48

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Reflektometr jest miernikiem fali stojącej
(WFS) i należy do podstawowych przyrzą-
dów do pomiaru (badania) anten.

Współczynnik fali stojącej WFS (SWR-

ang.) jest określeniem stopnia dopasowania
anteny do linii zasilającej (nadajnika).

Warto na wstępie przypomnieć, że w ra-

diokomunikacji bardzo ważną rzeczą jest
dopasowanie wyjścia nadajnika do linii zasi-
lającej antenę oraz dopasowanie samej linii
do anteny.

Impedancja wejściowa anteny ma duże

znaczenie przy dopasowaniu anteny do linii
zasilającej oraz nadajnika. W radiokomuni-
kacji profesjonalnej oraz amatorskiej najczę-
ściej używane są urządzenia radiowe z wyj-
ściem 50-omowym.

Jak wiadomo, maksimum mocy wytwo-

rzonej przez stopień końcowy nadajnika bę-
dzie wypromieniowane, gdy linia antenowa
jest zamknięta impedancją znamionową linii
(najczęściej 50

Ω). Z tego też powodu kabel

koncentryczny 50

Ω powinien zasilać antenę

o impedancji 50

Ω. W tym przypadku współ-

czynnik fali stojącej w linii WFS definiowany
jako: Zant/Zlinii lub Zlinii/Zant, jest równy 1
(w praktyce może on przyjmować wartości
od 1 do nieskończoności). Gdy WFS =1,
wówczas cała moc dostarczona do anteny, zo-
staje wypromieniowana w przestrzeń. Kiedy
WFS > 1, ze względu na niedopasowanie (róż-
na impedancja anteny) powstaje tzw. fala odbi-
ta, która powraca do nadajnika. Jest ona przy-
czyną zakłóceń, a w skrajnych przypadkach,
przy dużych jej wartościach, może spowodo-
wać zniszczenie stopnia mocy nadajnika.

Brak właściwego dopasowania powoduje

spadek wypromieniowanej mocy, wzrost po-
ziomu częstotliwości niepożądanych mogą-
cych powodować zakłócenia w odbiorze ra-
diowym i telewizyjnym, a może nawet być
przyczyną uszkodzenia tranzystorów w stop-
niu końcowym nadajnika. W najgorszym
przypadku, jeżeli linia będzie na końcu
otwarta lub zwarta, WFS będzie równy nie-
skończoności.

Radioamatorzy bardzo często przeceniają

wartość współczynnika fali stojącej, uważa-
jąc, że tylko antena, posiadająca WFS = 1,
pracuje zadowalająco. Większości firm pro-
dukujących sprzęt radionadawczy i wielopa-
smowe anteny uznaje WFS do 3 za zadowa-
lający. Warto jednak pamiętać, że wartość 3
jest jednak zbyt duża (20% mocy odbitej),
chociażby ze względu na TVI (zakłócenia).
Jednak WFS = 1,5 a nawet 2 jest dopuszczal-
ny w warunkach amatorskich i wynosi odpo-
wiednio 4 i 10% mocy odbitej.

Z drugiej strony trzeba pamiętać, że nawet

przy idealnie zestrojonej antenie WFS = 1 tyl-
ko dla częstotliwości rezonansowej. Odstra-
jając nadajnik (radiostację) od częstotliwości
rezonansowej, powodujemy, że WFS rośnie,
ze względu na „pagórkowatą” charakterysty-
kę promieniowania anteny w funkcji często-
tliwości.

Dzięki reflektometrom dopasowanie an-

ten sprowadza się do uzyskania minimum fa-
li odbitej (czyli do WFS=1). W praktyce an-
tenowej przyjmuje się, że dobrze wykonana
i dopasowana do kabla antena to taka, gdzie
WFS w całym paśmie nie przekracza 1,5.
Przy WFS 1,5 uzyskamy 3% strat mocy, przy
WFS=2 - 11%, przy WFS=3 - 25%, a przy
WFS=5 -48%.

Warto zatem zaopatrzyć się choćby w pro-

sty reflektometr, aby wiedzieć, jaką mamy
sprawność anteny czy linii zasilającej.

Jak to działa?

W praktyce pomiar współczynnika WFS
przeprowadza się za pomocą specjalnych
mostków zrównoważonych włączanych w li-
nię zasilającą, zwanych reflektometrami.

W literaturze można spotkać wiele sche-

matów reflektometrów HF (na fale krótkie).

Reflektometry na UKF działają na iden-

tycznej zasadzie, jednak różnią się sposobem
wykonania układu pomiarowego (mniejsze
wymiary linii pomiarowej, która najczęściej
jest wytrawiona na laminacie).

Schemat ideowy reflektometru HF

przedstawiono na rysunku 1. Najważniej-

szą częścią składową urządzenia jest trans-
formator w.cz. (TR). Tworzy on odcinek li-
nii przesyłowej łączącej gniazda G1 i G2
oraz linia pomiarowa, w których indukuje
się napięcie (w jednej części uzwojenia pro-
porcjonalne do prądu płynącego do anteny;
w drugiej proporcjonalne do prądu odbitego
od anteny).

Linię główną tworzy odcinek przewodu

koncentrycznego łączący gniazda G1 i G2
(nadajnik z anteną). Pośrodku tego przewodu
znajduje się transformator w.cz. Przewód
koncentryczny przechodzący przez otwór to-
roidu tworzy uzwojenie pierwotne (L1), zaś
cewka L2 z odczepem pośrodku - uzwojenie
wtórne.

Prąd w.cz. przepływający do anteny (fala

padająca) i powracający (fala odbita) w TR
indukuje w uzwojeniu wtórnym napięcie,
które następnie podlega detekcji za pomocą
diod D1 i D2 oraz filtrowaniu dzięki konden-
satorom C1 i C2. Wychylenie wskazówki
miernika dołączonego do katod wymienio-
nych diod za pośrednictwem przełącznika
REF/FWD jest proporcjonalne do zainduko-
wanego napięcia fali padającej/odbitej.

Reflektometr mierzy w kierunku do ante-

ny napięcie fali padającej, natomiast w kie-
runku odwrotnym napięcie fali odbitej.

2

2

6

6

8

8

4

4

+

+

R

R

e

e

f

f

l

l

e

e

k

k

t

t

o

o

m

m

e

e

t

t

r

r

H

H

F

F

(

(

W

W

F

F

S

S

)

)

Rys. 1 Schemat ideowy

Fala padająca i fala odbita są falami bie-

żącymi, tzn. napięcie i prąd są w fazie.

Jeśli już jesteśmy przy temacie dopasowa-

nia, to warto odpowiedzieć na pytanie, jak
obniżyć współczynnik WFS.

Otóż różnego rodzaju „skrzynki anteno-

we” instalowane przy nadajniku pozwalają
na dopasowanie oporności wyjściowej nadaj-
nika do oporności wejściowej kabla w celu
przekazania maksymalnej mocy z nadajnika
do linii zasilającej. Jak pamiętamy z podstaw
elektrotechniki, przy obciążeniu generatora
o oporności Zg=Rg+jXg opornością sprzężo-
ną Z=R-jX nastąpi maksymalne przekazanie
mocy z generatora do obciążenia.

Wskazania miernika WFS możemy inter-

pretować w sposób następujący: jeżeli WFS
wynosi np. 3, co określamy na podstawie wy-
chylenia wskaźników reflektometru w kie-
runku do anteny 100%, w kierunku odwrot-
nym 50%, to moc „tracona” wynosi 25%.
WFS = 3 pomierzone przy nadajniku ozna-
cza, że wykorzystujemy tylko 75% mocy ma-
ksymalnej nadajnika. Natomiast takie samo
SWR przy antenie oznacza, że nie przekazu-
jemy mocy maksymalnej z linii do anteny.

Podobnie jak większość reflektometrów

fabrycznych również i ten miernik można
wyskalować w jednostkach mocy. Założenie
jest takie, że pomiar napięcia wykonywany
jest przy bardzo słabym sprzężeniu linii po-
miarowej z linią główną, a diody detekcyjne
pracują na początku charakterystyki (odcinek

kwadratowy), przez co uzyskuje się wychyle-
nie wskaźników w funkcji kwadratu napięcia.

Posługując się dobrze wykonanym reflek-

tometrem wyskalowanym w jednostkach
mocy, można określić moc dostarczaną
z nadajnika do linii z zależności Pwyj = Pp -
Po, jeżeli miernik jest zainstalowany przy
nadajniku, natomiast moc przekazaną do an-
teny Pant = Pp - Po, jeżeli miernik jest zain-
stalowany przy antenie.

Montaż i uruchomienie

Linię główną należy wykonać z przewodu
koncentrycznego o impedancji 50

Ω i długo-

ści około 100mm przylutowanego bezpośre-
dnio do gniazd G1 i G2. Na środku tego prze-
wodu należy przełożyć transformator w.cz.
w postaci ferrytowego rdzenia toroidalnego
o wymiarach 12x6x4,4mm z materiału F-81.
Przewód koncentryczny przechodzący przez
otwór toroidu tworzy uzwojenie pierwotne
(L1), zaś cewka L2 z odczepem po środku -
uzwojenie wtórne.

W układzie należy zastosować dwie iden-

tyczne diody prostownicze w.cz. najlepiej typu
DG507A. Aby zachować odpowiednią sztyw-
ność konstrukcji mechanicznej i symetrię,
uzwojenie wtórne 2x 6 zwojów należy nawi-
nąć bifilarnie drutem 0,3mm w izolacji igelito-
wej (np. krosówką telefoniczną), a następnie
skleić razem z przewodem koncentrycznym za
pośrednictwem wodoodpornego kleju.

Rezystory oraz diody powinny mieć

skrócone doprowadzenia do niezbędnych
długości. Taka konstrukcja reflektometru
przy odpowiednim zestrojeniu charakteryzu-
je się impedancją zbliżoną do 50

Ω i maksy-

malną częstotliwością pracy ponad 50MHz.

Choć układ modelowy był zmontowany

z wykorzystaniem kawałka płytki uniwersal-
nej, to można także skorzystać z rysun-
ku 2 który pokazuje montaż na płytce uzy-
skanej przez wyskrobanie warstwy miedzi.

Układ po zestrojeniu powinien być za-

montowany w obudowie metalowej lub we-
wnątrz transceivera. W każdym razie na
przedniej ściance należy umieścić mikroam-

peromierz (przeskalowany wskaźnik wychy-
lenia od starego magnetofonu), przełącznik
Padająca/Odbita, potencjometr regulacji wy-
chylenia.

Podczas sprawdzania można wykorzystać

następującą procedurę:
- gniazdo G1 reflektometru łączymy za po-
mocą krótkiego odcinka przewodu koncen-
trycznego 50

Ω z gniazdem transceivera HF

lub radiotelefonu CB
- do gniazda G2 podłączamy rezystor
50

Ω/2W z jak najkrótszymi końcówkami

- załączamy transceiver (radiotelefon) na
nadawanie
- po ustawieniu przełącznika w pozycji „Pa-
dająca” korygujemy wychylenie wskazówki
miernika na koniec skali

Po przełączeniu w pozycję „Odbita”

wskazówka powinna znajdować się na po-
czątku skali wskazując WFS=1. Następnie
wyłączamy nadawanie i zamieniamy miej-
scami gniazda dołączenia reflektometru (nie
zmieniając położenia potencjometru i prze-
łącznika). Wskaźnik powinien również
wskazać koniec skali. Inne wskazania świad-
czą o niesymetrii układu i należy wówczas
skorygować ustawienie wskazówki poprzez
lekkie rozsunięcie lub ściśnięcie zwojów L2.
Chcąc wyskalować następne pozycje WFS,
musimy odłączyć rezystor 50

Ω, a w jego

miejsce podłączyć kolejno: 75

Ω (WFS=1,5),

100

Ω (WFS=2), 150Ω (WFS=3), 250Ω

(WFS=5). Pamiętać należy, aby wszelkie
próby wykonywać przy jak najkrótszym cza-
sie załączenia nadajnika.

Po takim wyskalowaniu nasz reflektometr

nadaje się do właściwych pomiarów i stroje-
nia anteny.

W czasie montażu anteny najlepszym

miejscem pomiaru WFS jest podłączenie
miernika pomiędzy anteną a kablem zasilają-
cym i dążenie do uzyskania dopasowania
oporności anteny do oporności falowej kabla
zasilającego (uzyskanie najmniejszej warto-
ści WFS). Ewentualna kontrola WFS przy
nadajniku pozwala tylko na określenie, czy
instalacja antenowa nie uległa uszkodzeniu.

Ciąg dalszy na stronie 55.

49

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 2 Schemat montażowy

Rys. 3 Schemat reflektometru

HF/QRP ze wzmacniaczem

Wykaz elementów

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200Ω
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ/A -potencjometr
C1, C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47nF
D1, D2 . . . . . . . . . . . . .DG507A (AAP153,1N34...)
TR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .wg opisu
M . . . . . . . . . . . . . . . . .300µA mikroamperomierz
P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przełącznik hebelkowy
G1, G2 . . . . . . . . . . . . . . . . .UC1 lub gniazda BNC

Płytka ddrukowana jjest ddostępna

w sieci hhandlowej AAVT

jako kkit sszkolny AAVT-22684