Zelfrekenende SWR meter
Een eenvoudige SWR-meter moet doorgaans eerst in de stand Forward op 100% afgeregeld worden, waarna omgeschakeld moet worden naar Reflected om de SWR af te kunnen lezen. Die procedure moet iedere keer herhaald worden als er iets verandert aan het vermogen, de antennetuner of de band waarop gewerkt wordt. Met behulp van deze schakeling kan je in één keer de SWR aflezen zonder na iedere verandering de meter te hoeven calibreren.
Deze schakeling vormt de basis voor de SWR-brug die ik straks in de BITX20 wil bouwen; met enige modificaties aan het uitgangscircuit wordt de analoge spanning dan aan de frequentieteller/S-meter toegevoegd waardoor ook de SWR tijdens het zenden op het display zal verschijnen.
De schakeling zelf doet de berekening van de SWR. Het ontwerp is niet nieuw; het stamt uit de tijd van vóór de microprocessor en goedkope lineaire IC's. De reden dat ik de berekening niet door de microprocessor van de frequentieteller laat uitvoeren is dat ik geen 2 AD converters ter beschikking heb in de gekozen processor (de oude 16F84; zijn opvolger, de 16F628 heeft zelfs 4 AD converters aan boord maar zoals al eerder beschreven zouden we dan én de hardware én de software op de schop moeten nemen en daar hadden we in dit stadium geen zin in…). Bovendien zou het meten van 2 analoge spanningen met de bijbehorende stabilisatietijden waarschijnlijk zóveel tijd in beslag nemen dat de Huff&Puff in gevaar zou kunnen komen. Dus daarom dit circuit. Bijkomend voordeel is dan weer dat als je op zoek bent naar een "gewone" SWR meter met een draaispoelmeter erin (ik zag mooie fraaie meters in de bakken liggen bij Stuut en Bruin voor €1,95), je deze schakeling ook kunt gebruiken.
Goed. De schakeling. De werking is gebaseerd op het principe dat de verhouding tussen de laadtijd t2 van een condensator ten opzichte van zijn ontlaadtijd t1 omgekeerd evenredig is met de verhouding |-Ur| / (Uv – Ur) waarin Ur is de spanning als gevolg van het gereflecteerde vermogen en Uv is de spanning als gevolg van het voorwaartse vermogen. t2/t1 = (Uv-Ur) / |-Ur|). De relatie tussen tijd en spanning is dan als volgt:
t1 ~ 1 / (Uv – Ur) = A
t2 ~ 1 / |Ur| = B
T = t1 + t2 ~ 1 / (Uv – Ur) + 1 / |Ur| = A + B
De relatieve stroom I_rel [%] door de meter is dan:
I_rel = t1 / T ~ A / (A+B)=1 / (1 + B/A) = 1 / [1 + (Uv – Ur) / Ur ] = Ur / Uv
I_rel [%] = 100% x Ur / Uv
De schaal van de meter moet natuurlijk aangepast worden aan het verloop van de SWR. Hiervoor kan je een bestaande meter als voorbeeld nemen, of een tabel toepassen:
| Uv [V] | Ur [V] | Ur/Uv | I_rel [%] | standing wave ratio SWR |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0/1 | 0 | 1 |
| 1 | 0.2 | 0.2/1 | 20 | 1.5 |
| 1 | 0.5 | 0.5/1 | 50 | 3 |
| 1 | 0.75 | 0.75/1 | 75 | 7 |
| 1 | 0.8 | 0.8/1 | 80 | 9 |
| 1 | 0.9 | 0.9/1 | 90 | 19 |
| 1 | 1 | 1/1 | 100 | oneindig |
| 2 | 0.4 | 0.4/2 | 20 | 1.5 |
| 2 | 0.5 | 0.5/2 | 25 | 1.66 |
| 2 | 1 | 1/2 | 50 | 3 |
| 3 | 1 | 1/3 | 33 | 2 |
| 3 | 1.5 | 1.5/3 | 50 | 3 |
| 3 | 2 | 2/3 | 66 | 5 |
Dit zijn de spanningen die je in de schakeling met een potmeter kunt toevoeren in plaats van de SWR brug. Daarmee kan je de meterschaal caliberen.
Het schema van de SWR meter ziet er als volgt uit:
Het timer IC NE555 wordt gebruikt als een window comparator in deze applicatie. Hij bestuurt het laden en ontladen van condensator C6. De ontlaadtijd t1 begint als Q1 uitgeschakeld wordt. Beide uitgangen 7 en 3 van de NE555 gaan "hoog" zodra de uitgangsspanning van de opamp onder de 1/3 threshold van de comparator komt. Q1 sluit Uv kort naar de +3 V virtuele aarde en daarom is alleen -Ur aktief. De negatieve spanning -Ur begint de t2 laadperiode totdat de uitgangsspanning van de opamp boven de 2/3 comparator threshold komt en dan gaan de uitgangen 7 en 3 weer "laag". Q1 schakelt weer uit en het proces gaat oneindig door. "Hoog" op pin 3 betekent geen stroom en "laag" betekent 100 uA stroom door stroombegrenzingsweerstand R9 en de meter.
De meter geeft door zijn traagheid het gemiddelde weer van de stroompulsen. De meter reageert over een breed bereik alleen op de verhouding van t1 / t2 en niet op de frequentie. Bij Uv of Ur spanningen van minder dan 0.2 V bibbert de meter een beetje omdat de frequentie erg laag wordt als gevolg van de lange laad- en ontlaadtijden. Als er niet gezonden wordt loopt er een kleine ruststroom door de 2.2 MOhm weerstand en daardoor staat er een SWR van 1 op de meter in plaats van oneindig. Het circuit is ontworpen voor vermogens van 0.5 tot 10 watt. Voor hogere of lagere vermogens is een kleine modificatie aan T1 noodzakelijk.
Voor de voeding is een spanning van 7,5 tot 15V voldoende; een 12V shackvoeding of accu voldoet dus. De 6V stabilisator zorgt ervoor dat deze spanning gestabiliseerd wordt. Het stroomverbruik is ongeveer 8mA. Daar kan nog op bezuinigd worden door voor de NE555 een CMOS type te nemen.
Afregelen
Zet voor het afregelen de Uv aansluiting op +2 V en de Ur aansluiting op -1 V. Deze spanningen refereren aan de + 3 V virtuele aarde. Om deze spanningen te verkrijgen kan je twee potmeters tussen de +6V en de massa knopen. Verbind 1 loper met de Uv aansluiting en de loper van de andere potmeter met de -Ur aansluiting. Ten opzichte van massa moeten de spanningen op de lopers dan respectievelijk +5 V en +2 V zijn. De bijbehorende SWR berekening ziet er dan als volgt uit:
SWR = (Uv + Ur) / (Uv – Ur) = (2V + 1V) / (2V – 1V) = 3 / 1 = 3.
Omdat (Uv – Ur) gelijk is aan |-Ur|, zal de puls/pauze verhouding ook gelijk zijn (Symmetrische blokgolf op IC2 pin 7). De naald van de meter moet dan in de 50% positie staan. Dat komt overeen met de al eerder berekende SWR van 3. Als de meter niet op 50% staat kan het noodzakelijk zijn een weerstand parallel of in serie met R9 op te nemen.
Verwijder nu beide potmeters en regel met C1 de SWRmeter af op zo min mogelijk |-Ur|. Gebruik hiervoor een zendvermogen van ongeveer 1 tot 2 watt en uiteraard moet de ANT aansluiting afgesloten zijn met een niet-reactieve 50 Ohm belasting. Dat de zender een uitgangsimpedantie van 50 Ohm moet hebben moge duidelijk zijn.
Zodra ik de aanpassingen voor de Bitx20 uitontwikkeld heb, zal ik de resultaten weer publiceren.