Tabelle des Verhältnisses von SV und KBV. Regeln zum Abstimmen der Antenne und zum Messen des SWR. Leistung, die in die Last eindringt
Bei der Installation und Konfiguration von Funkkommunikationssystemen wird häufig eine bestimmte, nicht ganz eindeutige Größe namens SWR gemessen. Was ist diese Eigenschaft zusätzlich zu dem in den Antenneneigenschaften angegebenen Frequenzspektrum?
Wir antworten:
Stehwellenverhältnis (SWR), Wanderwellenverhältnis (TWR) und Rückflussdämpfung sind Begriffe, die den Grad der Anpassung des Hochfrequenzpfads charakterisieren.
IN Hochfrequenzleitungen Bei der Übertragung bestimmt die Übereinstimmung des Widerstands der Signalquelle mit der Wellenimpedanz der Leitung die Bedingungen für die Übertragung des Signals. Wenn diese Widerstände gleich sind, entsteht in der Leitung ein Wanderwellenmodus, bei dem die gesamte Leistung der Signalquelle auf die Last übertragen wird.
Der mit einem Tester bei Gleichstrom gemessene Kabelwiderstand zeigt entweder einen offenen Stromkreis oder einen Kurzschluss an, je nachdem, was am anderen Ende des Kabels angeschlossen ist, und die charakteristische Impedanz eines Koaxialkabels wird durch das Verhältnis der Innendurchmesser bestimmt und Außenleiter des Kabels und die Eigenschaften des Isolators zwischen ihnen. Die charakteristische Impedanz ist der Widerstand, den eine Leitung einer Wanderwelle eines Hochfrequenzsignals bietet. Der Wellenwiderstand ist entlang der Leitung konstant und nicht von deren Länge abhängig. Bei Funkfrequenzen gilt die charakteristische Impedanz der Leitung als konstant und rein aktiv. Es ist ungefähr gleich:
wobei L und C die verteilte Kapazität und Induktivität der Leitung sind;
Dabei ist: D der Durchmesser des Außenleiters, d der Durchmesser des Innenleiters und die Dielektrizitätskonstante des Isolators.
Bei der Berechnung von Hochfrequenzkabeln streben sie nach einem optimalen Design mit hoher Leistung Elektrische Eigenschaften mit dem geringsten Materialverbrauch.
Bei der Verwendung von Kupfer für die Innen- und Außenleiter eines Hochfrequenzkabels gelten folgende Verhältnisse:
Mit einem Durchmesserverhältnis wird eine minimale Dämpfung im Kabel erreicht 
Die maximale elektrische Festigkeit wird erreicht, wenn: 
maximale Sendeleistung bei: 
Basierend auf diesen Beziehungen wurden die charakteristischen Impedanzen der von der Industrie hergestellten Hochfrequenzkabel ausgewählt.
Die Genauigkeit und Stabilität der Kabelparameter hängt von der Fertigungsgenauigkeit der Durchmesser der Innen- und Außenleiter und der Stabilität der dielektrischen Parameter ab.
In einer perfekt aufeinander abgestimmten Linie gibt es keine Reflexion. Wenn die Lastimpedanz gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung ist, wird die einfallende Welle vollständig in der Last absorbiert und es gibt keine reflektierten oder stehenden Wellen. Dieser Modus wird als Wanderwellenmodus bezeichnet.
Bei einem Kurzschluss oder einer Unterbrechung am Ende der Leitung wird die einfallende Welle vollständig zurückreflektiert. Die reflektierte Welle wird zur einfallenden Welle addiert und die resultierende Amplitude in jedem Abschnitt der Leitung ist die Summe der Amplituden der einfallenden und reflektierten Welle. Die maximale Spannung wird als Schwingungsbauch bezeichnet, die minimale Spannung als Spannungsknoten. Knoten und Schwingungsbäuche bewegen sich nicht relativ zur Übertragungsleitung. Dieser Modus wird als Stehwellenmodus bezeichnet.
Wenn am Ausgang einer Übertragungsleitung eine beliebige Last angeschlossen ist, wird nur ein Teil der einfallenden Welle zurückreflektiert. Je nach Grad der Fehlanpassung nimmt die reflektierte Welle zu. In der Leitung entstehen gleichzeitig stehende und wandernde Wellen. Dies ist ein gemischter oder kombinierter Wellenmodus.
Das Stehwellenverhältnis (SWR) ist eine dimensionslose Größe, die das Verhältnis von einfallenden und reflektierten Wellen in einer Leitung charakterisiert, also den Grad der Annäherung an den Wanderwellenmodus: 
; Wie per Definition zu sehen ist, kann das SWR von 1 bis unendlich variieren;
Das SWR ändert sich proportional zum Verhältnis des Lastwiderstands zur charakteristischen Leitungsimpedanz: 
Der Wanderwellenkoeffizient ist der Kehrwert des SWR: 
KBV= kann von 0 bis 1 variieren;
- Die Rückflussdämpfung ist das Verhältnis der Leistungen der einfallenden und reflektierten Wellen, ausgedrückt in Dezibel.
oder umgekehrt: 
Rückflussverluste lassen sich gut zur Beurteilung der Effizienz eines Zuleitungspfads heranziehen, wenn die Kabelverluste, ausgedrückt in dB/m, einfach mit den Rückflussverlusten summiert werden können.
Die Höhe des Mismatch-Verlustes hängt vom SWR ab:
in Zeiten bzw 
in Dezibel.
Die übertragene Energie ist bei unangepasster Last immer geringer als bei angepasster Last. Ein Sender, der für eine nicht angepasste Last betrieben wird, liefert nicht die gesamte Leistung an die Leitung, die er an eine angepasste Last liefern würde. Tatsächlich handelt es sich dabei nicht um einen Verlust in der Leitung, sondern um eine Verringerung der vom Sender in die Leitung eingespeisten Leistung. Wie stark das SWR die Reduzierung beeinflusst, ist aus der Tabelle ersichtlich:
Leistung, die in die Last eindringt |
Rückflussdämpfung |
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Es ist wichtig zu verstehen, dass:
- Das SWR ist in jedem Leitungsabschnitt gleich und kann nicht durch Änderung der Leitungslänge angepasst werden. Wenn die Messwerte des SWR-Messgeräts während der Bewegung entlang der Leitung erheblich schwanken, kann dies auf einen Speiseantenneneffekt hinweisen, der durch den entlang der Außenseite des Koaxialkabelgeflechts fließenden Strom und/oder eine schlechte Konstruktion des Messgeräts verursacht wird, aber nicht darauf, dass das SWR entlang der Leitung schwankt.
- Die reflektierte Leistung kehrt nicht zum Sender zurück und erhitzt oder beschädigt diesen nicht. Durch den Betrieb der Senderendstufe mit einer nicht angepassten Last kann es zu Schäden kommen. Da sich am Ausgang des Senders die Ausgangssignalspannung und die reflektierte Welle im ungünstigen Fall vereinigen können, kann es zu einer Überschreitung der maximal zulässigen Spannung des Halbleiterübergangs kommen.
- Ein hohes SWR in einer koaxialen Einspeisung, das durch eine erhebliche Diskrepanz zwischen der charakteristischen Impedanz der Leitung und der Eingangsimpedanz der Antenne verursacht wird, führt an sich nicht zum Auftreten von HF-Strom auf der Außenfläche des Kabelgeflechts und zur Strahlung der Einspeisung Linie.
Die Messung des SWR erfolgt beispielsweise über zwei gegenläufig an die Strecke angeschlossene Richtkoppler oder ein Messbrückenreflektometer, wodurch sich Signale proportional zum einfallenden und reflektierten Signal gewinnen lassen.
Zur Messung des SWR können verschiedene Instrumente verwendet werden. Komplexe Geräte verfügen über einen Wobbelfrequenzgenerator, mit dem Sie ein Panoramabild des SWR sehen können. Einfache Geräte bestehen aus Kopplern und einer Anzeige, und die Signalquelle ist extern, beispielsweise ein Radiosender.
Beispielsweise lieferte der Zweiblock RK2-47 mit einem Breitband-Brückenreflektometer Messungen im Bereich von 0,5-1250 MHz.
P4-11 diente zur Messung von VSWR, Reflexionskoeffizientenphase, Modul und Transmissionskoeffizientenphase im Bereich von 1-1250 MHz.
Importierte Instrumente zur Messung des SWR, die zu Klassikern von Bird und Telewave geworden sind:
Oder einfacher und günstiger: 
Beliebt sind einfache und preiswerte Panoramamessgeräte von AEA: 
SWR-Messungen können sowohl an einem bestimmten Punkt im Spektrum als auch im Panorama durchgeführt werden. In diesem Fall kann der Analysatorbildschirm SWR-Werte im angegebenen Spektrum anzeigen, was zum Abstimmen einer bestimmten Antenne praktisch ist und Fehler beim Trimmen der Antenne verhindert.
Für die meisten Systemanalysatoren gibt es Kontrollköpfe – reflektometrische Brücken, mit denen Sie das SWR mit hoher Genauigkeit an einem Frequenzpunkt oder in einem Panorama messen können: 
Die praktische Messung besteht darin, das Messgerät an den Anschluss des zu prüfenden Geräts oder an einen offenen Pfad anzuschließen, wenn ein Gerät vom Typ Durchführung verwendet wird. Der SWR-Wert hängt von vielen Faktoren ab:
- Biegungen, Defekte, Inhomogenitäten, Lötstellen in Kabeln.
- Qualität des Kabelschneidens bei Hochfrequenzsteckverbindern.
- Verfügbarkeit von Adapteranschlüssen
- Feuchtigkeit dringt in die Kabel ein.
Bei der Messung des SWR einer Antenne über eine verlustbehaftete Zuleitung wird das Testsignal in der Leitung gedämpft und die Zuleitung führt zu einem Fehler, der den darin enthaltenen Verlusten entspricht. Sowohl die einfallenden als auch die reflektierten Wellen erfahren eine Dämpfung. In solchen Fällen wird VSWR berechnet: 
Wo k
- Dämpfungskoeffizient der reflektierten Welle, der berechnet wird: k=2BL; IN- spezifische Dämpfung, dB/m; L- Kabellänge, m, während
Faktor 2
berücksichtigt, dass das Signal zweimal gedämpft wird – auf dem Weg zur Antenne und auf dem Weg von der Antenne zur Quelle, auf dem Rückweg.
Wenn Sie beispielsweise ein Kabel mit einer spezifischen Dämpfung von 0,04 dB/m verwenden, beträgt die Signaldämpfung über eine Zuleitungslänge von 40 Metern 1,6 dB in jede Richtung, also insgesamt 3,2 dB. Das bedeutet, dass das Gerät statt des tatsächlichen Werts von SWR = 2,0 1,38 anzeigt; Bei SWR=3,00 zeigt das Gerät etwa 2,08 an.
Wenn Sie beispielsweise einen Speisepfad mit einem Verlust von 3 dB, eine Antenne mit einem SWR von 1,9 und einen 10-W-Sender als Signalquelle für den Durchgangsmesser testen, beträgt die vom Messgerät gemessene einfallende Leistung 10 W. Das zugeführte Signal wird durch den Feeder um das Zweifache gedämpft, 0,9 des eingehenden Signals werden von der Antenne reflektiert und schließlich wird das reflektierte Signal auf dem Weg zum Gerät noch einmal um das Zweifache gedämpft. Das Gerät zeigt das Verhältnis der einfallenden und reflektierten Signale ehrlich an: Die einfallende Leistung beträgt 10 W und die reflektierte Leistung beträgt 0,25 W. Das SWR beträgt 1,37 statt 1,9.
Wenn Sie ein Gerät mit eingebautem Generator verwenden, reicht die Leistung dieses Generators möglicherweise nicht aus, um die erforderliche Spannung am Detektor für reflektierte Wellen zu erzeugen, und Sie sehen eine Rauschspur.
IN Allgemeiner Fall, führen die Bemühungen zur Reduzierung des SWR unter 2:1 in einer Koaxialleitung nicht zu Ergebnissen im Hinblick auf eine Erhöhung der Antennenstrahlungseffizienz und sind in Fällen empfehlenswert, in denen die Senderschutzschaltung beispielsweise bei einem SWR > 1,5 oder auslöst Frequenzabhängige Schaltkreise werden verstimmt an die Einspeisung angeschlossen.
Unser Unternehmen bietet ein breites Sortiment an Messgeräten verschiedener Hersteller, werfen wir einen kurzen Blick darauf:
M.F.J.
MFJ-259– ein relativ einfach zu bedienendes Gerät zur komplexen Messung von Parametern von Systemen, die im Bereich von 1 bis 170 MHz arbeiten.
Das SWR-Messgerät MFJ-259 ist sehr kompakt und kann entweder mit einem externen Niederspannungsnetzteil oder einem internen Satz AA-Batterien verwendet werden.
MFJ-269
Das SWR-Messgerät MFJ-269 ist ein kompaktes Kombigerät mit autonomer Stromversorgung.
Die Anzeige der Betriebsmodi erfolgt auf einer Flüssigkristallanzeige und die Messergebnisse auf LCD- und Zeigerinstrumenten auf der Frontplatte. 
Der MFJ-269 ermöglicht eine Vielzahl zusätzlicher Antennenmessungen: HF-Impedanz, Kabelverlust und elektrische Länge bis zum Bruch oder Kurzschluss.
Technische Eigenschaften |
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Frequenzbereich, MHz |
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Gemessene Eigenschaften |
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200x100x65 mm |
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Der Betriebsfrequenzbereich des SWR-Meters ist in Teilbereiche unterteilt: 1,8...4 MHz, 27...70 MHz, 415...470 MHz, 4,0...10 MHz, 70...114 MHz, 10. ..27 MHz, 114...170 MHz
SWR- und LeistungsmesserKomet
Die Comet-Serie von Leistungs- und SWR-Messgeräten wird durch drei Modelle repräsentiert: CMX-200 (SWR- und Leistungsmessgerät, 1,8–200 MHz, 30/300/3 kW), CMX-1 (SWR- und Leistungsmessgerät, 1,8–60 MHz, 30/300/3 kW) und, von größtem Interesse, CMX2300 T (SWR und Leistungsmesser, 1,8-60/140-525 MHz, 30/300/3 kW, 20/50/200 W) 
CMX2300T
Das Leistungs- und SWR-Messgerät CMX-2300 besteht aus zwei unabhängigen Systemen im Bereich 1,8–200 MHz und 140–525 MHz mit der Möglichkeit, diese Bereiche gleichzeitig zu messen. Der Durchgangsaufbau des Gerätes und die damit verbundene geringe Verlustleistung ermöglichen Messungen über einen langen Zeitraum.
Technische Eigenschaften |
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Bereich M1 |
M2-Bereich |
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Frequenzbereich |
1,8 - 200 MHz |
140 - 525 MHz |
Leistungsmessbereich |
0 - 3 kW (HF), 0 - 1 kW (UKW) |
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Leistungsmessbereich |
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Fehler bei der Leistungsmessung |
±10 % (Vollausschlag) |
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SWR-Messbereich |
von 1 bis unendlich |
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Widerstand |
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Rest-SWR |
1,2 oder weniger |
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Einfügedämpfung |
0,2 dB oder weniger |
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Mindestleistung für SWR-Messungen |
Ungefähr 6W. |
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M-förmig |
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Stromversorgung für Hintergrundbeleuchtung |
11 - 15V Gleichstrom, ca. 450 mA |
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Abmessungen (Angaben in Klammern inkl. Überstände) |
250 (B) x 93 (98) (H) x 110 (135) (T) |
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Um 1540 |
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Leistungs- und SWR-MessgeräteNissen
Für die Arbeit vor Ort ist oft kein komplexes Gerät erforderlich, das ein vollständiges Bild liefert, sondern vielmehr ein funktionales und einfach zu bedienendes Gerät. Die Leistungs- und SWR-Messgeräte der Nissen-Serie sind solche „Arbeitstiere“.
Einfache Durchgangsstruktur und hohe Leistungsbegrenzung auf bis zu 200 W zusammen mit Frequenzbereich 1,6–525 MHz machen Nissen-Instrumente zu einem sehr wertvollen Hilfsmittel, wenn es nicht auf komplexe Leitungseigenschaften, sondern vielmehr auf Geschwindigkeit und Genauigkeit der Messung ankommt.
NISSEI TX-502
Ein typischer Vertreter der Nissen-Zählerserie ist der Nissen TX-502. Direkt- und Rückflussdämpfungsmessung, SWR-Messung, Zeigertafel mit deutlich sichtbarer Skala. Maximale Funktionalität bei lakonischem Design. Und gleichzeitig reicht dies beim Aufbau von Antennen oft völlig aus, um ein Kommunikationssystem schnell und effizient aufzubauen und einen Kanal einzurichten.
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Heutzutage sind SWR-Messgeräte bei fast jedem Amateurfunksender erhältlich – eingebaut in Markengeräte, unabhängige Markengeräte oder selbstgebaute Geräte. Ihre Ergebnisse Bekanntlich wird der Stehwellenkoeffizient in der Speiseleitung eindeutig durch die Eingangsimpedanz der Antenne und die charakteristische Impedanz der Speiseleitung bestimmt. Diese Charakteristik des Antennen-Speisepfads hängt weder vom Leistungspegel noch von der Ausgangsimpedanz des Senders ab. In der Praxis muss die Messung in einiger Entfernung von der Antenne erfolgen – meist direkt am Transceiver. Es ist bekannt, dass die Zuleitung die Eingangsimpedanz der Antenne auf einige ihrer Werte umwandelt, die durch die Länge der Zuleitung bestimmt werden. Gleichzeitig sind sie jedoch in jedem Abschnitt der Zuleitung so, dass sich der entsprechende SWR-Wert nicht ändert. Mit anderen Worten: Anders als die Impedanz, die auf das von der Antenne am weitesten entfernte Ende der Zuleitung reduziert wird, hängt sie nicht von der Länge der Zuleitung ab, sodass das SWR sowohl direkt an der Antenne als auch in einiger Entfernung davon gemessen werden kann (z. B. an einem Transceiver). In Amateurfunkkreisen gibt es viele Legenden über „Halbwellen-Repeater“, die angeblich das SWR verbessern sollen. Feeder mit halber Länge elektrisch Arbeitslänge Wellen (oder eine ganze Zahl davon) ist in der Tat ein „Repeater“ – die Impedanz am Ende, das am weitesten von der Antenne entfernt ist, ist gleich der Eingangsimpedanz der Antenne. Der einzige Vorteil dieses Effekts ist die Möglichkeit, die Eingangsimpedanz der Antenne aus der Ferne zu messen. Wie bereits erwähnt, hat dies keinen Einfluss auf den SWR-Wert (d. h. die Energieverhältnisse im Antennen-Einspeisepfad). Tatsächlich weicht der aufgezeichnete Wert bei der Messung des SWR in einer Entfernung vom Anschlusspunkt der Einspeisung an die Antenne immer geringfügig vom tatsächlichen Wert ab. Diese Unterschiede werden durch Verluste im Zubringer erklärt. Sie sind streng deterministisch und können lediglich den erfassten SWR-Wert „verbessern“. Dieser Effekt ist in der Praxis jedoch oft unbedeutend, wenn ein Kabel mit geringen linearen Verlusten verwendet wird und die Länge der Einspeisung selbst relativ kurz ist. Ist die Eingangsimpedanz der Antenne nicht rein aktiv und gleich der charakteristischen Impedanz der Zuleitung, bilden sich darin stehende Wellen aus, die sich über die Zuleitung verteilen und aus abwechselnden Minima und Maxima der HF-Spannung bestehen.
In Abb. Abbildung 1 zeigt die Spannungsverteilung in der Leitung mit einer rein ohmschen Last, die etwas größer als die charakteristische Impedanz der Einspeisung ist. Bei Reaktivität in der Last verschiebt sich die Verteilung von Spannung und Strom je nach Art der Last entlang der ^-Achse nach links oder rechts. Die Wiederholungsperiode von Minima und Maxima entlang der Leitungslänge wird durch die Betriebswellenlänge bestimmt (in einer koaxialen Zuleitung – unter Berücksichtigung des Verkürzungsfaktors). Ihr Merkmal ist der SWR-Wert – das Verhältnis von Maximum und Mindestspannung in dieser stehenden Welle, also SWR = Umax/Umin. Die Werte dieser Spannungen werden direkt nur mit Hilfe von Messleitungen bestimmt, die in der Amateurpraxis (im Kurzwellenbereich – und auch in der professionellen Praxis) nicht verwendet werden. Der Grund dafür ist einfach: um zu sein Um Änderungen dieser Spannung entlang der Länge der Leitung messen zu können, muss ihre Länge deutlich länger als eine Viertelwelle sein. Mit anderen Worten: Selbst für den höchsten Frequenzbereich von 28 MHz sollte er bereits mehrere Meter betragen und für niederfrequente Bereiche dementsprechend noch größer. Gemäß der Funktionsphysik solcher Sensoren müssen sie Strom und Spannung am selben Punkt in der Zuleitung messen. Es gibt verschiedene Versionen von Sensoren – ein Diagramm einer der häufigsten Optionen ist in Abb. dargestellt. 2.
Sie müssen so ausgelegt sein, dass bei Belastung der Messeinheit mit dem Äquivalent einer Antenne (einer ohmschen, nichtinduktiven Last mit einem Widerstand gleich der charakteristischen Impedanz der Zuleitung) die Spannung am Sensor anliegt, die von der Kapazität abgenommen wird Der Teiler an den Kondensatoren C1 und C2 und die Spannung am Stromsensor, die von der halben Sekundärwicklung des Transformators T1 abgenommen wird, waren in der Amplitude gleich und in der Phase genau um 180° bzw. 0° verschoben. Darüber hinaus müssen diese Verhältnisse im gesamten Frequenzband, für das dieses SWR-Messgerät ausgelegt ist, eingehalten werden. Anschließend werden diese beiden HF-Spannungen entweder summiert (Vorwärtswellenregistrierung) oder subtrahiert (Rückwärtswellenregistrierung). Das bedeutet, dass man sich bei der Bestimmung kleiner SWR-Werte nicht auf die Messwerte eines solchen „SWR-Meters“ verlassen kann. Darüber hinaus kann es je nach Art der Belastung am Messpunkt (und abhängig von der Länge des Zubringers!) zu Abweichungen vom wahren Wert in die eine oder andere Richtung kommen. Somit kann bei einem Geräterichtwirkungskoeffizienten von 20 dB der Wert von SWR = 2 Gerätewerten von 1,5 bis 2,5 entsprechen. Aus diesem Grund besteht eine der Methoden zum Testen solcher Geräte darin, das SWR zu messen, das bei Zuleitungslängen, die sich um ein Viertel der Betriebswellenlänge unterscheiden, ungleich 1 ist. Werden unterschiedliche SWR-Werte ermittelt, deutet dies lediglich darauf hin, dass ein bestimmtes SWR-Messgerät über eine unzureichende Richtwirkung verfügt... Ein weiterer Punkt ist der nicht ganz „punktuelle“ Charakter der Messungen in solchen Geräten (die Punkte, an denen Informationen über Spannung und Strom erfasst werden, stimmen nicht überein). Der Einfluss dieses Effekts ist weniger signifikant. Eine weitere Fehlerquelle ist ein Abfall der Gleichrichtungseffizienz von Sensordioden bei niedrigen HF-Spannungen. Dieser Effekt ist den meisten Funkamateuren bekannt. Es führt zu einer „Verbesserung“ des SWR bei niedrigen Werten. Aus diesem Grund werden in SWR-Messgeräten fast nie Siliziumdioden verwendet, deren ineffektive Gleichrichtungszone viel größer ist als die von Germanium- oder Schottky-Dioden. Das Vorhandensein dieses Effekts in einem bestimmten Gerät lässt sich leicht überprüfen, indem man den Leistungspegel ändert, bei dem Messungen durchgeführt werden. Wenn das SWR mit zunehmender Leistung zu „steigen“ beginnt (wir sprechen von kleinen Werten), unterschätzt die für die Aufzeichnung der Rückwärtswelle verantwortliche Diode den ihr entsprechenden Spannungswert deutlich. Wenn die HF-Spannung am Sensorgleichrichter weniger als 1 V (Effektivwert) beträgt, ist die Linearität des Voltmeters, auch bei solchen mit Germaniumdioden, gestört. Dieser Effekt kann minimiert werden, indem die Skala des SWR-Messgeräts nicht durch Berechnung (wie häufig durchgeführt), sondern anhand tatsächlicher SWR-Lastwerte kalibriert wird. Und schließlich kann man nicht umhin, den Strom zu erwähnen, der durch das äußere Geflecht des Zuleiters fließt. Wenn keine entsprechenden Maßnahmen ergriffen werden, kann es zu spürbaren Auswirkungen auf die Zählerstände kommen. Bei der Messung des SWR realer Antennen muss unbedingt darauf geachtet werden, dass es nicht vorhanden ist. Alle diese Probleme treten bei fabrikgefertigten Geräten auf, bei selbstgebauten Konstruktionen verschärfen sie sich jedoch besonders. Daher kann in solchen Geräten selbst eine unzureichende Abschirmung innerhalb des Blocks aus Vorwärts- und Rückwärtswellensensoren eine wichtige Rolle spielen. Was fabrikgefertigte Geräte betrifft, können wir zur Veranschaulichung ihrer tatsächlichen Eigenschaften Daten aus einem in veröffentlichten Testbericht zitieren. Das ARRL-Labor testete fünf Leistungs- und SWR-Messgeräte verschiedener Unternehmen. Preis - von 100 bis 170 US-Dollar. Vier Geräte verwendeten Zwei-Zeiger-Anzeigen für die Vorwärts- und Rückwärtsleistung (reflektiert), was es ermöglichte, den SWR-Wert sofort auf der kombinierten Skala des Geräts abzulesen. Fast alle Geräte hatten einen merklichen Fehler bei der Leistungsmessung (bis zu 10...15 %) und eine merkliche Ungleichmäßigkeit der Frequenzanzeige (im Frequenzband 2...28 MHz). Das heißt, wir können davon ausgehen, dass der SWR-Lesefehler höher ist als die angegebenen Werte. Darüber hinaus zeigten nicht alle Geräte, die an eine entsprechende Antenne angeschlossen waren, ein SWR=1. Einer davon (nicht der billigste) zeigte sogar 1,25 bei 28 MHz. Boris STEPANOV Rückflussdämpfung, Reflexionskoeffizient und Stehwellenverhältnis werden verwendet, um die Konsistenz/Anpassung der komplexen Impedanzen (elektrischen Impedanzen) von Quelle, Last und Übertragungsleitung zu bewerten. Betrachten wir die physikalische Bedeutung dieser Parameter und ihre Beziehung. DefinitionenRückflussdämpfung ist der Leistungsverlust im Signal, das von einer Inhomogenität in der Übertragungsleitung oder Glasfaser zurückgesendet/reflektiert wird. Dieser Wert wird üblicherweise in Dezibel (dB) ausgedrückt:
Spannungsreflexionskoeffizient, Γ – das Verhältnis der komplexen Spannungsamplituden der reflektierten und einfallenden Wellen. \[Γ = ( U_(neg) \over U_(inc) )\] Der Reflexionskoeffizient wird durch die komplexen Widerstände der Last Z Last und der Quelle Z Quelle bestimmt: \[Γ = ( (Z_(Last) - Z_(Quelle)) \over ( Z_(Last) + Z_(Quelle) ) )\] Beachten Sie, dass ein negativer Reflexionsgrad bedeutet, dass die reflektierte Welle um 180° phasenverschoben ist. Das Stehwellenverhältnis (SWR, VSWR, Spannungs-Stehwellenverhältnis, SWR, VSWR) ist das Verhältnis des größten Wertes der Spannungsamplitude der stehenden Welle zum kleinsten. \[SWR = ( U_(st.wave.max) \over U_(st.wave.min) )\] Da die ungleichmäßige Verteilung der Amplitude einer stehenden Welle entlang der Linie auf die Interferenz („Addition und Subtraktion“) der einfallenden und reflektierten Wellen zurückzuführen ist, ist der größte Wert der Amplitude U st.wave.max der Welle entlang der Linie Linie (d. h. der Amplitudenwert am Schwingungsbauch) ist: U Pad + U neg und der kleinste Amplitudenwert (d. h. der Amplitudenwert an einem Knoten) ist U-Pad - U neg Somit \[SWR = ( (U_(inc) + U_(neg)) \over (U_(inc) - U_(neg)) )\] Zusammenhang zwischen SWR, Rückflussdämpfung und ReflexionskoeffizientDurch Einsetzen in die folgenden Formeln und einfaches Umwandeln erhalten Sie Folgendes: \[Γ = ( (SWR-1) \over (SWR+1) )\] \[SWR = ( (1+Γ) \over (1-Γ) )\] \[Γ = 10^((-RL) \over 20)\] \[SWR = ( (1 + 10^((-RL) \over 20)) \over (1 - 10^((-RL) \over 20)) ) \]
Nach der Installation der Antenne muss diese auf den minimalen SWR-Wert in der Mitte des Betriebsfrequenzbereichs eingestellt werden, oder wenn sie nur auf einer Frequenz betrieben werden soll Mindestwert SWR bei dieser Frequenz. Tabelle 1. Leistungsverluste bei verschiedenen SWR-Werten Abb. 1. Anschlussplan des SWR-Meters
Betrachten wir ein Beispiel für die Abstimmung einer Antenne auf die durchschnittliche Frequenz von Gitter C (Frequenz 27,205 MHz), indem wir die Länge des Pins ändern. Zuerst müssen Sie den SWR-Wert auf Kanal 1 von Gitter C messen. Dann auf dem letzten (40) Kanal von Gitter C. Wenn der SWR-Wert in beiden Fällen größer als 3 ist, ist die Antenne falsch installiert und nicht ausgelegt nicht in diesem Bereich betrieben werden kann oder es liegt eine Fehlfunktion vor. Wenn das auf Kanal 1 gemessene SWR größer ist als der SWR-Wert auf Kanal 40, muss die Länge des Stifts gekürzt werden, umgekehrt muss der Stift verlängert (aus der Halterung geschoben) werden. Wir stehen auf dem 20. Kanal des C-Gitters, messen das SWR und merken uns seinen Wert. Wir lösen die Schrauben, mit denen der Stift befestigt ist, bewegen ihn 7-10 mm in die gewünschte Richtung, ziehen die Schrauben fest und überprüfen das SWR erneut. Wenn der Stift ganz eingeschoben ist und das SWR immer noch hoch ist, müssen Sie den Stift physisch kürzen. Wenn der Stift so weit wie möglich verlängert wird, müssen Sie die Länge der passenden Spule vergrößern. Wir installieren den Stift in der Mitte der Halterung. Wir beißen 5-7 mm ab, messen das SWR und beißen erneut ab. Gleichzeitig sorgen wir dafür, dass der SWR-Wert sinkt. Sobald es ein Minimum erreicht und ansteigt, hören wir auf, den Stift zu verspotten, und passen dann seine Länge an, indem wir die Position in der Antenne ändern. So finden wir das minimale SWR. Bitte beachten Sie, dass die Antenne erst an ihrem ENDGÜLTIGEN Installationsort justiert werden sollte. Das heißt, wenn Sie die Antenne an einen anderen Ort bringen, muss sie erneut abgestimmt werden. Wenn Sie ein SWR in der Größenordnung von 1,1-1,3 erhalten haben, ist dies der Fall hervorragendes Ergebnis. Wenn Sie ein SWR von etwa 1,3-1,7 erreichen, ist das auch nicht schlecht und Sie müssen sich keine Sorgen machen. Wenn das SWR 1,8 - 2 beträgt, sollten Sie auf Verluste in den HF-Anschlüssen achten (falscher Kabelschnitt, schlechtes Löten des zentralen Kabelkerns usw.). Für eine Antenne bedeutet ein solcher Anpassungsgrad, dass dies der Fall ist hat Probleme mit der Zuordnung und muss optimiert werden. SWR 2,1 - 5 bedeutet eine offensichtliche Fehlfunktion der Antenne oder deren falsche Installation. Ein SWR von mehr als 5 bedeutet einen Bruch im zentralen Kern des Kabels oder der Antenne. Aus einer anderen Quelle Längen eines 50-Ohm-Kabels in Halbwellen, „Halbwellen-Repeater“-Modus (gilt für Kabel mit massiver Polyethylen-Isolierung des zentralen Kerns) Anzahl der Halbwellen Durchschnittliche Frequenz MHz Kabellänge Unverzichtbar ist ein Gerät zur Messung der Qualität der Übereinstimmung zwischen Einspeisung und Antenne (SWR-Meter). Bestandteil Amateurfunksender. Wie zuverlässig liefert ein solches Gerät Informationen über den Zustand der Antennenanlage? Die Praxis zeigt, dass nicht alle werkseitig hergestellten SWR-Messgeräte eine hohe Messgenauigkeit bieten. Dies gilt umso mehr, wenn wir reden überüber selbstgebaute Strukturen. In dem unseren Lesern präsentierten Artikel geht es um ein SWR-Messgerät mit Stromwandler. Geräte dieser Art werden sowohl von Profis als auch von Funkamateuren häufig verwendet. Der Artikel erläutert die Funktionstheorie und analysiert die Faktoren, die die Genauigkeit der Messungen beeinflussen. Es schließt mit einer Beschreibung von zwei einfachen praktischen Designs von SWR-Messgeräten, deren Eigenschaften auch den anspruchsvollsten Funkamateur zufriedenstellen werden. Eine kleine Theorie Wird eine an den Sender angeschlossene homogene Verbindungsleitung (Zuleitung) mit Wellenwiderstand Zо mit dem Widerstand Zн≠Zо belastet, so erscheinen darin sowohl einfallende als auch reflektierte Wellen. Der Reflexionskoeffizient r (Reflexion) ist im Allgemeinen definiert als das Verhältnis der Amplitude der von der Last reflektierten Welle zur Amplitude der einfallenden Welle. Die Reflexionskoeffizienten für Strom r und Spannung ru sind gleich dem Verhältnis der entsprechenden Werte in der reflektierten und einfallenden Welle. Die Phase des reflektierten Stroms (relativ zum einfallenden Strom) hängt von der Beziehung zwischen Zn und Zо ab. Wenn Zn > Zо, dann ist der reflektierte Strom gegenphasig zum einfallenden Strom, und wenn Zn Der Wert des Reflexionskoeffizienten r wird durch die Formel bestimmt wobei Rn und Wenn beispielsweise ein Kabel mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm mit einem Widerstand von 75 Ohm belastet wird, beträgt der Reflexionskoeffizient r = (75-50)/(75+50) = 0,2. In Abb. Abbildung 1a zeigt die Verteilung von Spannung Ul und Strom Il entlang der Leitung genau für diesen Fall (Verluste in der Leitung werden nicht berücksichtigt). Es wird davon ausgegangen, dass der Maßstab entlang der Ordinatenachse für den Strom Zо-mal größer ist – in diesem Fall haben beide Diagramme die gleiche vertikale Größe. Die gestrichelte Linie ist ein Diagramm der Spannung Ulo und des Stroms Ilo für den Fall, dass Rн=Zо ist. Beispielsweise wird ein Streckenabschnitt der Länge λ genommen. Ist es länger, wiederholt sich das Muster zyklisch alle 0,5λ. An den Punkten der Linie, an denen die Phasen des Einfalls und der Reflexion zusammenfallen, ist die Spannung maximal und gleich Uл max -= Uо(1 + r) = Uо(1 + 0,2) = 1,2 Uо, und an denen, an denen die Phasen entgegengesetzt sind, ist es minimal und gleich Ul min = Ul(1 - 0,2) = = 0,8Ul. Per Definition ist SWR = Ul max/ /Ul min=1l2Uл/0I8Uл=1I5. Formeln zur Berechnung von SWR und r können auch wie folgt geschrieben werden: SWR = (1+r)/(1-r) und r = = (SWR-1)/(SWR+1). Beachten wir einen wichtigen Punkt – die Summe der maximalen und minimalen Spannungen Uл max + Uл min = Uло(1 + r) + Уло(1 - r) = 2Uno und ihre Differenz Ul max - Ul min = 2Uлo. Aus den erhaltenen Werten ist es möglich, die Leistung der einfallenden Welle Ppad = Uо2/Zo und die Leistung der reflektierten Welle Pоtr = = (rUо)2/Zo zu berechnen. In unserem Fall (für SWR = 1,5 und r = 0,2) beträgt die Leistung der reflektierten Welle nur 4 % der Leistung der einfallenden Welle. Die Bestimmung des SWR durch Messung der Spannungsverteilung entlang eines Leitungsabschnitts auf der Suche nach den Werten von Ul max und Ul min wurde in der Vergangenheit häufig verwendet nicht nur auf offenen Freileitungen, sondern auch in Koaxialzuleitungen (hauptsächlich auf UKW). Zu diesem Zweck wurde eine Messstrecke des Zubringers verwendet, die über einen langen Längsschlitz verfügte, entlang dem sich ein Wagen mit einer darin eingeführten Sonde – dem Kopf eines HF-Voltmeters – bewegte. Das SWR kann bestimmt werden, indem der Strom Il in einem der Leitungsdrähte über einen Abschnitt mit einer Länge von weniger als 0,5 λ gemessen wird. Nachdem Sie die Maximal- und Minimalwerte ermittelt haben, berechnen Sie SWR = Imax/Imin. Zur Strommessung wird ein Strom-Spannungswandler in Form eines Stromwandlers (TT) mit einem Lastwiderstand verwendet, dessen Spannung proportional und phasengleich zum gemessenen Strom ist. Beachten wir eine interessante Tatsache: Bei bestimmten TT-Parametern ist es möglich, an seinem Ausgang eine Spannung zu erhalten, die der Spannung auf der Leitung (zwischen Leitern) entspricht, d. h. Utl = IlZo. In Abb. Abbildung 1b zeigt zusammen ein Diagramm der Änderung von Ul entlang der Linie und ein Diagramm der Änderung von Utl. Die Diagramme haben die gleiche Amplitude und Form, sind jedoch um das 0,25-fache gegeneinander verschoben. Die Analyse dieser Kurven zeigt, dass es möglich ist, r (oder SWR) zu bestimmen, indem die Werte von Ul und UTL an jedem Punkt der Linie gleichzeitig gemessen werden. An den Orten der Maxima und Minima beider Kurven (Punkte 1 und 2) ist dies offensichtlich: Das Verhältnis dieser Werte Ul/Utl (oder Utl/Utl) ist gleich dem SWR, die Summe ist gleich 2Ulo , und die Differenz beträgt 2rUlo. An Zwischenpunkten sind Ul und Utl in der Phase verschoben und müssen als Vektoren addiert werden. Die obigen Beziehungen bleiben jedoch erhalten, da die reflektierte Spannungswelle immer inverser Phase zur reflektierten Stromwelle ist und rUlo = rUtl. Folglich können Sie mit einem Gerät, das ein Voltmeter, einen kalibrierten Strom-Spannungs-Wandler und eine Additions-Subtraktionsschaltung enthält, Leitungsparameter wie r oder SWR sowie Rpad und Rotr bestimmen, wenn es irgendwo in der Leitung eingeschaltet ist. Die ersten Informationen über Geräte dieser Art stammen aus dem Jahr 1943 und sind in wiedergegeben. Die ersten dem Autor bekannten praktischen Geräte wurden in beschrieben. Die zugrunde liegende Schaltungsvariante ist in Abb. dargestellt. 2. Das Gerät enthielt: Die Sekundärwicklung des Transformators T1 ist so angeschlossen, dass bei Anschluss des Senders an den Anschluss links im Diagramm und der Last rechts die Gesamtspannung Uc + UT an die Diode VD1 und die Differenz angelegt wird Spannung wird an die Diode VD2 angelegt. Wenn eine ohmsche Referenzlast mit einem Widerstand gleich der charakteristischen Impedanz der Leitung an den Ausgang des SWR-Messgeräts angeschlossen wird, gibt es keine reflektierte Welle und daher kann die HF-Spannung an VD2 Null sein. Dies wird beim Symmetrieren des Geräts durch den Ausgleich der Spannungen UT und Uc mithilfe eines Abstimmkondensators C1 erreicht. Wie oben gezeigt, ist nach einer solchen Einstellung die Größe der Differenzspannung (bei Zn≠Zо) proportional zum Reflexionskoeffizienten r. Messungen mit einer realen Last werden auf diese Weise durchgeführt. Zunächst wird in der im Diagramm dargestellten Stellung des Schalters SA1 („Einfallwelle“) über den Kalibriervariablenwiderstand R3 der Instrumentenpfeil auf den letzten Skalenteil (z. B. 100 μA) eingestellt. Anschließend wird der Schalter SA1 gemäß Diagramm in die untere Position („Reflektierte Welle“) gebracht und der Wert r gezählt. Bei RH = 75 Ohm sollte das Gerät 20 μA anzeigen, was r = 0,2 entspricht. Der Wert des SWR wird durch die obige Formel bestimmt: SWR = (1 +0,2)/ /(1-0,2) = 1,5 oder SWR = (100+20)/ /(100-20) = 1,5. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Detektor linear ist – in Wirklichkeit ist es notwendig, eine Korrektur einzuführen, um seine Nichtlinearität zu berücksichtigen. Bei richtiger Kalibrierung kann das Gerät zur Messung einfallender und reflektierter Leistungen verwendet werden. Die Genauigkeit des SWR-Meters als Messgerät hängt von einer Reihe von Faktoren ab, vor allem von der Genauigkeit des Auswuchtens des Geräts in Position SA1 „Reflektierte Welle“ bei Rн = Zo. Der ideale Ausgleich entspricht den Spannungen Uс und Uт, die in ihrer Größe gleich und in der Phase genau entgegengesetzt sind, d. h. ihre Differenz (algebraische Summe) ist Null. In einem realen Design gibt es immer einen unausgeglichenen Restwert. Schauen wir uns an einem Beispiel an, wie sich dies auf das endgültige Messergebnis auswirkt. Nehmen wir an, dass beim Ausgleichen die resultierenden Spannungen Uс = 0,5 V und Uт = 0,45 V betragen (d. h. eine Unsymmetrie von 0,05 V, was durchaus realistisch ist). Bei einer Last Rn = 75 Ohm in einer 50-Ohm-Leitung haben wir tatsächlich SWR = 75/50 = 1,5 und r = 0,2, und die Größe der reflektierten Welle, umgerechnet auf geräteinterne Pegel, beträgt rUc = 0,2x0 .5 = 0, 1 V und rUт = 0,2x0,45 = 0,09 V. Schauen wir uns noch einmal Abb. an. 1, b, deren Kurven für SWR = 1,5 dargestellt sind (die Kurven Ul und Utl für die Linie entsprechen in unserem Fall Uс und Ut). Am Punkt 1 beträgt Uc max = 0,5 + 0,1 = 0,6 V, Ut min = 0,45 - 0,09 = 0,36 V und SWR = 0,6/0,36 = 1,67. Am Punkt 2UTmax = 0,45 + 0,09 = 0,54 V, Ucmin = 0,5 - 0,1 = 0,4 und SWR = 0,54/0,4 = 1,35. Aus dieser einfachen Rechnung wird deutlich, dass je nachdem, wo ein solches SWR-Messgerät an eine Leitung mit einem echten SWR = 1,5 angeschlossen wird oder wenn sich die Länge der Leitung zwischen Gerät und Last ändert, unterschiedliche SWR-Werte abgelesen werden können – von 1,35 auf 1,67! Was kann zu einer ungenauen Auswuchtung führen? 1. Das Vorhandensein einer Abschaltspannung einer Germaniumdiode (in unserem Fall VD2), bei der sie aufhört zu leiten, beträgt ungefähr 0,05 V. Daher mit UOCT< 0,05 В
прибор РА1 покажет "ноль" и можно допустить ошибку в балансировке. Относительная
неточность значительно уменьшится, если поднять в несколько раз напряжения Uc и
соответственно UT. Например, при Uc = 2 В и UT = 1,95 В (Uост = 0,05 В) пределы
изменения КСВ для приведенного выше примера будут уже только от 1,46 до 1,54. 2. Vorhandensein einer Frequenzabhängigkeit der Spannungen Uc oder UT. Allerdings kann möglicherweise nicht über den gesamten Betriebsfrequenzbereich eine genaue Symmetrierung erreicht werden. Schauen wir uns ein Beispiel für einen der möglichen Gründe an. Nehmen wir an, das Gerät verwendet einen Teilerkondensator C2 mit einer Kapazität von 150 pF mit Drahtleitungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer Länge von jeweils 10 mm. Die gemessene Induktivität eines Drahtes dieses Durchmessers und einer Länge von 20 mm betrug L = 0,03 μH. Bei der oberen Betriebsfrequenz f = 30 MHz beträgt der Kondensatorwiderstand Xc = 1 /2πfС = -j35,4 Ohm, die Gesamtreaktanz der Anschlüsse XL = 22πfL = j5,7 Ohm. Dadurch sinkt der Widerstand des unteren Zweigs des Teilers auf den Wert -j35,4 + j5f7 = -j29,7 Ohm (dies entspricht einem Kondensator mit einer Kapazität von 177 pF). Gleichzeitig ist der Einfluss der Pins bei Frequenzen ab 7 MHz und darunter vernachlässigbar. Daher die Schlussfolgerung: Im unteren Teil des Teilers sollten nichtinduktive Kondensatoren mit minimalen Leitungen (z. B. Stütze oder Durchführung) verwendet und mehrere Kondensatoren parallel geschaltet werden. Die Anschlüsse des „oberen“ Kondensators C1 haben praktisch keinen Einfluss auf die Situation, da der Xc des oberen Kondensators um mehrere Zehnfache größer ist als der des unteren. Mit einer originellen Lösung, die bei der Beschreibung praktischer Designs besprochen wird, können Sie eine gleichmäßige Ausbalancierung über das gesamte Betriebsfrequenzband erreichen. 3.2. Die induktive Reaktanz der Sekundärwicklung T1 bei niedrigeren Frequenzen des Betriebsbereichs (~ 1,8 MHz) kann R1 erheblich überbrücken, was zu einer Verringerung von UT und seiner Phasenverschiebung führt. 3.3. Der Widerstand R2 ist Teil des Detektorkreises. Da es laut Schaltung C2 überbrückt, kann der Teilungskoeffizient bei niedrigeren Frequenzen frequenz- und phasenabhängig werden. 3.4. Im Diagramm von Abb. 2 Melder an VD1 oder VD2 im geöffneten Zustand überbrücken mit ihrem Eingangswiderstand RBX den unteren Arm des kapazitiven Teilers zu C2, d. h. RBX wirkt auf die gleiche Weise wie R2. Der Einfluss von RBX ist bei (R3 + R2) über 40 kOhm unbedeutend, was die Verwendung eines empfindlichen Indikators PA1 mit einem Gesamtabweichungsstrom von nicht mehr als 100 μA und einer HF-Spannung an VD1 von mindestens 4 V erfordert. 3.5. Die Ein- und Ausgangsanschlüsse des SWR-Meters sind normalerweise 30...100 mm voneinander entfernt. Bei einer Frequenz von 30 MHz beträgt die Spannungsphasendifferenz an den Anschlüssen α= [(0,03... 0,1)/10]360°- 1... 3,5°. Wie sich dies auf die Arbeit auswirken kann, zeigt Abb. 3a und Abb. 3, geb. Der einzige Unterschied in den Schaltungen in diesen Abbildungen besteht darin, dass der Kondensator C1 an verschiedene Anschlüsse angeschlossen ist (T1 befindet sich in beiden Fällen in der Mitte des Leiters zwischen den Anschlüssen). Im ersten Fall kann der unkompensierte Rest reduziert werden, wenn die Phase UOCT mithilfe eines kleinen parallel geschalteten Kondensators Ck angepasst wird, und im zweiten Fall, indem eine kleine Induktivität Lk in Form einer Drahtschleife in Reihe mit R1 geschaltet wird. Diese Methode wird häufig sowohl bei selbstgebauten als auch bei „Marken“-SWR-Messgeräten verwendet, dies sollte jedoch nicht durchgeführt werden. Um dies zu überprüfen, drehen Sie das Gerät einfach so, dass der Eingangsanschluss zum Ausgangsanschluss wird. In diesem Fall wird die Entschädigung, die vor der Wende geholfen hat, schädlich – Uoct wird deutlich ansteigen. Beim Arbeiten an einer realen Leitung mit einer nicht angepassten Last kann das Gerät je nach Leitungslänge an eine Stelle auf der Leitung gelangen, an der die eingeführte Korrektur das tatsächliche SWR „verbessert“ oder umgekehrt „verschlechtert“. In jedem Fall wird die Zählung falsch sein. Es wird empfohlen, die Anschlüsse so nah wie möglich beieinander zu platzieren und das unten angegebene Original-Schaltungsdesign zu verwenden. Um zu veranschaulichen, wie sehr sich die oben diskutierten Gründe auf die Zuverlässigkeit der SWR-Messwerte auswirken können, zeigt Abb. Abbildung 4 zeigt die Ergebnisse des Tests zweier werkseitig hergestellter Geräte. Der Test bestand darin, eine unangepasste Last mit einem berechneten SWR = 2,25 am Ende einer Leitung zu installieren, die aus mehreren in Reihe geschalteten Kabelabschnitten mit Zо = 50 Ohm und jeweils λ/8 Länge bestand. Während der Messungen variierte die Gesamtleitungslänge von λ/8 bis 5/8λ. Getestet wurden zwei Geräte: das preiswerte BRAND X (Kurve 2) und eines der besten Modelle – BIRD 43 (Kurve 3). Kurve 1 zeigt das wahre SWR. Wie sie sagen, sind Kommentare unnötig. In Abb. Abbildung 5 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit des Messfehlers vom Wert des Richtwirkungskoeffizienten D (Richtwirkung) des SWR-Meters. Ähnliche Diagramme für KBV = 1/SWR sind in angegeben. In Bezug auf den Entwurf von Abb. 2 ist dieser Koeffizient gleich dem Verhältnis der HF-Spannungen an den Dioden VD1 und VD2 bei Anschluss an den Ausgang des Last-SWR-Messgeräts Rн = Zо D = 20lg(2Uо/Uore). Je besser also der Stromkreis ausgeglichen war (je niedriger Ures), desto höher war D. Sie können auch die Messwerte des PA1-Indikators verwenden – D = 20 x x log(Ipad/Iref). Dieser D-Wert ist jedoch aufgrund der Nichtlinearität der Dioden weniger genau. In der Grafik zeigt die horizontale Achse die tatsächlichen SWR-Werte und die vertikale Achse die gemessenen Werte unter Berücksichtigung des Fehlers in Abhängigkeit vom D-Wert des SWR-Messgeräts. Die gestrichelte Linie zeigt ein Beispiel – echtes SWR = 2, ein Gerät mit D = 20 dB liefert Werte von 1,5 bzw. 2,5 und mit D = 40 dB – 1,9 bzw. 2,1. Wie aus den Literaturdaten hervorgeht, ist das SWR-Meter gemäß dem Diagramm in Abb. 2 hat D - 20 dB. Dies bedeutet, dass es ohne erhebliche Korrektur nicht für genaue Messungen verwendet werden kann. Der zweitwichtigste Grund für falsche SWR-Messwerte hängt mit der Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie der Detektordioden zusammen. Dies führt insbesondere im Anfangsteil der PA1-Indikatorskala zu einer Abhängigkeit der Messwerte von der Höhe der zugeführten Leistung. Bei Marken-SWR-Messgeräten verfügt die Anzeige oft über zwei Skalen – für niedrige und hohe Leistungswerte. Der Stromwandler T1 ist ein wichtiger Bestandteil des SWR-Meters. Seine Hauptmerkmale sind die gleichen wie bei einem konventionelleren Spannungstransformator: Anzahl der Windungen der Primärwicklung n1 und der Sekundärwicklung n2, Übersetzungsverhältnis k = n2/n1, Sekundärwicklungsstrom I2 = l1/k. Der Unterschied besteht darin, dass der Strom durch die Primärwicklung durch den externen Stromkreis bestimmt wird (in unserem Fall ist es der Strom in der Zuleitung) und nicht vom Lastwiderstand der Sekundärwicklung R1 abhängt, weshalb dies auch für den Strom l2 nicht der Fall ist hängen vom Widerstandswert des Widerstands R1 ab. Wenn beispielsweise die Leistung P = 100 W über eine Zuleitung Zo = 50 Ohm übertragen wird, beträgt der Strom I1 = √P/Zo = 1,41 A und bei k = 20 beträgt der Sekundärwicklungsstrom l2 = I1/k - 0,07 A. Spannung an den Ausgängen der Sekundärwicklung wird der Wert von R1 bestimmt: 2UT = l2 x R1 und bei R1 = 68 Ohm beträgt er 2UT = 4,8 V. Die am Widerstand abgegebene Leistung P = (2UT)2/R1 = 0,34 W. Achten wir auf eine Besonderheit des Stromwandlers: Je weniger Windungen die Sekundärwicklung hat, desto höher ist die Spannung an ihren Anschlüssen (bei gleichem R1). Der schwierigste Modus für einen Stromwandler ist der Leerlaufmodus (R1 = ∞), während die Spannung an seinem Ausgang stark ansteigt, der Magnetkreis in die Sättigung gerät und sich so stark erwärmt, dass er zusammenbrechen kann. In den meisten Fällen wird in der Primärwicklung eine einzelne Windung verwendet. Diese Spule kann verschiedene Formen haben, wie in Abb. 6,a und Abb. 6,b (sie sind gleichwertig), aber die Wicklung gemäß Abb. 6,c ist bereits zwei Runden lang. Ein separates Problem ist die Verwendung eines Schirms, der in Form eines Rohrs zwischen dem Zentraldraht und der Sekundärwicklung mit dem Gehäuse verbunden ist. Einerseits eliminiert der Schirm die kapazitive Kopplung zwischen den Wicklungen, was den Ausgleich des Differenzsignals etwas verbessert; Andererseits entstehen im Schirm Wirbelströme, die sich ebenfalls auf die Symmetrierung auswirken. Die Praxis hat gezeigt, dass man mit und ohne Bildschirm ungefähr die gleichen Ergebnisse erzielen kann. Wenn der Schirm noch verwendet wird, sollte seine Länge minimal sein, ungefähr gleich der Breite des verwendeten Magnetkerns, und mit einem breiten kurzen Leiter mit dem Körper verbunden werden. Der Schirm sollte an der Mittellinie „geerdet“ sein, im gleichen Abstand von beiden Anschlüssen. Für den Schirm können Sie ein Messingrohr mit einem Durchmesser von 4 mm von Teleskopantennen verwenden. Für SWR-Meter mit übertragener Leistung bis 1 kW eignen sich Ferritring-Magnetkerne mit den Abmessungen K12x6x4 und sogar K10x6x3. Die Praxis hat gezeigt, dass die optimale Windungszahl n2 = 20 ist. Bei einer Induktivität der Sekundärwicklung von 40...60 μH wird die größte Frequenzgleichmäßigkeit erreicht (der zulässige Wert beträgt bis zu 200 μH). Es ist möglich, Magnetkerne mit einer Permeabilität von 200 bis 1000 zu verwenden. Es empfiehlt sich, eine Standardgröße zu wählen, die eine optimale Wicklungsinduktivität gewährleistet. Sie können Magnetkerne mit geringerer Permeabilität verwenden, wenn Sie größere Größen verwenden, die Windungszahl erhöhen und/oder den Widerstand R1 verringern. Wenn die Permeabilität bestehender Magnetkreise unbekannt ist, kann sie mit einem Induktivitätsmessgerät ermittelt werden. Dazu sollten Sie zehn Windungen auf einen unbekannten Magnetkern wickeln (als Windung gilt jeder Schnittpunkt des Drahtes mit dem Innenloch des Kerns), die Induktivität der Spule L (μH) messen und diesen Wert durch ersetzen die Formel μ = 2,5 LDav/S, wobei Dav der durchschnittliche Durchmesser des Magnetkerns in cm ist; S ist der Querschnitt des Kerns in cm 2 (Beispiel – für K10x6x3 Dcp = 0,8 cm und S = 0,2x0,3 = 0,06 cm 2). Wenn μ des Magnetkreises bekannt ist, kann die Induktivität einer Wicklung mit n Windungen berechnet werden: L = μn 2 S/250Dcp. Die Eignung von Magnetkernen für eine Leistung ab 1 kW kann auch bei 100 W im Abzweig geprüft werden. Dazu sollten Sie vorübergehend einen Widerstand R1 mit einem 4-fach größeren Wert einbauen; dementsprechend erhöht sich auch die Spannung Ut um das 4-fache, was einer Erhöhung der Durchgangsleistung um das 16-fache entspricht. Die Erwärmung des Magnetkreises kann durch Berührung überprüft werden (die Leistung am temporären Widerstand R1 erhöht sich ebenfalls um das Vierfache). Unter realen Bedingungen steigt die Leistung am Widerstand R1 proportional zur Leistungssteigerung in der Einspeisung. SWR-Messgeräte UT1MA Die beiden Ausführungen des SWR-Messgeräts UT1MA, die im Folgenden besprochen werden, sind nahezu baugleich, jedoch unterschiedlich aufgebaut. In der ersten Version (KMA - 01) sind der Hochfrequenzsensor und der Anzeigeteil getrennt. Der Sensor verfügt über koaxiale Eingangs- und Ausgangsanschlüsse und kann an einer beliebigen Stelle im Zuleitungspfad installiert werden. Der Anschluss an die Anzeige erfolgt über ein dreiadriges Kabel beliebiger Länge. Bei der zweiten Variante (KMA - 02) sind beide Einheiten in einem Gehäuse untergebracht. Das SWR-Meter-Diagramm ist in Abb. dargestellt. 7 und es unterscheidet sich vom Grunddiagramm in Abb. 2 durch das Vorhandensein von drei Korrekturschaltungen. Schauen wir uns diese Unterschiede an. Zusätzlich erfolgt die Symmetrierung durch einen Abstimmkondensator, der an den unteren Arm des Teilers angeschlossen ist. Dies vereinfacht die Installation und ermöglicht die Verwendung eines kleinen Abstimmkondensators mit geringem Stromverbrauch. Das Design bietet die Möglichkeit, die Leistung einfallender und reflektierter Wellen zu messen. Dazu wird mit dem Schalter SA2 anstelle des variablen Kalibrierwiderstands R4 ein Trimmwiderstand R5 in den Anzeigekreis eingefügt, der den gewünschten Grenzwert für die gemessene Leistung einstellt. Durch die optimale Korrektur und das rationelle Design des Geräts konnte ein Richtkoeffizient D im Bereich von 35...45 dB im Frequenzband 1,8...30 MHz erreicht werden. Die folgenden Angaben werden in SWR-Metern verwendet. Die Sekundärwicklung des Transformators T1 enthält 2 x 10 Windungen (Wicklung in 2 Drähten) mit 0,35 PEV-Draht, gleichmäßig platziert auf einem K12 x 6 x 4 Ferritring mit einer Permeabilität von etwa 400 (gemessene Induktivität ~ 90 μH). Widerstand R1 - 68 Ohm MLT, vorzugsweise ohne Schraubennut am Widerstandskörper. Bei einer Durchgangsleistung von weniger als 250 W genügt der Einbau eines Widerstands mit einer Verlustleistung von 1 W, bei einer Leistung von 500 W – 2 W. Bei einer Leistung von 1 kW kann der Widerstand R1 aus zwei parallel geschalteten Widerständen mit einem Widerstandswert von 130 Ohm und einer Leistung von jeweils 2 W bestehen. Wenn das KS-V-Meter jedoch für eine hohe Leistung ausgelegt ist, ist es sinnvoll, die Windungszahl der Sekundärwicklung T1 zu verdoppeln (bis zu 2 x 20 Windungen). Dadurch wird die erforderliche Verlustleistung des Widerstands R1 um das Vierfache reduziert (in diesem Fall sollte der Kondensator C2 die doppelte Kapazität haben). Die Kapazität jedes der Kondensatoren C G und C1 "kann im Bereich von 2,4...3 pF (KT, KTK, KD) für eine Betriebsspannung von 500 V bei P ≥ 1 kW und 200...250 V bei niedriger liegen Kondensatoren C2 – für jede Spannung (KTK oder andere nicht induktive Spannungen, eine oder 2 – 3 parallel), Kondensator C3 – kleiner Trimmer mit Kapazitätsänderungsgrenzen von 3...20 pF (KPK – M, KT - 4) Die erforderliche Kapazität des Kondensators C2 hängt vom Gesamtwert der Kapazität des oberen Zweigs des kapazitiven Teilers ab, der neben den Kondensatoren C „+ C1“ auch die Kapazität C0 ~ 1 pF zwischen der Sekundärwicklung umfasst des Transformators T1 und des Mittelleiters. Die Gesamtkapazität des unteren Arms - C2 plus C3 bei R1 = 68 Ohm sollte ungefähr 30-mal größer sein als die Kapazität des oberen Arms. Dioden VD1 und VD2 - D311, Kondensatoren C4, C5 und C6 – mit einer Kapazität von 0,0033...0,01 µF (KM oder andere Hochfrequenz), Anzeige RA1 – M2003 mit einem Gesamtabweichungsstrom von 100 µA, variabler Widerstand R4 – 150 kOhm SP – 4 – 2 m, Trimmwiderstand R4 – 150 kOhm Widerstand R3 hat einen Widerstand von 10 kOhm – er schützt den Indikator vor möglicher Überlastung. Der Wert der Korrekturinduktivität L1 kann wie folgt bestimmt werden. Beim Auswuchten des Geräts (ohne L1) müssen Sie die Positionen des Rotors des Abstimmkondensators C3 bei Frequenzen von 14 und 29 MHz markieren, ihn dann ablöten und die Kapazität an beiden markierten Positionen messen. Nehmen wir an, dass die Kapazität für die obere Frequenz 5 pF geringer ist und die Gesamtkapazität des unteren Zweigs des Teilers etwa 130 pF beträgt, d. h. die Differenz beträgt 5/130 oder etwa 4 %. Daher ist es für den Frequenzausgleich erforderlich, den Widerstand des Oberarms bei einer Frequenz von 29 MHz um ~ 4 % zu reduzieren. Beispielsweise beträgt bei C1 + C0 = 5 pF der kapazitive Widerstand Xc = 1/2πfС – j1100 Ohm bzw. Xc – j44 Ohm und L1 = XL1 / 2πf = 0,24 μH. In den Originalgeräten hatte die L1-Spule 8...9 Windungen mit PELSHO 0,29-Draht. Der Innendurchmesser der Spule beträgt 5 mm, die Wicklung ist fest, gefolgt von einer Imprägnierung mit BF-2-Kleber. Die endgültige Windungszahl wird nach dem Einbau bestimmt. Zunächst wird bei einer Frequenz von 14 MHz abgeglichen, dann wird die Frequenz auf 29 MHz eingestellt und die Windungszahl der Spule L1 so gewählt, dass die Schaltung bei gleicher Stellung des Trimmers C3 bei beiden Frequenzen abgeglichen ist. Nachdem Sie eine gute Balance bei mittleren und hohen Frequenzen erreicht haben, stellen Sie die Frequenz auf 1,8 MHz ein, löten vorübergehend einen variablen Widerstand mit einem Widerstandswert von 15...20 kOhm anstelle des Widerstands R2 und ermitteln den Wert, bei dem UOCT minimal ist. Der Widerstandswert des Widerstands R2 hängt von der Induktivität der Sekundärwicklung T1 ab und liegt im Bereich von 5...20 kOhm für seine Induktivität 40...200 μH (höhere Widerstandswerte für höhere Induktivität). Unter Amateurfunkbedingungen wird in der SWR-Meter-Anzeige am häufigsten ein Mikroamperemeter mit linearer Skala verwendet und die Ablesung erfolgt nach der Formel SWR = (Ipad + Iref) / (Ipad -Iref), wobei I in Mikroampere ist Anzeigewerte im Modus „Einfall“ bzw. „Reflexion“. In diesem Fall wird der Fehler aufgrund der Nichtlinearität des Anfangsabschnitts der Strom-Spannungs-Kennlinie der Dioden nicht berücksichtigt. Tests mit Lasten unterschiedlicher Größe bei einer Frequenz von 7 MHz zeigten, dass bei einer Leistung von etwa 100 W die Anzeigewerte im Durchschnitt um eine Division (1 µA) unter den tatsächlichen Werten lagen, bei 25 W waren es 2,5...3 µA weniger und bei 10 W - um 4 µA. Daher eine einfache Empfehlung: Verschieben Sie bei der 100-Watt-Option die Anfangsposition (Nullposition) der Instrumentennadel um eine Teilung nach oben und fügen Sie bei Verwendung von 10 W (z. B. beim Aufbau einer Antenne) weitere 4 µA hinzu der Messwert auf der Skala in der „gespiegelten“ Position. Beispiel: Die Messwerte „einfallend/reflektiert“ betragen jeweils 100/16 µA und das korrekte SWR beträgt (100 + 20) / (100 – 20) = 1,5. Bei erheblicher Leistung – 500 W oder mehr – ist diese Korrektur nicht erforderlich. Es ist zu beachten, dass alle Arten von Amateur-SWR-Messgeräten (Stromwandler, Brücke, Richtkoppler) Werte des Reflexionskoeffizienten r liefern und der Wert des SWR dann berechnet werden muss. Mittlerweile ist r der Hauptindikator für den Grad der Koordination, und SWR ist ein abgeleiteter Indikator. Dies kann dadurch bestätigt werden, dass in der Telekommunikation der Grad der Übereinstimmung durch die Abschwächung der Inkonsistenz charakterisiert wird (dasselbe r, nur in Dezibel). Bei teuren Markengeräten kommt es auch zu einem Messwert, der als Rückflussdämpfung bezeichnet wird. Was passiert, wenn Siliziumdioden als Detektoren verwendet werden? Wenn eine Germaniumdiode bei Raumtemperatur eine Sperrspannung hat, bei der der Strom durch die Diode nur 0,2...0,3 μA beträgt, etwa 0,045 V, dann liegt sie bei einer Siliziumdiode bereits bei 0,3 V. Deshalb, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten des Messwertes bei der Umstellung auf Siliziumdioden ist es erforderlich, die Spannungspegel Uc und UT (!) um mehr als das 6-fache zu erhöhen. Im Experiment wurden beim Austausch der Dioden D311 durch KD522 bei P = 100 W, Last Zn = 75 Ohm und gleichem Uc und UT folgende Werte erhalten: vor dem Austausch - 100/19 und SWR = 1,48, nach dem Austausch - 100/ 12 und berechnetes SWR=1,27. Die Verwendung einer Verdopplungsschaltung mit KD522-Dioden ergab ein noch schlechteres Ergebnis – 100/11 und ein berechnetes SWR = 1,25. Das Sensorgehäuse in separater Ausführung kann aus Kupfer, Aluminium oder aus Platten aus doppelseitiger Glasfaserfolie mit einer Dicke von 1,5...2 mm gelötet sein. Eine Skizze eines solchen Designs ist in Abb. dargestellt. 8, a. Das Gehäuse besteht aus zwei Fächern, in einem gegenüberliegenden Fach befinden sich HF-Anschlüsse (CP - 50 oder SO - 239 mit Flanschen von 25 x 25 mm) und eine Brücke aus Draht mit einem Durchmesser von 1,4 mm in einer Polyethylenisolierung mit einem Durchmesser von 4,8 mm mm (vom Kabel RK50 - 4), Stromtransformator T1, Kondensatoren des kapazitiven Teilers und der Kompensationsspule L1, im anderen - Widerstände R1, R2, Dioden, Abstimm- und Sperrkondensatoren und ein kleiner Niederfrequenzstecker. T1-Stifte mit minimaler Länge. Der Verbindungspunkt der Kondensatoren C1“ und C1“ mit der Spule L1 „hängt in der Luft“, und der Verbindungspunkt der Kondensatoren C4 und C5 des mittleren Anschlusses des XZ-Steckers ist mit dem Gehäuse des Geräts verbunden. Die Partitionen 2, 3 und 5 haben die gleichen Abmessungen. In Trennwand 2 gibt es keine Löcher, aber in Trennwand 5 ist ein Loch für einen speziellen Niederfrequenzstecker angebracht, über den die Anzeigeeinheit angeschlossen wird. Bei der mittleren Brücke 3 (Abb. 8, b) wird auf beiden Seiten um drei Löcher herum Folie ausgewählt und in den Löchern werden drei Durchführungsleiter installiert (z. B. Messingschrauben M2 und MZ). Skizzen der Seitenwände 1 und 4 sind in Abb. dargestellt. 8, c. Die gestrichelten Linien zeigen die Verbindungspunkte vor dem Löten, das zur Erhöhung der Festigkeit und zur Gewährleistung des elektrischen Kontakts beidseitig erfolgt. Zum Aufbau und zur Überprüfung des SWR-Meters benötigen Sie einen handelsüblichen Lastwiderstand von 50 Ohm (entspricht einer Antenne) mit einer Leistung von 50...100 W. Eines der möglichen Amateurfunkdesigns ist in Abb. dargestellt. 11. Es wird ein herkömmlicher TVO-Widerstand mit einem Widerstand von 51 Ohm und einer Verlustleistung von 60 W verwendet (Rechteckabmessungen 45 x 25 x 180 mm). Im Inneren des keramischen Widerstandskörpers befindet sich ein langer zylindrischer Kanal, der mit einer Widerstandssubstanz gefüllt ist. Der Widerstand sollte fest gegen die Unterseite des Aluminiumgehäuses gedrückt werden. Dadurch wird die Wärmeableitung verbessert und eine verteilte Kapazität für eine verbesserte Breitbandleistung geschaffen. Durch zusätzliche Widerstände mit einer Verlustleistung von 2 W wird der Eingangslastwiderstand im Bereich von 49,9...50,1 Ohm eingestellt. Mit einem kleinen Korrekturkondensator am Eingang (~ 10 pF) kann mit diesem Widerstand eine Last mit einem SWR von nicht schlechter als 1,05 in einem Frequenzband bis 30 MHz erreicht werden. Hervorragende Belastungen werden durch spezielle kleine Widerstände vom Typ P1 - 3 mit einem Nennwert von 49,9 Ohm erzielt, die bei Verwendung eines externen Strahlers einer erheblichen Leistung standhalten. Es wurden Vergleichstests der in diesem Artikel beschriebenen SWR-Messgeräte verschiedener Firmen und Geräte durchgeführt. Der Test bestand darin, eine unangepasste 75-Ohm-Last (entspricht einer werkseitig hergestellten 100-W-Antenne) über das zu testende 50-Ohm-SWR-Messgerät an einen Sender mit einer Ausgangsleistung von etwa 100 W anzuschließen und zwei Messungen durchzuführen. Eine davon erfolgt über ein kurzes RK50-Kabel mit einer Länge von 10 cm, die andere über ein RK50-Kabel mit einer Länge von ~ 0,25λ. Je geringer die Streuung der Messwerte ist, desto zuverlässiger ist das Gerät. Bei einer Frequenz von 29 MHz wurden folgende SWR-Werte erhalten: Bei einer Belastung von 50 Ohm bei beliebiger Kabellänge zeigten alle Geräte das SWR „harmonisch“<
1,1. Der Grund für die große Streuung der RSM-600-Messwerte wurde während seiner Untersuchung herausgefunden. Dieses Gerät verwendet als Spannungssensor keinen kapazitiven Teiler, sondern einen Abwärtsspannungstransformator mit festem Übersetzungsverhältnis. Dies beseitigt die „Probleme“ des kapazitiven Teilers, verringert jedoch die Zuverlässigkeit des Geräts bei der Messung hoher Leistungen (maximale Leistung RSM - 600 - nur 200/400 W). In seinem Stromkreis gibt es kein Abstimmelement, daher muss der Lastwiderstand des Stromwandlers eine hohe Genauigkeit haben (mindestens 50 ± 0,5 Ohm), in Wirklichkeit wurde jedoch ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 47,4 Ohm verwendet. Nach dem Austausch durch einen 49,9-Ohm-Widerstand wurden die Messergebnisse deutlich besser – 1,48/1,58. Möglicherweise hängt der gleiche Grund mit einer großen Streuung der Messwerte der Geräte SX-100 und KW-220 zusammen. Die Messung mit einer unangepassten Last über ein zusätzliches Viertelwellen-50-Ohm-Kabel ist eine zuverlässige Möglichkeit, die Qualität des SWR-Meters zu überprüfen. Beachten wir drei Punkte: Literatur | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
AUFMERKSAMKEIT!!! Das Gerät muss für Ihre Ausgangsleistung geeignet sein! Das heißt, wenn das Gerät für eine maximale Leistung von 10 W ausgelegt ist und an seinem Eingang 100 W zugeführt werden, ist das Ergebnis in Form von Rauch deutlich sichtbar und für den Geruchssinn deutlich spürbar. Der Schalter muss auf die Position FWD (Direktantrieb) eingestellt sein. Nachdem Sie den Gang eingeschaltet haben, müssen Sie den Pfeilzeiger mit dem Griff auf das Ende der Skala einstellen. Auf diese Weise werden die Messwerte des Instruments kalibriert. Das Gerät muss jedes Mal kalibriert werden, wenn sich die Betriebsfrequenz ändert. Nachdem Sie das Gerät (bei ausgeschaltetem Getriebe) in die REF-Position (Rückwärtsschaltung) geschaltet haben, schalten Sie das Getriebe ein und lesen Sie den SWR-Wert auf der Geräteskala ab.
