Измерение мощности передатчика методика

Как измерить выходную мощность передатчика рации в режиме АМ (амплитудной) модуляции

Как среди обычных пользователей раций, так и — что не может не вызывать некоторого недоумения — среди продавцов радиоаппаратуры (считающих себя экспертами в области радиосвязи) весьма распространёнными являются ошибки при измерении выходной мощности передатчика, работающего в режиме амплитудной модуляции. Проистекают такие ошибки прежде всего из-за непонимания самой сути амплитудной модуляции и того, что измеряют предназначенные для измерения выходной мощности приборы.

Наиболее распространённые для измерения мощности приборы в режиме АМ (амплитудной модуляции) измеряют не выходную мощность сигнала , а мощность несущей. Несущая не несёт полезной информации о сигнале, это паразитный расход энергии при амплитудной модуляции.

Есть 3 основных метода формирования амплитудной модуляции, а совмещённые с КСВ-метрами «измерители мощности» могут более-менее корректно измерить мощность в АМ только в одном из них (правда, наиболее распространённом).

разных способах «формирования АМ (амплитудной модуляции) — подобный приборчик покажет разные уровни “измеренной” мощности при одинаковой реальной выходной мощности, т.к. измеряет такой приборчик в режиме амплитудной модуляции не выходную мощность передатчика, а мощность несущей в АМ (несущая в режиме амплитудной модуляции не несёт информацию о полезном сигнале, является, по-сути, паразитной мощностью — пустой тратой энергии). Не будем углубляться в понятия «комплексной огибающей полосового сигнала», «аналитического сигнала» и «преобразования Гильберта».

Вот три основных метода формирования амплитудной модуляции (АМ):

1) Наиболее распространённый метод формирования АМ (когда КСВ-метр-«измеритель мощности» показывает «высокую» (существенно выше реальной мощности сигнала) мощность при попытке измерения в АМ ) — на полезный сигнал приходится 33% мощности, а остальное — на бесполезную — с точки зрения полезного сигнала — несущую (которую и измеряет данный «прибор»).

2) В случае так называемой » балансной АМ » на несущую приходится 0 (ноль) мощности, вся мощность -100% — расходуется на излучение полезной информации (приборчик КСВ-метр- «измеритель мощности» в этом случае покажет 0 Вт вместо реальной мощности передатчика). Но «балансную АМ» – наиболее правильную с точки зрения экономичности (нет бессмысленных, не несущих полезной информации о сигнале затрат энергии на “несущую”) довольно сложно реализовать схемотехнически, поэтому в реальных конструкциях раций найти такой метод формирования АМ модуляции (формально – лучший) практически нереально.

3) В радиостанциях Штурман — начиная с 3-го поколения (конец 2013г и позже) — применяется третий метод формирования амплитудной модуляции, на несущую — которую измеряет подобный приборчик вместо выходной мощности — приходится 1/4 от реальной мощности (1/2 по уровню напряжения, 1/4 по уровню мощности). Т.е. для того, чтобы узнать выходную мощность передатчика в режиме АМ модуляции значение мощности несущей, измеренное Вашим приборчиком, надо увеличить в 4 раза.

И ещё несколько слов о корректности измерения.

Так называемые “приборы” для измерения мощности, совмещённые с КСВ-метрами , в режиме FM (частотной) модуляции при измерении на 50-Омный эквивалент нагрузки и без промежуточных кабелей (т.е. рацию и эквивалент нагрузки к приборчику следует подключать непосредственно, без кабелей, рассогласующих антенно-излучающую систему) показывает более-менее корректные значения измеряемой мощности. Нельзя пытаться измерять, подключив к прибору вместо эквивалента нагрузки реальную компактную антенну — т.к. при установки в разрыв цепи рация — компактная антенна прибора антенно-излучающая система рассогласуется, плюс излучение антенны в ближней зоне влияет на показание прибора. А в режиме измерения АМ – амплитудной модуляции такие приборы измеряют вообще не выходную мощность передатчика , а мощность несущей , которая в АМ является паразитной (лишний расход энергии), не несёт полезной информации о сигнале . В идеале – как я уже писал, вообще несущая должна равняться нулю (и тогда такой приборчик показал бы нулевую мощность).

В рациях Штурман производства Конструкторского Бюро Беркут используется третий метод формирования АМ , при котором мощность несущей составляет только 25% от выходной мощности передатчика, при измерении в АМ таким “приборчиком” полученные данные надо умножить на 4 (в то время как в режиме FM – при корректно произведённом измерении, без несогласованных кусков кабеля в цепи рация-прибор-эквивалент антенны — значение измеренной мощности будет близким к реальному).

Корректно измерить мощность в АМ можно только с помощью существенно более сложного и дорого оборудования (например, с использованием монитора HP стоимостью несколько сотен тысяч рублей, который применяется для регулировки радиостанций в КБ Беркут на производстве).

В рациях Штурман в режимах АМ и FM используется один и тот же передатчик. Отличается только модулятор (который сигнал модулирует либо в режиме АМ, либо в FM модуляции). Мощность рации одинаковая в АМ и в FM. А вот измерить более менее корректно недорогими приборами можно только мощность в режиме FM (частотной) модуляции, а показания в режиме АМ (измеренную несущую, а не выходную мощность передатчика) надо умножить в 4 раза.

К сожалению, не всегда даже “специалисты” (из числа продавцов раций) понимают, как устроена амплитудная модуляция.

Попытаюсь изложить сильно упрощённо, без строгих физических терминов и определений (наглядное изложение, увы, не вполне корректно с точки зрения физики — но доступно для неспециалистов). Вокруг постоянного уровня несущей “прыгает” туда-сюда вверх-вниз по напряжению амплитуда сигнала. И выходная мощность сигнала (передатчика) – это не мощность несущей, измеряемой подобным Вашему прибору (и которая в идеале вообще должна равняться 0, но в данном случае составляет 1/2 по уровню напряжения, 1/4 по уровню мощности от сигнала).

Когда Вы нажимаете на кнопку передачи в режиме АМ и при этом не говорите – выходная мощность передатчика =0 (амплитуда сигнала нулевая, выходная мощность нулевая, но Ваш прибор измерит ненулевое значение несущей). А когда говорите – амплитуда сигнала на максимуме, выходная мощность сигнала есть – но прибор измерит всё то же значение мощности несущей (не играющее никакое значение для передачи сигнала).

Если Вы интересуетесь рациями — возможно, Вас заинтересует статья «Системы шумоподавления у современных раций»

Источник



ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ПЕРЕДАТЧИКА РАДИОСТАНЦИИ – СДЕЛАЙ САМ

Измерение мощности на выходе передающего каскада радиостанции, антенне, очень важно для радиолюбителей, запускающих не одну-две, а десяток радиостанций в год, особенно если мощность передающего устройства составляет десятки ватт. Суть предлагаемого способа измерения заключается в том, что на выход передающего устройства (радиостанции, трансивера) к антенному разъему подключают эквивалент антенны. Он представляет собой радиотехнический кабель с волновым сопротивлением 50 Ом длиной 0.5 м, на конце которого вольтметром или осциллографом (разница в действительном или настоящем значении контролируемого параметра напряжения) производят измерение амплитуды ВЧ сигнала.

Эквивалент антенны, подключаемый на конце радиотехнического кабеля длиной 50 см, представляет собой 20 постоянных резисторов МЛТ-2 сопротивлением 1 кОм, включенных параллельно. Таким образом, общее сопротивление приложенной нагрузки составляет 50 Ом, что согласуется с волновым сопротивлением кабеля.

Как известно, включать передатчик любой частоты в режиме «передача» без присоединенной антенны нельзя, поскольку можно вывести из строя выходной каскад передатчика. Обычно это дорогостоящие мощные ВЧ транзисторы. Поэтому в условиях радиолюбительской лаборатории, не оснащенной специальным оборудованием и приборами, допустимо использовать рекомендованный выше эквивалент антенны.

При подключении вольтметра параллельно эквиваленту антенны с помощью вольтметра, очевидно, удается выяснить мощность передающего устройства, что полезно при его настройке. В данном случае применяется формула

где Р — мощность ВЧ излучения передатчика, Вт;

V= действующее значение напряжения ВЧ сигнала, В;

где V_m — максимальное значение напряжения ВЧ сигнала, В.

Таким образом, при использовании в качестве измерительного прибора ВЧ вольтметр определяется величина V, а при использовании осциллографа — И_т. Например, при измерении выходного сигнала на рекомендуемом эквиваленте антенны осциллографом С1-77 амплитуда ВЧ сигнала оказалась равной 29 В. Исходя из этого, выходная мощность радиопередатчика вычислена согласно вышеприведенной формуле Р = (29/1.44) 2 /50, что в результате дает примерно 8 Вт.

Основываясь на данной методике можно быстро вычислить мощность различных радиостанций.

Источник: Кяшкаров А. П., Собери сам: Электронные конструкции за один вечер. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007. — 224 с.: ил. (Серия «Собери сам»).

Источник

Измеритель мощности передатчика

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: 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.

Нормальная работа прибора может быть соблюдена при условии:

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:

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.

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 12 В, 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 Uобрі20 В (Д1В);

• C — конденсатор типа К10-7В или КМ/0,01 мкФ;

• R1 — УНУ-75 Ом (+2 —5%), 50 Вт, с отводом 50 Ом, ТУ 11.ОЖО 467019;

• R3 — МЛТ-0,5/1,2 кОм;

• R4* — МЛТ-0,25/80 кОм (подбирается при калибровке);

• R5* — проволочный (шунт на 100 мкА);

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:

U — эффективное напряжение на эквиваленте, В,

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

Устанавливают напряжение 158,1 В, 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).

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].

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 (380х230 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 10 А и 50 А и вольтметры типа М4203 на предел 30 В). Панель оснащена клеммами для подключения автомобильного аккумулятора или источника питания напряжением 13,5 13,8 В, а также колодками с предохранителями.

Имеется возможность с помощью специального соединителя осуществить раздельное питание передатчика и усилителя мощности.

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.

© Издательство «Ремонт и Сервис 21», 1998-2007. Все права защищены.
Воспроизведение материалов сайта, журналов «Ремонт & Сервис», «Покупаем от А до Я&#187 и справочника «Ремонт и сервис электронной техники» в любом виде, полностью или частично, допускается только с письменного разрешения издательства «Ремонт и Сервис 21».

Источник