Нагрузки на УКВ

    В практике радиолюбительских измерений, особенно при изготовлении и настройке антенно-фидерных трактов, очень часто применяют резистивные эквиваленты. Если на КВ диапазонах при отсутствии фирменных эквивалентов,  их еще можно довольно просто сделать самому на различные мощности и  они будут работать, то для диапазонов 144 МГц и выше проблема решается сложнее. 

Рис.1

  Первый эквивалент сделан на базе импортного безиндукционного резистора с позолоченными корпусом и выводом. Он приобретается за 300рублей по субботам на Митинском рынке у известного многим УКВистам Василия. Со слов продавца подобный резистор используется в фирменных импортных  50-ти Ваттных нагрузках, работающих на частотах до 10 GHz. Резистор крепится к мощному радиатору от компьютерного процессора на пасте. В данном варианте нагрузки  я использую импортный разъем  N-типа стоимостью 90р, который крепится к радиатору четырьмя болтами М3 при помощи двух промежуточных крепежных элементов, фотография которых приведены на Рис2.

Рис.2

Рис.3

Рис.4

N разъем необходимо выбрать такой, у которого не вращается центральный контакт дабы не разрушить резистор при случайном провороте центрального контакта во время подключения кабеля, хоть это и маловероятно. Если разъем будет крепиться над резистором при помощи пайки на медном П-образном основании, что делалось во время экспериментов, то изолятор разъема должен быть выполнен из фторопласта. Внешний вид эквивалента перед окончательной сборкой приведен на Рис3. Общий вид нагрузки приведен на Рис4. Я использую для охлаждения небольшой вентилятор, который уже был установлен на радиаторе в компьютере. Для рассеивания больших мощностей была  изготовлена нагрузка, радиатор которой помещался с герметизацией на силиконе в коробку с двумя штуцерами, склеенную из полистирола. Но этот вариант конструкции наверное неверен, так как нагрузочный резистор пленочный и имеет очень малую массу резистивного слоя и при подаче большой мощности может просто не отвести тепло и разрушиться, не смотря и на хорошо охлаждаемый радиатор. КСВ данной нагрузки на частоте 144 МГц – 1.05; на частоте 432 МГц – 1.11; на частоте 1300 МГц – 1.36;  на частоте 2100 МГц – 2.0. Отмечу, что измерения всех нагрузок производилось на поверенном, предварительно прогретом и проверенным на линейность измерений в зависимости от частоты, панорамном приборе Р4-102 в метрологическом отделе одного  из НИИ радио.
 

Рис.5

        Данный эквивалент без проблем выдерживает несколько секунд мощность в 10 Ватт, чего вполне достаточно при проведении измерений. Данные эквиваленты очень удобны при настройке антенных стэков и трансформирующих линий.  По этой же методе изготовлялись и 75 Омные эквиваленты. КСВ данной нагрузки на частоте 144 МГц – 1.04; на частоте 432 МГц – 1.07; на частоте 1300 МГц – 1.09;  на частоте 2100 МГц – 1.17. На практике они показывают те же параметры КСВ, что и образцовые нагрузки, прилагаемые к прибору для калибровки. Отмечу очень хорошую повторяемость при аккуратном исполнении, простоту, дешевизну и отсутствие дефицитных комплектующих. При необходимости достичь более лучших  результатов, используйте резисторы С2-10-2  номиналом 49,9 Ома. Позже я сделаю 4 эквивалента на С2-10-2, проведу измерения и посмотрю, есть ли принципиальная разница в частотных характеристиках  между применением в эквивалентах МЛТ 2Вт и С2-1-2. Их надо где-то купить. Пока не могу.
              Подобным образом на базе отобранного резистора МЛТ номиналом около50 Ом был изготовлен эквивалент с применением разъема СР-50 74ПВ (эквивалент BNC разъема). Процесс изготовления подобен и не описывается. КСВ данной нагрузки на частоте 144 МГц – 1.03; на частоте 432 МГц – 1.07; на частоте 1300 МГц – 1.20;  на частоте 2100 МГц – 1.23. При необходимости достичь более лучших  результатов, используйте резисторы 49,9 Ома, применяемые в приборах
             Третий вариант нагрузки был изготовлен на базе отечественного резистора типа Р1-3-50 с номиналом 49,9 Ом, внешний вид которого показан на Рис1. Номинал мощностей подобного рода резисторов – 10,25 и 50 Ватт. Корпус 50-ти Ваттного отечественного нижегородского  резистора выглядит более мощным по отношению к корпусу импортного резистора, но напрашивается и вывод о его более низком частотном диапазоне использования по отношению к справочным данным. Мне в НИИ радио сказали, что из-за большой конструкционной емкости его не применишь выше 150-200 МГц. Поэтому длительное время я не делал нагрузку на его основе. Позже  в том же НИИ по справочнику посмотрел частотный диапазон этих резисторов: 3 ГГц не зависимо от мощности.                                               
Сразу на базе 50-ти Ваттного был изготовлен эквивалент. Радиатор – компьютерный. Со стороны ребер фрезеровал на станке до основания отверстие диаметром 16 мм. для крепления на пасте за болт М6 резистора. Ребра тонкие, алюминиевые и гнутся. Очень долгая и нудная операция. Намучился и рискованно все. Советую применить другой радиатор. Использую импортный разъем N типа с фторопластовым изолятором. Разъем припаиваю к конструкции из меди, вид которой понятен из фото на Рис6. Один вывод резистора припаял к разъему, правда не совсем коротко-3мм. Фото на   Рис7. Второй вывод резистора припаял к перегородке совсем коротко. Фото на Рис8. КСВ данной нагрузки на частоте 100 МГц – 1.04; на 144 МГц – 1.04 на 200 МГц – 1.06, на 432 МГц – 1.16, на 600 МГц – 1.27, на 800 МГц – 1.49,  на 1000 МГц – 2.05, на 1300 МГц – 4.0. Это хороший эквивалент только для диапазонов 144 и 432 МГц. Нагрузка спокойно длительное время держит 50 Ватт мощности, что проверялось с помощью трансивера ICOM-910Н. Кратковременно более 100 Ватт не подавал.

Рис.6

Рис.7

Рис.8

         Четвертый вариант нагрузки был изготовлен на базе четырех резисторов МЛТ 2 Ватта номиналом в 200 Ом, включенных параллельно. Это то очень дешевый и легко доступный вариант эквивалента, который повторяют многие. Внешний вид конструкции приведен на Рис9,10.

Рис.9

Рис.10

          КСВ этого эквивалента на частоте 144МГц-1.03, на 432МГц-1.07, на 1000 Мгц-1.22, на 1300МГц-1.31, на 1500 МГц-1.41, на 2000МГц-1.75, на 2150МГц-1.93.
Если заменить разъем СР-50 на    разъем N-типа  думаю можно получить более лучшие параметры по частоте.   
           Пятый вариант эквивалента интересен любителям больших мощностей.
Он сделан на базе трех 100 Ваттных 75-ти Омных эквивалентов типа Э9-4А 1973года выпуска. Фото приведено на Рис11.
    
 

Рис.11

Импеданс  25 Ом соединенных параллельно трех резисторов трансформируется в импеданс 50 Ом при помощи коаксиального четвертьволнового трансформатора для частоты 144 МГц с импедансом приблизительно 35 Ом. На частоте 432 МГц трансформатор такой длины представляет последовательно соединенные полуволновой повторитель импеданса и четвертьволновый трансформатор для частоты 432 МГц. т.е. все работает как четвертьволновый трансформатор для частоты 432 МГц. Трансформатор рассчитывается по известным формулам и изготавливается из медных труб. Большая труба имеет наружный диаметр 16 мм., внутренний-14 мм., длину по расчету 375мм. Центральная жила трансформатора изготовлена из медной трубки с наружным диаметром 6мм. Трубка полируется снаружи. В качестве заполнения используется фторопласт. Длинный в 375 мм. фторопласт точить на токарном станке сложно, поэтому изолятор сделан из четырех кусков примерно одинаковой длины. С одной стороны трансформатора припаивается разъем СР-50. У него со стороны пайки у фторопластового изолятора срезается  юбка. При этом корпус разъема можно вплотную припаять непосредственно к наружной трубке трансформатора.  У центральной трубки внутреннее отверстие рассверливается сверлом 4.5 мм на глубину 6-8мм., затем залуживается и припаивается к центральному контакту разъема. Затем корпус разъема припаивается с большим количеством олова к большой трубке (Рис12.) и вставляется фторопластовый изолятор.  С другой стороны трансформатора припаивается небольшая коробка из меди с тремя укрепленными на ней разъемами СР-75 166ФМ. Центральные контакты трех разъемов и центральная трубка трансформатора соединены пайкой при помощи медной пластины.(Рис13.)

Рис.12

Рис.13

Резисторы Э9-4А соединены с трансформатором фторопластовым коаксиальным кабелем. Теоретически в идеальном случае  длина соединяющего отрезка может иметь произвольную длину. У меня все три отрезка имеют одинаковую длину 44 см. Далее подключаем трансформатор к эквивалентам и к источнику сигнала (две раскрытые Алинки для 144 и 432 МГц) через КСВ метр. Я использую КСВ метр типа Syncron SX144/430, предназначенный для диапазонов 144 и 432 МГц и имеющего две стрелки на одной шкале, что позволяет производить измерения КСВ при разных уровнях проходящей мощности. Ищем частоту, где наблюдается минимум КСВ. Этот минимум не острый ввиду относительно большой широкополосности трансформатора. У меня минимум КСВ был значительно ниже 432 МГц, что можно объяснить иным значением  диэлектрической проницаемости, чем 2,1. (Это значение для фторопласта лежит в пределах 2-2.2. В рассчетах брал среднее значение 2.1.)  Трансформатор был явно более длинный. Я три раза его укорачивал. После двух 10мм. укорочений вместо Алинок подключил Айком –910 и далее проверял КСВ на большей  мощности в диапазоне 432-438 МГц, затем на 144-148 МГц. Добившись укорачиванием  КСВ на 432 МГц до значения 1.19, убедился, что и на 144 МГц КСВ  тоже хороший –1.11. Больше не укорачивал. На 1296 МГц не проверял. Дома пока нет КСВ метра на этот диапазон. Прибором Р4-102 тоже пока не проверял. Громоздкая конструкция, есть проблема вноса-выноса. Позже проверю.

Далее приведу значения КСВ некоторых эквивалентов заводского изготовления.

50-ти Омный эквивалент, приведенный на Рис14 имеет длину 50см. Стоит надпись 69М. Кратковременно держит 700 Ватт на 144 МГц. КСВ на частоте 144 МГц –1.01. КСВ на частоте 432 МГц –1.02. КСВ на частоте 1,3 ГГц –1.07. КСВ на частоте 2.1 ГГц –1.35.

Рис.14

Это наиболее хороший эквивалент. К сожалению его сейчас тяжело найти за доступные деньги. Проще приобрести подобный эквивалент с импедансом 75 Ом и поставить четвертьволновый трансформатор.

50-ти Омный эквивалент, приведенный на Рис15 имеет длинну 15см, кратковременно держит 30 Ватт на 144 МГц. КСВ на частоте 144 МГц –1.05. КСВ на частоте 432 МГц –1.12. КСВ на частоте 1,3 ГГц –1.50. КСВ на частоте 2.1 ГГц –1.78.

Рис.15

Рис.16