Met een VSWR-meter kan men de staande golf verhouding meten, het is een meettoestel dat nmm. iedere radioamateur zou moeten bezitten.
Meestal bezit een transceiver een ingebouwde VSWR-meter dewelke volstaat om de zender bij gebruik in het oog te houden.
Als meetinstrument om bvb. een antenne definitief, na metingen met de VNWA, met HF vermogen af te regelen en uit te testen, zou kunnen, maar is eerder zich behelpen.
Er bestaan ontelbaar veel modellen van deze meettoestellen, grote en piepkleine, zeer nauwkeurige en minder nauwkeurige..
Deze uitvoering is nmm. voor KG een nauwkeurige en robuuste versie.
Zelf zijn transceiver bouwen is nmm. niet meer van deze tijd, maar antennes en randapparatuur zijn nog wel besteed aan de zelfbouw radioamateur.
Opfrissing:
VSWR staat voor Voltage Standing Wave Ratio. Spanning staande golf verhouding.
Veelal wordt de V in de babbel weggelaten daar het praktisch steeds over de spanning gaat.
Een staande golf op een lijn naar de antenne ontstaat door reflectie, door misaanpassing.
In de veronderstelling dat de gebruikte antennekabel dezelfde impedantie heeft als de uitgang van de zender, ontstaan er staande golven wanneer de impedantie van de antenne verschilt van deze van de kabel.
Wanneer alle impedanties gelijk zijn is er geen reflectie, er is enkel een lopende golf van de zender naar de antenne en al het aldaar aankomende vermogen wordt, op antenne verliezen na, uitgezonden.
Wanneer de antenne minder of meer verschilt van impedantie, dan wordt een kleiner of groter gedeelte van de aankomende golf aan de antenne via de kabel teruggekaatst naar de zender.
Een staande golf is de vectoriele som van de heengaande en terugkerende golf.
Volts op Volts => VSWR is onbenoemd.
Wanneer Vref = 0, dan is VSWR = 1.
Wanneer Vref = Vdir, dan is VSWR oneindig, we hebben dan totale reflectie.
Totale reflectie kan gebeuren door een kortgesloten kabel of een open kabel.
Reflectie factor r = (R-Z0)/(R+Z0) in %
VSWR = (1+r)/(1-r) waaruit een praktische formule:
De grootste waarde natuurlijk steeds bovenaan in de formule, de VSWR is 1 of groter, nooit kleiner.
vb: Door een antenne met Z = 100Ohm aan een 50Ohm coaxkabel te verbinden bekomt men een VSWR = 2.
Ten overvloede kan men zeggen 2:1.
Een antenne met Z= 25Ohm heeft eveneens een VSWR= 2
Een 100% perfecte aanpassing van zender, kabel en antenne is
praktisch niet haalbaar, wel zal men de aanpassing zo goed mogelijk
proberen te doen want misaanpassing veroorzaakt vooral vermogenverlies.
Wel moet men al veel
vermogen verliezen opdat dit aan de ontvangstzijde zou worden opgemerkt
via de S-meter. ( 6dB per S punt)
Opbouw van deze VSWR-brug:
Elke ring zit in een metalen kamertje.
De binnenzijde ervan moet goed geleidend zijn, bedenk dat de zelfde stroomsterkte door/op de middengeleider, dezelfde is als door/op de wand. Een plastieken doosje is hier dus uitgesloten.
Er zitten 18 à 20 windingen omheen de ringkernen, de verbindingen gaan door een gaatje in de scheidingswand.
Om de impedantiesprong zo klein als mogelijk te houden, neem of maak een doosje dat net groot genoeg is.
De hier beschreven brug is voorlopig demontabel gemaakt om gemakkelijk de ferriet ringkernen FT43 en FT31 te kunnen verwisselen. Een definitieve uitvoering kan veel compacter worden uitgevoerd en kan nog betere eigenschappen bezitten. Ijzerpoeder ringkernen zijn waardeloos in deze meetopstelling. ( zie "metingen op diverse ringkernen")
Gebruik hier geen ijzerpoeder ringkernen!
 |
| Demonteerbare constructie. |
Goede eigenschappen van een VSWR-brug zijn o.a.:
Minimum doorgangsdemping S21: (#1 en #2)We meten in het KG gebied zeer kleine dempingswaarden.
Minimaal frequentie afhankelijk.
Bij (bijna) perfecte aanpassing is REF minstens -20dB of 100x kleiner dan DIR. (#4 en #5)
Opdat de metingen correct zouden zijn, ook bij het omwisselen van alle in- en uitgangen.
In het KG gebied meten we meer dan -30dB verschil, dit is meer dan perfect.
Op 6m is het verschil 20dB en dus ok.
Bij totaal verkeerde impedantie ( open of kort ) is DIR minstens 20dB kleiner dan REF.
één schaalverdeling op 100 schaaldelen bij volledige uitslag.
Bij het omwisselen van alle in- en uitgangen eveneens.
Minimaal verschil in metingen bij omkeren van de in en uitgang.
Wanneer er grotere verschillen worden gemeten zal de VSWR-meter foutieve meetresultaten geven.
Deze VSWR-brug is bedoeld voor KG gebruik.
FT43:
In het KG gebied meten we -20dB tot -40dB, dus prima.
Op 6m en 4m nog ok.
Op 2m desnoods ook nog bruikbaar.
We kunnen deze eigenschappen controleren via de volgende 6 metingen:
 | ||||||
| meet combinaties |
VSWR-brug met FT43:
SWR-brug met FT31:
Om de metingen correct uit te voeren moeten de aansluitingen dewelke niet aan de TX of RX van de VNWA zijn verbonden, afgesloten worden met Z0, hier dus 50Ohm.
De kwaliteit van deze afsluitweerstanden bepaalt mede de correctheid van de metingen.
Meting #3:
S21 heeft van onderaan in de KG band tot bovenaan een zéér klein verschil
S21 is dus bijna frequentie onafhankelijk, hierdoor kan een uitlezing aan DIR het ingangsvermogen weergeven voor de ganse KG band en dit zonder dat een frequentie correctie écht noodzakelijk is.
FT43 doet het hogerop, wat te verwachten was, beter dan de FT31.
FT31 is dan weer wat beter onderaan. ( VLF... )
Brug als W-meter: Meetopstelling:
vb. met deze meetopstelling kan men de uitgangsspanning in functie van het vermogen en de frequentie nameten.
Ook kan de brug direct als W-meter geijkt worden en we controleren in een moeite ook het aangeduide vermogen op de transceiver.
De Wattmeter kan voor of na de brug geplaatst worden, er is geen noemenswaardig verschil.
De 100kOhm weerstand kan worden weggelaten als de V-meter een draaispoel instrument is.
De REF uitgang moet afgesloten worden met 50Ohm.
De 50Ohm aan de DIR-uitgang is in werkelijkheid een BNC weerstand met detector diode en doorvoer condensator.
De eerste tabel geeft de metingen weer met 100W.
Vdir begin = Spanning op de DIR uitgang aan het begin van de band bvb. 7.0MHz.
Vdir eind = spanning op de DIR uitgang aan het einde van de band bvb. 7.2MHz
Vref begin = Spanning op de REF uitgang aan het begin van de band.
Vref eind = Spanning op de REF uitgang aan het einde van de band.
omgekeerd = alle verbindingen omwisselen, dus de ingang is nu uitgang en verbonden met de W-meter.
De uitgang is verbonden met de antenne aansluiting van de transceiver.
REF wordt gelijkgericht en de spanning wordt afgelezen op de V-meter en is nu "DIR".
DIR wordt dan afgesloten op 50Ohm en is nu "REF".
We meten een VSWR-brug met twee FT43 ringkernen en vervolgens met twee FT31 ringkernen.
De uitgangsspanning in functie van het vermogen verandert met de frequentie.
Deze verandering is niet groot en wanneer men tevreden is met een benaderende meting in het KG-gebied is er bij gebruik als Watt-meter slechts één enkele instel potmeter nodig.
De FT43-VSWR brug is omkeerbaar in het KG gebied & 6m is nog ok, dus accurate DIR en REF metingen.
Op 6m en hoger is dit niet meer zo bij de FT31 brug, er zit daar dus een fout op de verhouding DIR/REF, dus de VSWR meting is dus niet helemaal correct.
Uit de metingen #4 blijkt dat bij een 50Ohm afsluiting van de uitgang van de brug, de uitgangsspanning op REF dan -40dB tot -60dB lager is dan de ingangsspanning, dit naargelang de frequentie.
Dit wordt bevestigd door deze uitgang te meten met 1W 10W 50W en 100W.
In de tabellen is de waarde 0 de gemeten waarde met een Fluke V-meter.
Een meting met de (zelf gebouwde) analoge mV-meter geeft dan nog wel waarden aan tussen 1mV en 10µV, maar deze zijn te verwaarlozen.
 |
| Niet echt zero... |
Nota:
Ik ben een (gelukkige) bezitter van een ICOM IC-7300 - gekocht na de enthousiaste beoordeling door Ludo ON5CGZ - en mocht vaststellen dat de aangeven vermogens zéér dicht bij de gemeten waarden liggen.De gebruikte Watt-meter was een bejaarde maar prima werkende HP 435A + meetkop.
Bepalen van de VSWR-meterschaal:
Meestal kan van een geschikt draaispoel instrument de schaal voorzichtig worden gedemonteerd.
Men kan de schaalverdeling dan voorzien van de nodige aanduidingen.
Een bruikbare formule om de schaal van een VSWR-meter met 100 verdelingen te bepalen is:
(we houden geen rekening met de spanningsval over de detectie diode)
vb: waar plaatsen we VSWR 3?
X = ( (3 x 100)-100) / (3 + 1) = 200 / 4 = 50
Op de 50ste verdeling, dus in het midden van de schaal.
waar plaatsen we 2?
33.3, op 1/3 van de schaal.
1.5 staat op de 20ste verdeling
enz.
En natuurlijk staat 1 geheel in het begin van de schaal, op verdeling 0.
En staat oneindig op volledig het einde van de schaal, dus daar waar we de meter calibreren met Pdir.
Het belangrijkste gedeelte van de VSWR-schaal is het deel van 1 tot 3.
Meer algemeen: In gedeelte van de schaal: = (VSWR-1) / (VSWR+1)
vb, 3 staat op (3-1)/(3+1) = 2/4 = 1/2 in de helft.of op 50%
vb, 4 staat op (4-1)/(4+1) = 3/5 van de schaal of op 60%
We kunnen deze schaal eveneens voorzien van het gereflecteerde vermogen in % van Pdir.
vb: In het midden van de schaal, onder 3, kunnen we 25% plaatsen, m.a.w. 25% van het vermogen komt terug.
Onder 1.5 kan 4% staan.
Onder 4 kan 36% gezet worden.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Onder de TAB "Magnetische S-ringantenne van ON4APZ" wordt ook een VSWR-meter voorgesteld.
De meter is voorzien van de beschreven VSWR-brug voor HF.
Voor QRP is een versterker aan te raden.
De schakeling benodigd een 12V voeding.
Nota: voor VHF en UHF zijn richtkoppelaars gebruikt.
 |
| HF VSWR-meter met versterker en beveiliging draaispoelmeter. |
De gebruikte IC is een LM324 dewelke 4 operationele versterkers herbergt. Deze opamps hebben geen negatieve voedingsspanning nodig, hier enkel 0 en +12V.
De "SET" of "CAL" potmeter zit op het voorpaneel. (Calibratie met Pdir op einde schaal)
De "0" potmeter zit achter een gaatje in het voorpaneel. (Meter op 0 zetten)
P1 regelt de versterking.
P4 regelt de stroom door de draaispoelmeter.
P3 zet de naald van de meter tegen de rechter mechanische stop wanneer het relaistje opkomt.
Dit relais komt op wanneer de stroom te hoog zou worden, de beveiliging van de draaispoelmeter.
De grootte van deze stroom is instelbaar met P2.
Een LEDje op het voorpaneel licht op wanneer de stroom door de meter te hoog zou worden, dus als het relaistje op komt en moet de "SET" of "CAL" naar omlaag tot "VSWR-oneindig"gedraaid worden.
De rode bolletjes geven de printaansluitingen aan.
De VSWR-meter werd gemaakt van een oude hopeloos defecte Philips V-meter met een grote draaispoelmeter.
wat bouwinfo:
 | |
| Uitgesneden plaatjes, rechts het proefmodelletje in karton. |
 | |
| Geplooid. |
 | ||
| Hardhouten steuntjes voor de ferriet ringkernen. De ringkernen zijn hierdoor gemakkelijk te demonteren. |
 | |
| Gaten voor de PL-pluggen en de BNC's. |
 | ||
| Afdekken van de plaatsen waar geen verf mag komen. |
 |
| Het mag eens rode verf zijn.. |
 | ||
| Vastlijmen van de hardhouten steuntjes voor de ringkernen. |
De gebruikte Powerfix lijmklemmen:
De Lidl verkoopt soms ook goed gereedschap, deze klemmen zijn echt prima!
Je kan ze met één hand plaatsen, ze aanspannen en terug losmaken.
 |
| Hardhout echt muurvast op plaatijzer vastlijmen? |
 | ||
| Een elastiek geknipt van een fietsbinnenband houdt de ring op zijn plaats. |
 |
| Een andere bouwversie. |
 |
| Geel mag ook.. |
Wordt (misschien) voortgezet..
73 Guido ON4APZ
