Wifi SWR Meter

Bij het bouwen van antennes voor de Wifi band (zoals de 8dBi omni), ontstaat al snel de behoefte om deze antennes op een eenvoudig manier te kunnen testen. Een staande golf (SWR) meter voor de 2,4GHz band is echter niet eenvoudig te krijgen. Meters als de Daiwa CN-801S zijn vrij duur en hebben bovendien minstens 500mW (27dBm) vermogen nodig om juist te functioneren. Daarom, en omdat het gewoon leuk is, dat deze zelfbouw uitvoering.

Geestelijke steun voor nabouwers via het Wireless Nederland Forum

De beschreven schakeling dient als een staande golf meter voor de VHF, UHF en SHF band. Dit is inclusief de Wifi (802.11b/g), 2m, 70cm and 13cm Radio Amateur banden.

Het apparaat bestaat uit twee delen. Een hoogfrequent en een laagfrequent deel, met een bij voorkeur analoge meter.

De foto rechts toont de Wifi SWR meter Mk-III - alweer de derde generatie van de meter.

Een analoge meter geeft de staande golf verhouding aan (SWR). Deze meter heeft een peak-hold schakeling met 9 Volt Alkaline batterij voeding.

De SWR sensor is met de meter verbonden via een BNC-BNC kabel.

Er is één bedieningselement Deze bevat de AAN/UIT schakelaar en een regeling voor de gevoeligheid van de meter. Een gele low-current (2mA) LED geeft aan dat er spanning op de schakeling staat.
De gevoeligheid van de meter is aan te passen aan de gebruikte hoogfrequent (RF) bron - Wifi Access Point, of VFO.

De RF Input vermogen moet ergens tussen de 15 en 20dBm (30 to 100mW) liggen.

Dit is het schema van de hoogfrequent meetkop. Het is belangrijk om SMD componenten te gebruiken in combinatie met het printontwerp hier beneden.

De te meten antenne wordt aangesloten op Zx.

Op “RF in” dient een Wifi Access Point (AP) of andere hoogfrequent bron aangesloten te worden.

Deze tekening toont de opbouw van de externe hoogfrequent meetkop.

Onderdelen

Componenten (SMD 0805):
49Ω9 (1%) – 3
10kΩ – 2
5p6 – 2
 1nF – 1

N-Type Chassis Male – 1
N-Type Chassis Female - 1
BAT62-03W Schottky diode (SMD) - 1

Alle componenten worden verkocht door:
Barend Hendriksen

Gebruik 10x25mm dubbelzijdig Epoxy printplaat.

Je kunt dit koperpatroon etsen of met een scherp mes uitsnijden. Ik teken de printplaat af en verwijder het overtollige koper met een stanley mesje.
Begin met het maken van een 3mm stripline tussen het middencontact van de twee N-connector chassisdelen.

Maak aan de achterzijde van de printplaat een vlak kopervrij direct achter de Zx poort. Dit vermindert de capaciteit naar massa.

Monteer de SMD condensatoren en weerstanden. Monteer de diode als laatst

Zet de hoogfrequent meetkop in elkaar. Maak gebruik van de zojuist geassembleerde printplaat, twee vlakke N chassisdelen, vier 15mm lange metalen afstandbussen met M3 schroefdraad en acht 7mm lange boutjes M3.

Soldeer de printplaat vast. Zorg ervoor, dat de printplaat niet onder mechanische spanning staat. Soldeer de massa vlakken op vier locaties vast aan de chassisdelen, zodat je op zoveel mogelijk plaatsen contact maakt.

Bevestig een BNC chassisdeel aan de meetkop met soldeer. Deze BNC wordt de uitgang voor de gepulseerde DC spanning naar de indicator.

De foto toont een drietal verschillende uitvoeringen van de meetbrug: RP-SMA, RP-TNC en N-Type Antenne connector.

Wifi hardware zendt uit in korte pulsen. Om de DC pulsen die van de hoogfrequent brug komen om te zetten in een stabiele DC spanning, heb je een “peak-hold” schakeling nodig als hiernaast. Dit ontwerp is gebaseerd op een quad OPAMP en wordt gevoed uit een enkele 9 Volt batterij.

De eerste OPAMP U1A wordt gebruikt om een positieve en negatieve voedingsspanning voor de OPAMPS te creëren uit één 9 Volt batterij. Een zogenaamde "virtuele aarde".

Uit de SWR meetkop komen alleen puls vormige (DC-achtige) signalen; GEEN 2.4GHz dus. De puls heeft een pulsbreedte van 0,2...0,5ms en een rust van 99,5...99,8ms. Spanning is aan paar volt maximaal en afhankelijk van de mate van onbalans in de brug. Die 100ms periode is omdat ik mijn SSID met 100ms interval uitzendt...
 

Het schema laat een Peak-Hold/ Fast schakelaar zien. Deze is overbodig en kan weggelaten worden.

De pulsen worden via een potmeter SENSITIVITY aan de schakeling doorgegeven. Deze potmeter wordt gebruikt om de meter een maximale uitslag te geven bij maximale onbalans van de brug (= kortsluiting op de Zx bus). Het AP of de zender ziet in dit geval een SWR van 1:2 en zal dus niet stuk gaan...

De OPAMP U1B buffert de pulsen uit detector. De 10u wordt heel snel opgeladen tot de piekwaarde van de puls (want de OPAMP heeft een lage uitgangsweerstand) en de terugkoppeling zorgt ervoor, dat de drempelwaarde van de diode gecompenseerd wordt. Zodra de piekspanning van de puls bereikt is, gaat de uitgang van de OPAMP naar de negatieve voedingsspanning toe. De 10u C wordt nu via de 100k weerstand ontladen, tot de volgende puls weer komt, en de OPAMP de C weer op gaat laden. Dit is de peak-hold schakeling:-)

Met schakelaar S2 is de peak-hold schakeling uit te schakelen door D1 te overbruggen. Met S2 gesloten werkt U1b als een buffer en reageert het instrument sneller. Dit is voordelig als de brug gebruikt wordt in combinatie met bijvoorbeeld een Portofoon op de amateur banden. Indien de brug uitsluitend met Wifi apparatuur gebruikt wordt kan S2 weggelaten worden.

De OPAMP die hier weer achter komt (U1C), versterkt een paar keer omdat mijn analoge meter een ingebouwde voorschakel weerstand heeft voor 1 Volt schaalmaximum. Als je een 100uA metertje gebruikt is dit niet nodig... De dioden en de 100 Ohm weerstand bij de meter beperken de maximale spanning op mijn meter tot +1,2V en -0,6V. Dat vindt 'ie wel fijn en slaat de naald niet krom in de hoek...
 

 De OPAMP U1D is zo aangesloten, dat de negatieve aansluiting van de meter op een instelbaar niveau gezet kan worden met de NULL potmeter. Met deze potmeter wordt de SWR meter op een 1:1 aanwijzing ingesteld ter compensatie van de lekstroom van D1 en de offset spanning van de OPAMPs.

Zelfbouw 2,4GHz dummy load:
Maak een dummy load for 2,4GHz. Deze dummy load is nodig om je nieuwe SWR meter te testen en te ijken. Gebruik een N-connector chassisdeel met flens van goede qualiliteit en twee SMD 0805 of 1206 100Ω (1%) resistors. Soldeer de weerstanden direct op het middencontact van de N-connector en gebruik koper folie om de weerstanden met de massa van de connector te verbinden. Dit prototype heeft een SWR van 1:1,01 @ 2,4GHz in vergelijking met mijn referentie (Narda Model 370 DC-18GHz dummy load) - die 1:1,00 loopt. Maximum dissipatie is 0,5 Watt.