Staande golf meter met instelbare impedantier voor 80 t/m 2 meter
Er zullen weinigen onder ons zijn, die het nut van een staande-golf brug niet inzien en hoewel er reeds tal van modellen in ons blad zijn gepubliceerd, meen ik u dit exemplaar niet te mogen onthouden.
We willen voor diegenen, die mogelijk het nut van een dergelijke indicator niet kennen iets dieper ingaan op de toepassingen en de uitleg van het getal, waarin de staande -golf verhouding (SGV) wordt uitgedrukt.
Het doel van een SGV-brug:
We moeten eerst wat theorie verwerken, zo u daarvan niet het juiste weet, adviseer ik u, zich daar echt even in te verdiepen.
Wanneer op een one indi g lange transmissielijn een wisseispanning wordt aangesloten, zullen stroom- en spanningsgolven zich langs de lijn voortplanten. Stroom en spanning zijn langs de gehele lijn in fase, zij vertegenwoordigen de electromagnetische energie. We noemen dit lope nd e golven: de energie plant zich langs de lijn voort en verdwijnt in het oneindige.
Een werkelijke transmissielijn is natuurlijk ni et oneindig lang, maar we kunnen een willekeurig stuk lijn voor de golven ook oneindig lang doen schijnen door dit af te sluiten met een weerstand gelijk aan de karakteristieke impedantie van de lijn. Wanneer de lijn niet is afgesloten met zijn karakteristieke impedantie, wordt de situatie geheel anders. De energie wordt dan niet of slechts gedeeltelijk door de be-lasting opgenomen en de rest keert weer terug naar het begin van de lijn. Dit verschijnsel noemen we reflectie; het heeft staande golven tot gevolg. Eenstaande golf is de resultante van heengaande en gereflecteerde lopende golven!
We bepalen ons verder uitsluitend tot de coaxkabel als transmissielijn.
Het is de verhouding tussen de heengaande en gereflecteerde golven (de SGV) die maatgevend is voor de overdracht van de energie tussen de bron en de belasting. Sluiten we een coaxkabel dus b. v. af met een antenne, een antenne -tuner of een kunstantenne (dummy-load) dan zal alle energie van de bron naar de belasting worden overgedragen indien de belasting gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de coaxkabel. We noemen dat een staande golf verhouding (SGV) van 1.
Wat betekent nu die 1 en hoe komen we daaraan?
De verhouding tussen maximum stroom en minimum stroom langs een lijn wordt SGV genoemd. Hetzelfde gaat op voor maximum spanning tegen minimum spanning. Ons te beschrijven meetapparaat meet op een zekere plaats in de lijn, de heengaande en gereflecteerde spanning op de coaxlijn waaruit de SGV kan worden bepaald. De plaats w a a r dit op de kabel wordt gemeten is onbelangrijk en doet aan de staande golf verhouding ni ets toe of af. Met deze gedachtengang wordt nogal eens fouten gemaakt.
De formule is eenvoudig:
Een voorbeeld: Een 1 mA meter wijst aan: heen 1 mA, terug 0,2 mA.
Hier is dus de 
Vaak wordt dit getal als norm gebruikt om aan te geven hoe een antennesysteem opneemt. Zo wordt 1,5 ruim voldoende geacht, terwijl bij een staande golf verhouding van 2 de wenkbrauwen worden gefronst. Het enige dat kan worden gedaan om er iets aan te verbeteren is iets aan de a ntenne wijzigen, NOOIT aan het begin van de coaxkabel ! Door uitsluitend aan de afsluitimpedantie van de coaxkabel iets te wijzigen, kan hierin verandering worden gebracht.
Hoeveel procent van ons aangeboden vermogen bereikt er nu n i et de antenne bij een bepaalde SGV? Dit wordt met onderstaande formule berekend:
Voorbeeld: Bij een SGV van 1, 5 is het gereflecteerde vermogen, uitgedrukt in %:
Met de tabel gepubliceerd in CQ-PA nr. 6/1971, pagina 86, kunnen we per SGV het percentage gereflecteerd vermogen direct aflezen.
Met een staande golf meter zijn we dus in staat te bepalen of een antenne alle aangeboden energie opneemt. We kunnen door het afregelen aan de antenne de SGV verminderen, waardoor deze ideale toestandwordt benaderd en ons uiteindelijk doel wordt bereikt, t. w. de maximum energie overdracht van de zender naar antenne!
De meter kan ook als indicator worden gebruikt om de zender eindtrap op de maximum energie of te stemmen.
Reeds Lange tijd was de wens een SGV-meter te bouwen die zowel voor 80 meter als voor 2 meter, en de daar tussen liggende banden, dienst kon doen. Ervaring leerde ons dat het toch altijd een moeilijke zaak is om b. v. een staande golf meter te bouwen die dit presteert: was hij voor 2 meter goed, dan was er nauwelijks uitslag op 80 meter.
Omgekeerd: was het exemplaar voor 80 meter goed dan was het op 2 meter niet of nauwelijks te balanceren.
Toch pretenderen we met dit model er in te zijn geslaagd te voldoen op alle banden, waarbij bovendien de impedantie nog instelbaar is.
Een werkelijk universeel geval dus, dat waard is voor het voetlicht te komen.
De idee van deze SGV-meter was van W1CER en werd ontleend aan QST, mei-nummer 1966, afgebeeld in figuur 1.
Fig. 1.
De onderdelen (zie figuur 2):
Fig. 2.
Het hart van de brug bestaat uit een 20 cm lang koperen pijpje, met een binnen diameter van 6 mm.
In dit pijpje zit een coaxkabel RG59U, welke ontdaan is van zijn vinyl- en gevlochten mantel.
We houden dan een polyethyleen isolatie met koperader over.
We nemen hiervoor een stuk coaxkabel van 21,6 cm. Aan beide uiteinden wordt 3 mm van het polyethyleen afgehaald.
In het midden van het koperen pijpje wordt een gaatje gemaakt van een z cm. We schuiven de coax-binnenader met polyethyleen in het pijpje. Een koperdraad met aan het uiteinde een haakje eraan gebogen steken we door het gaatje en haken dit om het vrije gedeelte van de binnenader. Met een kleinde soldeerbout wordt dit vastgezet. Nu schuiven we om dit draadje een stukje isolatie-materiaal (b. v. weer een stukje polyethyleen) ter voorkoming van sluiting.
In figuur 3 zien we een U-vormig stuk aluminium, waar op de plaatsen A en B een S0239 Amphenol chassisdeel is geplaatst. Hiertussen wordt het koperen pijpje gesoldeerd. Op punt C wordt de 100 Ohm potmeter geplaatst. Deze potmeter moet een koolpotmeter zijn, zeker Been draadgewonden type. Een instelpotmeter voldoet ook heel goed. Het aardpunt moet in het mi dde n tussen beide S0239 chassisdelen vallen, dit in verband met het balanceren.
Fig. 3.
Aan de korte zijde van de U-vorm op de punten D en E wordt een gat geboord of een glazen doorvoertje aangebracht. Aan de huitenkant van de U-vorm, worden op de punten D en E een draadsteuntje gemonteerd. Tussen de coaxuiteinden en de draadsteunen worden door deze gaten de diodes geplaatst. De diodes moeten goed aan elkaar gelijk zijn (gepaard). Bij het monteren van de diodes moeten we terdege de warmte afvoeren, door ze met een punttang voldoende lang vast te houden terwijl we solderen. De ontkoppeling vindt direct achter de diodes plaats met C's van 1 nF, schijfcondensatoren.
De rest van het kastje wordt aan uw eigen fantasie overgelaten. In dit kastje zitten de gevoeligheids-potmeter, de meter en de schakelaar. De draadlengte tussen de ontkoppel C's en de schakelaar zijn niet kritisch.
Om de SGV-brug af te regelen hebben we een zuivere Ohmse 1 Watt, 5 %, koolweerstand van 52 of 75 Ohm nodig. We maken hiervan een dummy-load.
Fig. 4.
Indien u niet over een koolweerstand van deze waarde beschikt, dan kunt u proberen een koolweerstand van b.v. 100 Ohm te bemachtigen en er daarna een flink gedeelte van at te vijien tot de gewenste waarde wordt bereikt. Deze 1 Watt weerstand monteren we in een PL259 plug van Amphenol, hetgeen in figuur 4 wordt weergegeven. Het solderen moet niet te beet geschieden om de weerstandswaarde daarmee niet te wijzigen. We beschikken nu over een vrij zuiver Ohmse afsluiting om de brug af te regelen. Plaats de plug op een van de uitgangen. De potmeter die de gevoeligheid regelt wordt op maximum gevoeligheid gezet en we zorgen dat de schakelaar verhonden staat met de ziide waar de render aan vast zit.
We injecteren nu met de zender juist genoeg energie, zodat de meter voile uitslag geeft. Haal de schakelaar om en regel met de balanceer-potmeter op nul Ohm af. Voor 52 Ohm zal de waarde ongeveer 51 Ohm zijn, voor 75 Ohm ongeveer 33 Ohm.
We testen de SGV-brug op symmetrie door de dummy-load en de zender van plug te verwisselen en in de stand 'reflected' (terug) nul af te lezen tegen voile schaaluitslag 'forwarded' (heen). Hiema is de SGV-meter voor gebruik gereed.
Tot slot nog enkele kritische opmerkingen.
Wanneer met grote zendvermogens geen volledige nul kan worden bereikt, ligt dit vaak aan het niet lineaire gedrag van de diodes. De signalers zijn dan te groot om in het lineaire gedeelte van de diode te gaan werken, hierdoor ontstaan harmonischen, waarvoor uw antenne egn 50 of 75 Ohm impedantie biedt. Het gevolg is dat een reflectie wordt aangewezen, die niet yak weg te werken. Een secundair effect kan zijn, dat er TVI door optreedt. In dat geval is het wenselijk, tijdens het zenden, de staande golf brag uit de coaxlijn te verwijderen.
Aangezien een dummy-load frequentie onafhankelijk werkt, zal dit effect niet zichtbaar zijn, wanneer alle energie in een dummy-load wordt gedissipeerd.
Onderstaande tabel werd overgenomen uit QST, doch werd niet nagemeten. We hebben geen enkele reden om hieraan te twijfelen. De lengte van het koperen pijpje was 15 cm (dus kleiner dan bij het beschreven model).
Hierbij waren voor voile schaaluitslag van een 1 mA meter de volgende verrnogens nodig:
| Band (m) | Power (W) |
|---|---|
| 160 | 22 |
| 80 | 7 |
| 40 | 2 |
| 20 | 0,7 |
| 15 | 0,45 |
| 10 | 0,2 |
| 2 | 0,1 |
Zouden we als meter een 100 µA meter gebruiken, dan werd het geheel nog veel gevoeliger. We waarschuwen echter, dat het bijzonder onhandig is met een te gevoelig instrument te moeten werken. De zaak gaat dan herhaaldelijk tegen de pennen of zelfs stuk. Bij geringe transistor vermogens heeft het wel zin.
Verder willen we nog opmerken, dat de maten gerust mogen afwijken, het is natuurlijk onnodig, dat we een lengte pijp gebruiken van 20 cm als we alleen op 2 meter werken. Kort dit dan b. v. in tot 10 cm.
Ook kan gerust een ander soort coaxkabel worden gebruikt, tracht in ieder geval dat het polyethyleen isolatie materiaal nauw in het buisje past, zodat de symmetrie niet wordt geschaad.
We hopen met dit niet nieuwe onderwerp, weer eens wat nieuwe gezichtspunten te hebben gebracht, waarmee onze jonge garde zijn voordeel kan doen.
John, PA0VER.