VHF/ UHF SWR Brug voor laagvermogen portofoons

Een absorptie breedband SWR/ Antenne impedantie meter.

Micro-portofoons als de ICOM IC-Q7E zijn fantastische apparaten. Een ontvangstbereik van 30 tot 1300MHz en zenden op een groot deel van de VHF en UHF band. En dat allemaal in een behuizing die makkelijk in je borstzak past. Deze eigenschappen maken ze tot goed gezelschap op reis.

Groot nadeel is het geringe zendvermogen van slechts circa 300mW. Dit is te weinig om een doorsnee SWR meter te kunnen gebruiken. Toch kan het gewenst zijn om dat te doen. Bijvoorbeeld om tijdens de vakantie de conditie van een externe antenne te bepalen, of om een zelfbouw antenne te testen en af te regelen. Ook als de antenne vÚr buiten de amateurband 'dipt', is door het grote frequentiebereik van de portofoon de resonantie frequentie nauwkeurig te bepalen.

De eisen die ik vooraf gesteld heb aan de SWR meter zijn: Klein formaat, aansluiting met SMA pluggen en een frequentiebereik minstens gelijk aan dat van de portofoon.

Principe

Mijn keus is gevallen op een absorptie SWR meter. Hierbij wordt de antenne opgenomen in een brug van Wheatstone en dient de portofoon als excitator voor deze brug. Een analoog instrument geeft de mate van onbalans van de brug weer (een maat voor de SWR), of de spanning over de antenne (een maat voor de impedantie).

Deze meter absorbeert drie kwart van het aangeboden vermogen en is dus niet geschikt om continue in de antenne leiding opgenomen te worden.

Eigenschappen

Afmetingen: 65x60x20mm
Aansluiting: SMA
Frequentiebereik: HF, VHF en UHF Band
Vermogen: 200-500mW
Meetbereik SWR: 1:1 tot 1:7
Meetbereik Antenne Impedantie: 10 tot 250 Ω
Impedantie: 50 Ω
Demping: 6dB Bij afsluiting met 50 Ω belasting.

Opbouw

Drie weerstanden R1, R2 en R3 (alle ongeveer 50Ω) en de antenne Z vormen samen een weerstandsbrug. In deze brug wordt de antenne vergeleken met een referentie - R2.

R1 en R3 bestaan hier elk uit een 51Ω (1/4 W, 1%) weerstand. R2 is opgebouwd uit een parallel schakeling van twee weerstanden van 100Ω (1/4 W, 1%) om de ideale waarde van 50Ω beter te benaderen en de zelfinductie te halveren. Drie weerstanden van 49,9Ω (1/4 W, 1%) voldoen natuurlijk ook, maar die had ik helaas niet op voorraad tijdens de bouw.

Drie schottky dioden (1SS99 of BAT62-03W) detecteren de 3 benodigde spanningen. De 1nF condensatoren zijn  van het SMD type 1206.

De gebruikte meter is een VU-meter. De gevoeligheid is 500uA en de impedantie 650 Ohm.

Uref Referentie Spanning
Uz Uz is een maat voor de impedantie van de antenne. Heeft de antenne een impedantie gelijk aan die van de referentie, dan is Uz gelijk aan Uref.
Bij een hogere impedantie is Uz > Uref
Bij een lagere impedantie is Uz < Uref
Uswr Uswr is een maat voor de staandegolf verhouding van de antenne.
Bij een hoger SWR is Uswr = Uref
Bij een SWR van 1:1 is Uswr = 0V

Uit deze 3 spanningen laten zich verschillende parameters berekenen, zoals de SWR en de Impedantie van de antenne. Het 'berekenen' gebeurd door het kiezen van een juiste schaalverdeling op de meter, en het instellen van de potmeter. De SWR meter heeft een gebied rond de SWR 1:1, waar kleine afwijkingen van de antenne niet gedetecteerd worden. Voor kleine misaanpassingen blijft de meter 1:1.0 aangeven. Dit heeft te maken met de drempel spanning van de gebruikte dioden. Een euvel, dat de meeste SWR meters wel bezitten (hoewel je het maar in weinig handleidingen genoemd wordt). Deze fout wordt relatief groter naar mate er minder vermogen gebruikt wordt om de brug aan te sturen. Een zelfde fout heeft de Z meting bij meetwaarden vlak boven de nul Ohm.

Dit is de schaalverdeling.

P SWR Z (Ω)
0 1  
0,048 1,1  
0,091 1,2  
0,130 1,3  
0,167 1,4 10
0,200 1,5  
0,231 1,6  
0,249   16,7
0,259 1,7  
0,286 1,8  
0,310 1,9  
0,333 2,0 25
0,399   33,3
0,429 2,5  
0,500 3 50
0,600 4 75
0,667 5 100
0,750 7 150
0,838   250
1 Stel  

Indien het meten van de antenne impedantie niet gewenst is, kunnen alle delen voor het detecteren van Uz en de SWR/Impedantie schakelaar vervallen. Ik heb dat bij de kleinste van de twee meters op de foto hierboven gedaan.

Deze schakeling heb ik opgebouwd in de bekende hooiberg constructie methode. Let op de extreem korte verbindingen tussen de onderdelen, nodig voor een goede werking op de UHF band.

De weerstanden in het hoogfrequent deel van de schakeling (R1 tot en met R3) ondergaan een kleine bewerking voor het solderen. Door aan beide zijden de aansluitdraad en de verf op het kapje te verwijderen, ontstaat een component met goede UHF eigenschappen.

Controleer de weerstand na modificatie op juiste werking, vˇˇrdat je 'm in de schakeling soldeert.

De radio wordt aangesloten via een SMA plug met rigid coax kabel eraan. De meter steunt tijdens het gebruik aan deze connector. Soldeer 'm dus stevig vast. De meetbrug dient zo dicht mogelijk bij de antenne bus geplaatst te worden. De 1nF condensatoren zijn  van het SMD type 1206. De C-tjes dienen als afstand houder tussen de printplaat en de overige onderdelen. Ze zijn mechanisch niet zo stevig; de metalen aansluit kapjes breken bij mij nogal eens af. Soldeer ze dus met beleid. Beschadigde condensatoren geven een DC spanning die veel lager is dan de verwachtte spanning.

Testen

Uswr met een open of kortgesloten meetbus moet ongeveer gelijk zijn aan Uref.
Meet de SWR van een 50Ω dummy load - De meter moet 1:1 aangeven.
Meet de Z van een 50Ω dummy load - De meter moet 50Ω aangeven.

Meet de Z van een open meetbus - Zet de naald met de potmeter op S - Schakel nu naar Stel - De meter moet ongeveer 1:3 aanwijzen.

Handleiding

Dit MS Word bestand bevat de complete gebruiksaanwijzing van het instrument (in het engels, ca 1,2MB). Deze bevat veel meer dan louter onderstaande instructies.
 

Gebruik - Meten van staande golf verhouding

  1. Sluit de SWR meter aan tussen de radio en de te meten antenne. Gebruik de kortst mogelijke verbinding tussen de antenne en de meetbus. Coax kabel be´nvloed door demping de gemeten SWR waarde.

  2. Plaats de schakelaar SWR/Z in de stand SWR.

  3. Plaats de Schakelaar Stel/ Meet in de stand Stel

  4. Zorg ervoor, dat de radio met een laag vermogen zend (tussen 200 en 500 mW) op de juiste frequentie.

  5. Stel de meter zˇ in met de potmeter, dat de naald geheel uitslaat (S).

  6. Plaats de Schakelaar Stel/ Meet in de stand Meet

  7. Lees de staande golf verhouding af op de meter.

 

Gebruik - Meten van antenne impedantie

De impedantie meting geeft alleen bruikbare resultaten

  1. Sluit de SWR meter aan tussen de radio en de te meten antenne.
    Sluit de antenne aan direct op de meetbus of gebruik een Coax kabel met een lengte van n x 1/2 λ.

  2. Plaats de schakelaar SWR/Z in de stand Z.

  3. Plaats de Schakelaar Stel/ Meet in de stand Stel

  4. Zorg ervoor, dat de radio met een laag vermogen zend (tussen 200 en 500 mW) op de juiste frequentie.

  5. Stel de meter zˇ in met de potmeter, dat de naald uitslaat tot halverwege de schaal (50Ω, SWR=1:3).

  6. Plaats de Schakelaar Stel/ Meet in de stand Meet

  7. Lees de antenne impedantie af op de meter.

 

Deze schakeling is onder andere gebaseerd op de volgende artikeltjes:
ARRL Antenna book 27-4 Resistance Bridge
Wideband SWR meter van XQ2FOD
Impedance Bridge van Harry Lythall - SM0VPO
Homebrew RF Test Equipment and Software van N9ZIA

 

Disclaimer

I will not be responsible for damage to equipment, your ego, personal injury or worse that may result from the use of this material and material found on any links on my pages. You are responsible to make sure that your use  any of my designs is legal in your country.

PE2ER Homebrew projects page

Copyright: Erwin Gijzen

Version: Jul-2007