9В.

В измерителе мощности можно применить широко распространенные микроамперметры типа М24, М906 со шкалой 50—150 мкА. Для измерительной головки в 100 мкА максимально измеренная мощность будет порядка 100 Вт. Чтобы получить высокую точность измерения, сопротивления резисторов должны быть известны с точностью не менее 5%.

При измерении мощности таким прибором следует учитывать, что используемая антенна может быть не полностью согласована с фидером и тогда будет иметь место отражение высокочастотной энергии. Если известен КСВ, то мощность Р, подведенная к антенне, может быть рассчитана по формуле:

Р = 4Ризм/(2 + К + 1/К), где:

• Ризм — измеренная мощность;
• К — КСВ в фидере.

Рис.3.

Так, например, при КСВ = 2 из формулы получаем Р = 0,88 Ризм, т.е. потери мощности в фидерной линии составляют 12%. На основании вышеизложенного была реализована видоизмененная схема поглощающего измерителя мощности, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.

Измеритель мощности состоит из эквивалента антенны — активной нагрузки сопротивлением 50 Ом и высокочастотного вольтметра, проградуированного в единицах мощности от 1 до 500 Вт. Эквивалент антенны — резистор R1 представляет собой безындукционный элемент на керамической основе типа УНУ номиналом 75 Ом. С помощью специального разрезного хомута его номинал уменьшается до 50 Ом. Так как эквивалент может поглощать мощность не более 50 Вт, в схеме применен обдув его двумя вентиляторами с напряжением питания 12В, укрепленными над резистором в рамке на стойках.

Высокочастотное напряжение от передатчика подается через соединитель XS1. Отличительная особенность этой схемы от изображенной на рис. 2 — это подключение параллельно эквиваленту делителя напряжения R2 R3 (коэффициент деления 10). Высокочастотный вольтметр построен из детектора на диоде VD1 и микроамперметра РА1 на 2 предела. Контрольный сигнал (на осциллограф, измеритель частоты и др.) через соединитель XS2 снимается с делителя R6 R7.

Коэффициент деления его порядка 200, но может иметь и другое значение при соблюдении условия нешунтирования эквивалента антенны (суммарное сопротивление резисторов должно быть достаточно большим). Номинал резистора R5 получаем в результате изготовления шунта к прибору РА1 на предел 100 мкА. Уровень контрольного сигнала при мощности 200 Вт, поглощаемой эквивалентом антенны, составляет около 0,5 В.

В приборе использованы следующие элементы:

• РА1 — микроамперметр М906 с пределом 50 мкА, Rвн = 1930 Ом;
• VD1 — диод Д9В, Д или другого типа с Uобрі20В (Д1В);
• C — конденсатор типа К10-7В или КМ/0,01 мкФ;
• R1 — УНУ-75 Ом (+2…—5%), 50 Вт, с отводом 50 Ом, ТУ11.ОЖО 467019;
• R2 — МЛТ-1/11 кОм;
• R3 — МЛТ-0,5/1,2 кОм;
• R4* — МЛТ-0,25/80 кОм (подбирается при калибровке);
• R5* — проволочный (шунт на 100 мкА);
• R6 — МЛТ-2/10 кОм;
• R7 — МЛТ-0,5/51 Ом.

В качестве XS1 и XS2 использованы высокочастотные коаксиальные соединители типа SO 239 (ответная часть PL 259). Мощность, выделяемая в эквиваленте антенны, и напряжение на нем связаны соотношением:

P = U2/R_ЭА, где:

• U — эффективное напряжение на эквиваленте, В,
• R_ЭА — сопротивление эквивалента антенны, Ом.

Налаживание измерителя калибровки вольтметра производится в следующей последовательности. Верхний конец резистора R2 (рис. 3, т. А) временно отсоединяют от эквивалента антенны и на него по отношению к общему проводу (корпус прибора) подают напряжение частотой 50 Гц от автотрансформатора, к выходу которого подключен вольтметр переменного напряжения.

Для этой операции желательно иметь стабилизатор напряжения сети 220В, лабораторный автотрансформатор типа ЛАТР-1(2) и понижающие трансформаторы на выходные напряжения 6/36/160В. Если напряжение сети стабильно, можно ограничиться ЛАТРом и промежуточным трансформатором.

Устанавливают напряжение 158,1В, соответствующее верхнему пределу. Включают выключатель S1 (это предел 100 мкА) и подбирают номинал резистора R4 с таким расчетом, чтобы стрелка микроамперметра установилась на последнюю отметку шкалы. Изменяя входное напряжение, составляют градуировочную таблицу (табл.1).

Мощность, Вт	Напряжение, В	Отметка шкалы микроамперметра
1	7,1	4,5
2	10,0	6,3
3	12,2	7,7
4	14,1	8,9
5	15,8	10,0
10	22,4	14,1
20	31,6	20,0
30	38,7	24,5
40	44,7	28,3
50	50,0	31,6
60	54,8	34,6
70	59,2	37,4
80	63,2	40,0
90	67,1	42,4
100	70,7	44,7
150	86,6	54,8
200	100,0	63,2
250	111,8	70,7
300	122,5	77,5
350	132,3	83,7
400	141,4	89,4
450	150,0	94,8
500	158,1	100,0

Если у изготовителя имеется навык нанесения надписей на шкалы микроамперметров, желательно данные таблицы нанести на шкалу прибора РА1. Окончив градуировку, восстанавливают соединение делителя с эквивалентом антенны и подключают измеритель мощности к передатчику. Параллельно (через ВЧ-тройник) подключают и высокочастотный вольтметр (ВК7-9, ВМ-388-Е и т.п.).

По значению измеренного напряжения, используя вышеприведенную формулу, рассчитывают поглощаемую эквивалентом антенны мощность и сверяют с показателями измерителя мощности. При мощности более 50…70 Вт следует включать обдув резистора R1 и стараться проводить измерения в небольшие временные интервалы (1…2 мин). Следует отметить, что этот метод дает достоверные данные по измерению мощности для синусоидальной формы ВЧ-сигнала.

Эквивалент антенны измерителя мощности может иметь и другое сопротивление (60/75/120 Ом). Для расчета мощности, выделенной в нагрузке в зависимости от приложенного напряжения, можно воспользоваться табл. 2 (для Rн = 50/75 Ом) или таблицей, приведенной в [4].

Напряжение, В	Мощность, Вт		Напряжение, В	Мощность, Вт		Напряжение, В	Мощность, Вт
	Rн = 50 Ом	Rн = 75 Ом		Rн = 50 Ом	Rн = 75 Ом		Rн = 50 Ом	Rн = 75 Ом
1	20 мВт	13 мВт	43	36,98	24,65	85	144,5	96,33
2	80	53	44	38,72	25,81	86	147,92	98,61
3	180	120	45	40,5	27,0	87	151,38	100,92
4	320	213	46	42,32	28,2	88	154,88	103,25
5	500	333	47	44,18	29,45	89	158,42	105,61
6	720	480	48	46,08	30,72	90	162,0	108,0
7	980	650	49	48,02	32,01	91	165,62	110,41
8	1,28 Вт	0,85 Вт	50	50,0	33,33	92	169,28	112,85
9	1,62	1,08	51	52,02	34,68	93	172,98	115,32
10	2,0	1,33	52	54,08	36,05	94	176,72	117,81
11	2,42	1,61	53	56,18	37,45	95	180,5	120,33
12	2,88	1,92	54	58,32	38,88	96	184,32	122,88
13	3,38	2,25	55	60,5	40,33	97	188,18	125,45
14	3,92	2,61	56	62,72	41,81	98	192,08	128,05
15	4,5	3,0	57	64,98	43,32	99	196,02	130,68
16	5,12	3,41	58	67,28	44,85	100	200,0	133,33
17	5,78	3,85	59	69,62	46,41	101	204,02	136,01
18	6,48	4,32	60	72,0	48,0	102	208,08	138,72
19	7,22	4,81	61	74,42	49,61	103	212,18	141,45
20	8,0	5,33	62	76,88	51,25	104	216,32	144,21
21	8,82	5,88	63	79,38	52,92	105	220,5	147,0
22	2,68	6,45	64	81,92	54,64	106	224,7	149,8
23	10,58	7,05	65	84,5	56,33	107	228,98	152,65
24	11,52	7,68	66	87,12	58,08	108	233,3	155,5
25	12,5	8,33	67	89,78	59,85	109	237,6	158,4
26	13,52	9,01	68	92,48	61,65	110	242,0	161,3
27	14,58	9,72	69	92,22	63,48	111	246,4	164,3
28	15,68	10,45	70	98,0	65,33	112	250,9	167,3
29	16,82	11,21	71	100,82	67,21	113	255,4	170,3
30	18,0	12,0	72	103,68	69,12	114	259,9	173,3
31	19,22	12,81	73	106,58	71,05	115	264,5	176,3
32	20,48	13,65	74	109,52	73,01	116	269,1	179,4
33	21,78	14,52	75	112,5	75,0	117	273,8	182,5
34	23,12	15,41	76	115,52	77,01	118	268,5	185,6
35	24,5	16,35	77	118,58	79,05	119	283,2	188,8
36	25,92	17,28	78	121,68	81,12	120	288,0	192,0
37	27,38	18,25	79	124,82	83,21	121	292,8	195,2
38	28,88	19,25	80	128,0	85,33	122	297,7	198,5
39	30,42	20,28	81	131,22	87,48	123	302,6	201,7
40	32,0	21,33	82	134,48	89,65	124	307,5	205,0
41	33,62	22,41	83	137,78	91,85	125	312,5	208,3
42	35,28	23,52	84	141,12	94,08	126	317,5	211,7

С помощью этой таблицы можно откалибровать шкалу поглощающего измерителя мощности, используя высокочастотный вольтметр для контроля приложенного напряжения. Конструктивно прибор оформлен в стандартном приборном кожухе. Лицевая панель (380 х 230 мм) выполнена из дюралюминия марки Д16Т (толщина 3 мм) с гальваническим „чернением” всей поверхности. Гравировка всех надписей выполнена бормашиной (надписи хорошо читаются на черном фоне).

Дополнительно в состав прибора включены измерительные приборы, позволяющие контролировать режимы радиостанции и усилителя мощности по постоянному току (амперметры типа М42300 на пределы 10А и 50 А и вольтметры типа М4203 на предел 30В). Панель оснащена клеммами для подключения автомобильного аккумулятора или источника питания напряжением 13,5…13,8В, а также колодками с предохранителями. Имеется возможность с помощью специального соединителя осуществить раздельное питание передатчика и усилителя мощности.

В. Боравский

Литература:

1. В.И. Бекетов, К.П. Харченко. Измерения и испытания при конструировании и регулировке радиолюбительских антенн. — М.: Связь, 1971.

2. В.П. Шейко. Антенны любительских радиостанций. — М.: Изд-во „ДОСААФ”, 1962.

3. В. А. Скрыпник. Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры. — М.: Патриот, 1990.

4. В. Ефремов. Принципы конструктивного выполнения эквивалентных нагрузок. Методы определения выходной мощности передатчиков. — Ремонт&Сервис, 2000, № 3, с. 52, 53, № 4, с. 53—55.

РС5-2000