SWR Můstek do 1GHz

Nedávno jsem na internetu narazil na popis popis SWR můstku který pracuje do cca 1GHz a rozsáhlou diskuzi k němu. Protože jsem již dávno po podobném doplňku svého tracking generátoru toužil okamžitě jsem se chtěl pustit do stavby. Bohužel jsem ale neměl k dispozici vhodné feritové jádra. Ta se mi podařilo nakoupit na setkání v Holicích takže již stavbě nic nebránilo. Předpokládám, že by takový doplněk stávající měřící techniky mohl být zajímavý i pro další lidi a proto předkládám popis mého provedení.

Mechanické provedení

SWR Můstek je velmi jednoduchý. V podstatě se jedná o jednoduché zapojení, kde v horní části můstku jsou zapojeny 2 x 50Ω odpory a v spodní části tranzformátor z koaxiálního kabelu jehož elektrická délka je kompenzována druhým pahýlem stejného koaxiálního kabelu. Aby to celé bylo co nejvíc širokopásmové, jsou na koaxiálních kabelech po celé délce navlečeny feritová jádra z vhodného materiálu. Já jsem použil kombinaci trubiček z materiálu N02 a toroidů z materiálu H8, které jsem při navlékání prostřídal.

Schéma můstku jem si vypůjčil z původní dokumentace, kde byla na celý můstek navlečena navíc ještě řada odrušovacích feritových trubek. Mě se ale toto provedení neosvědčilo, protože se při otáčení můstkem ferity náhodně dotýkaly feritů navlečených na kabelech a to způsobovalo skokové změny až o 20dB. Pokud by toto provedení chtěl někdo použít doporučuji celý můstek omotat teflonovou páskou a teprve na ni navléknout tyto ferity. Rovněž ferity navlečené na obou kabelech se nesmí dotýkat.

Já jsem na transformátor použil tenký semirigid o vnějším průměru 2,2mm. Můžete ale použít v podstatě Jakýkoliv kvalitní koaxiální kabel pokud seženete feritové trubky nebo toroidy které na něj půjdou těsně navléknout. Délka kabelů není důležitá. Já je mám dlouhé přibližně 100mm. Oba kabely ale musí být přesně stejně dlouhé a musí na nich být nasunut stejný počet a druh feritů. Doporučuji použít teflonové kabely, které lze pájet bez nebezpečí poškození.

Jak je z obrázků vidět, vložil jsem navíc pod a nad vedení tlumící hmotu aby nechocházelo k případným rezonancím s krabičkou. Krabičku jsem vyrobil z pocínovaného plechu tloušťky 0,3mm. Pro zpevnění jsem použil výztuhy připájené zevnitř k bokům krabičky a ke dnu. Dno je připájené po celém obvodu ke krabičce, víko je přišroubované 6ti šrouby. Použil jsem kvalitní teflonové BNC konektory které jsem připájel ke krabičce aby nedocházelo k případnému povolování upevňovacích šroubů. Bylo by dobré vyrobit ještě jeden můstek s SMA a případně i s N konektory. Na to však už nemám dost feritů.

Detail vstupní části můstku. V horních větcích můstku jsem použil 2 dvojice odporů 50Ω. Všechna vedení na DPS jsou spočítané na impedanci 50Ω. Je tu také zřetelně vidět, že jsou jednotlivé ferity zajištěné vteřinovým lepidlem proti posunutí.

Detail výstupní části můstku. Je vidět, že střed kompenzačního pahýlu zůstává nezapojen. Bylo by místo něj možné použít i měděný drát tloušťky 2,2mm.

Protože jsem měl pouze pochybné BNC zátěže z PC sítí vyrobil jsem si rovněž BNC zátěže 50Ω. Vzhledem k použitým SMD odporům předpokládám jejich použitelnost přibližně do 1GHz.

Vlastnosti můstku:

Nejprve jsem testoval můstek pomocí signálního generátoru a spektrálního analyzátoru do 500MHz. Prováděl jsem měření při vyváženém můstku kdy jsou konektory DUT a REF zakončeny odpory 50Ω a při rozváženém můstku kdy je konektor DUT ponechán otevřený, zatímco REF je zatížen odporem 50Ω.

            DUT otevřen  DUT = 50  Rozdíl
     MHz        dBm       dBm        dB
   --------------------------------------     
     0,2        -32       -56        24
     0,5        -18       -45        27
       1        -12       -44        32
       2         -9       -48        39
       3         -8       -52        44
       5         -7       -64        57
      10         -5       -58        53
      15         -2       -52        50
      25       -1,5     -50,5        49
      50       -1,5       -49      47,5
     100       -1,5       -49      47,5
     200       -1,5       -45      43,5
     300         -2       -40        38
     400         -2       -37        35
     500          0       -31        31

Z tabulky je vidět, že je můstek použitelný asi od 5MHz. Nad 500MHz nemám generátor, takže jsem nemohl na vyšších kmitočtech měřit. Proto jsem použil tracking generátor a nasnímal průběh obou hodnot od několika MHz až do 1GHz. Značka na začátku udává 0MHz, značka na konci cca 1100MHz. Vertikální stupnice má 10dB/div.

Na následujícím obrázku je vidět průběh při otevřeném konektoru DUT, v konektoru REF je odpor 50Ω.

Na dalším obrázku je vidět průběh při konektoru DUT zatíženým 50Ω , v konektoru REF je odpor 50Ω.

Poslední obrázek ukazuje charakteristiku vlastního tracking generátoru. Jde o doma vyrobený přístroj jehož kvalita ani zdaleka nedosahuje profesionálních přístrojů. Přesto mi ale poskytuje neocenitelné služby a jsem moc rád že ho mám :-).

Na závěr přikládám příklad měření pomocí tohoto můstku. Na obrázku je vidět kvalitní zátěž 50Ω připojená přes kabel dlouhý asi 3m. Je krásně vidět jak je můstek nevyvážený a projevují se rezonance kabelu. Kabel patrně nemá přesně 50Ω nebo se projevuje vliv nekvalitních redukcí BNC - N, které jsem použil.

Po shlédnutí těchto stránek mi Mirek - OK1DGI poslal fotografie jeho velmi pěkného provedení tohoto můstku které funguje až do 4GHz. Skvělých parametrů dosáhl použitím frézovaného bloku, kvalitních konektorů, co nejmenších rozměrů dutiny a jejím zatlumením a především dosažením co nejlepší symetrie obou kabelů. Odpory použil 49,9Ω v SMD provedení 0608. Bohužel nezná parametry feritů které použil, ale podle jeho slov na tom zase tolik nezíleží. Celá finta je ve "vysokofrekvenčnějším" provedení. Pro inspiraci ty fotky jistě postačí.