Aktualizováno v lednu 2020

      
 

  Zjištění citlivosti VSWR můstku

Úvod

Na internetu jsem viděl velice používaný RF můstek pro rozsah kmitočtů od 1 MHz do 3 GHz. Po původním autorovi konstrukce jsem nepátral, ale rozhodl jsem se můstek ověřit měřením. Pro ilustraci zde uvádím příklad kontroly můstku pomocí nanoVNA (rozsah 1-900 MHz) a pomocí atenuátorů na místě D.U.T. (Device Under Test, zařízení, které měříme). Jako referenci 50 Ohmů jsem použil zakončovací rezistor.

Abychom věděli, jaká hodnota atenuátoru reprezentuje konkrétní VSWR, je dobré nahlédnout do předchozího článku. Zopakuji zde, že pokud zakončíme D.U.T. atenuátorem s hodnotou:

20 dB - měli bychom naměřit úroveň odpovídající VSWR menší než 1.1, hodnoru napětí na svorce OUT očekáváme nízkou

6 dB - měli bychom naměřit úroveň odpovídající VSWR asi 1.6 až 1.7
2 dB - měli bychom naměřit úroveň odpovídající VSWR asi 5

Bohužel, můj můstek byl darebně vyroben a měl hned 3 oblasti vad.


bridge
  
Zapojení můstku při měření

1. Zapojíme referenční R = 50 Ohmů (položka č. 4 vpravo).
2. Propojíme CH0 (výstup VNA) do vstupu můstku (světlý koax č. 3).
3. Výstup D.U.T. necháme buď otevřený nebo zkratovaný nebo zakončený atenuátorem 2 dB
4. Výstup OUT (tmavý koax č. 2) nezapojujeme.

I. Pokud je můstek v pořádku, uvidíme ve Smithově diagramu bod (malý kroužek) kolem středu. To jsem na mém bridži neviděl, kroužel byl na obvodě diagramu. Takže jsem prohlédl pod lupou oblast vad č. 1 (první obrázek) a našel jsem cínové vlákénko (lidově "prcák") mezi středním vodičem a společnou zemí. Opravil jsem proškrábnutím.

II. Druhý pokus byl o měření citlivosti můstku na rozvážení.

Připojil jsem na CH1 VNA kabel č. 2 (černý) a změřil průběhy úrovní pro různé hodnoty atenuátorů (zde uvádím ty tři - viz úvod).

Obrázek z měření je dole pod textem. Když se letmo podíváte, tak zjistíte, že charakteristika silně mění hodnotu úrovně s frekvencí, ale téměř se nemění hodnota při různých atenuátorech (různém nepřizpůsobení). Takže můj bridge neměří!

Zapátral jsem v oblasti vad č. 2 a zjistil jsem, že výrobce neví, jaký je princip můstkové metody. Měl totiž odpojen D.U.T. od vlastního můstku a připojen jen k jednomu rezistoru R=100 Ohmů, který vede ke generátoru. Proto jsem se rozhodl princip můstkové metody měření vysvětlit, popsat a publikovat v tomto článku.

Hrubou vadu jsem našel, použil letovačku a opravil oblast vad č. 2.
měření  
    
 
   
Naměřený výsledek po opravě vad v oblasti č. 2

A co vidíme?
1. VSWR  < 1.1 (tj. atenuátor 20 dB) vyrobí maličkou, roztřepanou úroveň signálu OUT pod úrovní  - 60 dB. To odpovídá logice myšlení, rozvážení můstku je maličké.
2. VSWR  < 1.7 (tj. atenuátor 6 dB) vyrobí na pásmu 430 až 450 MHz krásnou rovnou úroveň asi - 26 dB.
3. VSWR = cca 5 (atenuátor 2 dB) vyrobí na stejném pásmu rovnou čáru na úrovni asi -18 dB.

Dílčí závěr: To by šlo. Pro měření VSWR od cca 1.05 do 1.7 máme k dispozici rozpětí cca 33 dB a to je krásná citlivost. Pro měření větších nepřizpůsobení od VSWR 1.7 do 5 je k dispozici rozsah asi 8 dB. Takže můj můstek začal nějak můstkovat.
oprava č. 2  
Maximální nepřizpůsobení

Maximální nepřizpůsobení (zkrat nebo open) na terminálu D.U.T.:
 
 
open   
 
Takovému nepřizpůsobení odpovídá úroveň na svorce OUT s hodnotou necelých -15 dB. Pro rozsah VSWR od hodnoty VSWR=5 do nekonečna nám náš můstek dává k dispozici rozsah pouze 3 dB.

Můžeme provést druhý dílčí závěr - můstek se hodí pro měření malých hodnor nepřizpůsobení.  

Nejsem si jist, zda není vada v zapojení v oblasti č. 3 a vůbec si nejsem jist, zda konstrukce použitého transformátoru je optimální pro tak širokopásmové zapojení můstku. Ale to si vyžádá trochu času, který tomu teď nemohu věnovat, ale doplním to zde, až budu mít jasno. Zatím jsem zjistil, že výstupní konektor OUT je připojen přímo, bez jakéhokoliv přizpůsobení na transformační vedení. Rozvážení můstku v rozsahu 1MHz až 900MHz nevypadá až tak špatně.
full
Další závěry

1. K napájení můstku v pásmech do 70 cm můžeme použít generátor Leo Bodnár (je již zmíněný v této publikaci).
2. K měření na svorce OUT lze snadno ocejchovat levný miliWattmetr. Ten měří jen do 500 MHz. Existují desky s čipem AD8317 a analogovým výstupem (napětí). Mám v úmyslu vyrobit s tímto můstkem VSWR metr pro orientační měření, s ručkovým měřáčkem a s napájením +5V z power banky.
 
   
TU 73, Mira, ok1ufc