A ktualizováno v lednu 2020
Kalibrace VSWR metru
Úvod Abychom se posunuli dále, zopakuji souvislosti. Článek navazuje na předchozí definici pojmů impedance, admitance a problematiku impedančního přizpůsobení. V předchozím článku bylo konstatováno, že ukazatelem stavu přizpůsobení je tzv. koeficient odrazu. Hned z první a druhé uvedené rovnice je však zřejmé, že koeficient odrazu je ve vztahu s parametrem VSWR (napěťový poměr stojatých vln). Měření VSWR patří k nejčastěji používaným metodám měření v amatérské radiotechnice. Proto bychom měli vědět, jakými metodami se tato veličina měří a také, jak si měřidlo zkontrolujeme, či zkalibrujeme. Teoretický úvod se Smithovým diagramem
Pokud do Smithova diagramu zakreslíme mezi zátěž a generátor jediný rezistor, např. o hodnotě asi 83 Ohmů, bude tento rezistor zapojen paralelně k zátěži (i generátoru), způsobí nehomogenitu ve vedení. Impedance zátěže a rezistoru nebude již 50 Ohmů, ale asi 31.2 Ohmu, což si můžeme spočítat třeba na kalkulačce jako výsledek paralelního zapojení dvou odporů. Pokud si ve Smith. diagramu otevřeme menu Tools - Circles - VSWR a budeme hledat hodnotu kružnice, která půjde bodem 32 Ohmů. Zjistíme, že tomu odpovídá kružnice o průměru VSWR asi 1.6; můžeme také zkusit výpočet podle vzorce (předchozí článek), kde VSWR = Z/Zo (pro Z > Zo) = 83/50 = 1.66 Je zřejmé, že měřič VSWR si snadno ověříme nebo zkalibrujeme se sadou rezistorů. V literatuře se často píše, že to uděláme se sadou bezindukčních rezistorů. Jenže, kde je vzít a jak je zapojit, aby fyzika platila? Naštěstí máme sady atenuátorů, které jsou určené a odpovídajícím způsobem vyrobené pro vysoké kmitočty. S ohledem na hodnoty vložených útlumů jsou vyrobené z různých rezistorů a to je to, co zrovna potřebujeme . Takže jdeme na to a podíváme se, co nám ukáže např. anténní analyzátor - viz obrázek vpravo. Kupodivu ukazuje to, co očekáváme. Na obrázku vidíme, že měřím jen na kmitočtu 10 MHz, použitý atenuátor mám na kabelu, který není nulové délky a přístroj AA-200 ukazuje hodnotu VSWR = 1.7 Ohmické hodnoty útlumových článků si můžeme: a) změřit ss ohmetrem b) vypočítat - viz příklad dole, na kalkulátoru pro PI článek Také se můžeme zamyslet, zda druhý konec atenuátoru: c) zkratujeme d) necháme otevřený e) zatížíme rezistorem 50 Ohmů Vyzkoušel jsem obě metody a příklady měřil s otevřeným druhým koncem a výsledky jsou stejné, pokud měříme VSWR se zkratovaným koncem. Poznámky: 1. Můžeme se zamyslet nad Smithovým diagramem. 2. Můžeme se zamyslet nad vzorečky pro výpočet VSWR a kalkulátorem pro návrh PI článků. 3. A vždy bychom měli zjistit, že pokud je symetrický a dobře navržený PI článek zakončený jmenovitou impedancí, měli bychom naměřit VSWR = 1 4. Také bychom měli zjistit, že pokud je atenuátor otevřený nebo zkratovaný, vyjde nám výpočtem stejná hodnota VSWR. U měření to však platit nemusí, protože např. můstek měří v uvedených rozdílných případech s rozdílnými impedancemi, jednou s většími, než 50 Ohmů, podruhé s menšími, než 50 Ohmů. VSWR by však mělo být stejné. |
Kalibrace VSWR metru Pro rozsah VSWR od cca 1.02 do 10 vystačíme s atenuátory, které mají útlum od 20 dB do 1 dB. Výsledky jsou pro 4 atenuátory s hodnotami mezi 20 dB a 1 dB uvedené na obrázcích dole:
20 dB | 10 dB | 2 dB | 1 dB
Ověření vektorového analyzátoru VNA Postupujeme podobně. Pro požadované kmitočtové pásmo nastavíme rozmítání. Atenuátor s otevřeným nebo zkratovaným výstupem zapojíme na CH0 a nastavíme si zobrazování užitečných grafů. Užitečné grafy jsou VSWR a Smithův diagram. Na velkém obrázku pod textem měříme průběhy VSWR v závislosti na kmitočtu pro hodnotu atenuátoru 2 dB a z grafu je vidět, že VSWR o něco větší, než 5. Na malých obrázcích jsou vidět průběhy VSWR pro různé hodnoty atenuátorů (hodnoty útlumů jsou uvedené vždy pod obrázkem):
Závěr Ve skromných domácích podmínkách jsme si schopni snadno zkalibrovat nebo zkontrolovat měřáčky, které měří VSWR (nebo koeficient odrazu) měřením impedancí nebo tzv. můstkovou metodou. Samozřejmě lze zkontrolovat i měřidlo se směrovými odbočnicemi. Také si můžeme uvedenou metodou zkontrolovat, že nám správně měří používané můstky, ale o tom bude další článek.
TU 73, Mira, ok1ufc