Hoe werkt toch een staande golf meter?
In verschillende artikelen is in de afgelopen jaren een staande golf meter voor zelfbouw beschreven. Het nabouwen hiervan geeft soms een (redelijk) goed resultaat maar meerdere keren een slecht en dan verdwijnt het ding in een hoek.
Wanneer we nu maar weten hoe zo'n ding werkt kunnen we nagaan waar de schoen wringt, en de zaak corrigeren of een nieuwe bouwen, rekening houdend met wat we geconstateerd hebben. Maar hiervoor moeten we niet alleen inzicht hebben in de schakeling, maar eigenlijk ook in het systeem waarin de schakeling is opgenomen, n.l. de (coaxiale) lijn waarin we de staande golf willen meten.
Over dit laatste is een hele artikelenserie op zich te schrijven, zodat we hier willen volstaan met de volgende gegevens:
- In een juist afgesloten lijn (belasting = kabelimpedantie) zijn spanning en stroom met elkaar in fase.
- In een open en een kortgesloten lijn zijn spanning en stroom 90° in fase verschoven, in het ene geval voorijlend (capacitief), in het andere geval naijlend (inductief). Deze faseverschuiving verspringt elke halve golf (gerekend vanaf de afsluiting) 180° in fase.
- In een niet juist afgesloten lijn is de faseverschuiving ergens tussen 90° voor- en 90° naijlend afhankelijk van de misaanpassing. Ook hier geldt de fasesprong.
Dat spanning en stroom in fase verschoven zijn is eenvoudig te verklaren: bij een niet afgesloten lijn Z = ∞ staat aan het eind van de lijn de maximale spanning, maar er kan geen stroom lopen (b1); bij een kortgesloten lijn Z = 0 loopt de maximale stroom door de kortsluiting, maar over een kortsluiting staat uiteraard geen spanning (b2). (De figuren a, b en c geven een momentopname; in feite gebeurt er meer. Ik hoop hier in een later artikel op terug te komen. K.)
Fig. 1.
Gewapend met deze inzichten gaan we nu de staande golf meter te lijf.
Fig. 2.
De meter die wij hier beschrijven, en dit is de meest gebruikte en aangeboden meter, is eigenlijk geen staande golf meter maar een richting-gevoelige wattmeter waarmee we het heengaande en terugkomende vermogen meten en hieruit de staande golf bepalen. Deze meter nu bestaat in wezen uit een stuk coaxiale lijn waarvan de eigen impedantie gelijk dient te zijn aan de impedantie van de coaxiale lijn waarin we willen meten, dus 50 Ω voor een 50 Ω kabel en antenne.
Met de binnenader van dit coax meetlijntje koppelen we een meetlus, waarvan een kant afgesloten is met een weerstand, de andere kant met een HF meter, gevormd door een diode en een gelijkstroommeter.
Door de HF stroom die door de coax loopt wordt een stroom geinduceerd in de meetlus, deze stroom wordt bepaald door ten le de stroom door de coax en ten 2e door de waarde van de weerstand van het meetinstrument (deze zal als regel de waarde van de afsluitweerstand te overtreffen).
Deze stroom nu is evenredig met de stroom door de coax. Dit is echter niet de enige stroom die door de meter loopt, de meetlus heeft n.l. ook capaciteit t.o.v. de coax-ader en via deze capaciteit wordt een spanning op de meetlus gebracht en deze wordt bepaald door de capaciteit van de meetlus t.o.v. de coax-ader en de capaciteit van de meetlus t.o.v. de buitengeleider. Deze spanning doet ook een stroom lopen door de meter die evenredig is met de geinduceerde spanning.
We nemen aan dat de coaxkabel met zijn karakteristieke weerstand is afgesloten, stroom en spanning zijn dus met elkaar in face (geval a) en zullen bij elkaar opgeteld de meter een zekere uitslag geven. Keren we nu de meetlus om, dan zal de geinduceerde stroom in de meetlus, voor de meetlus gezien, de andere kant opvloeien; de door de geinduceerde spanning veroorzaakte stroom blijft echter in de oorspronkelijke richting lopen, dus nu zullen deze stromen niet opgeteld worden, maar van elkaar afgetrokken worden.
Is de SWR meter nu precies goed, dan zijn deze stromen gelijk en is er geen uitslag van de meter. Zijn de beide stromen niet aan elkaar gelijk, dan zal de meter in voorwaartse richting te weinig aangeven en in de omgekeerde richting wel een uitslag vertonen.
Uit een en ander hebben we nu gezien dat de ene stroom bepaald wordt door de stroom in de kabel, maar de stroom als gevolg van de spanning beinvloed wordt door de capaciteit t.o.v. de binnenader. Dit is dus het element waarmee we de meter kunnen ijken. Een vaster koppelen van de meetlus zal de stroom, veroorzaakt door de spanningscomponent, doen toenemen. Losser koppelen zal deze doen afnemen, terwijl door het geconcentreerde veld in de kabel de door de kabelstroom veroorzaakte stroom niet zal wijzigen. En hiermee hebben we dus de ijking van de meter in de hand tezamen met niet te grote wijzigingen in de afsluitweerstand.
Wanner we een en ander van print gefabriceerd hebben, is er nog een ander middel. We kunnen dan in het midden van de meetlus een capaciteitje aanbrengen tussen binnenader en meetlus of tussen aarde en meetlus, het eerste geval om vaster te koppelen, het tweede geval om losser te koppelen.
Samenvattend:Zorg dat de karakteristieke impedantie van de SGV meter precies gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de kabel waarin u wilt meten.
Maak met behulp van een goede belastingsweerstand (dummy-load) de koppeling van de meetlus met de binnenader op mast, dan kunt u plezier hebben van uw zelf geconstrueerde staande golf meter.
Bij meters met twee meetlussen, een voor het heengaande en een voor het terugkomende vermogen, dienen we er op te letten dat beide meetlussen exact gelijk aan elkaar zijn en voor beide meetlussen hanteren we het gelijkmaken door het omdraaien van de meetlus (dit komt in de praktijk neer op het omdraaien van de hele staande golf meter in de kabel).
Tot slot een voorbeeld met vectoren:
a. kabel juist afgesloten in voorwaartse richting
resultaat: I + I = 21
b. idem omgekeerd
resultaat: I - I = 0
c. kabel open gemeten in voorwaartse richting of kortgesloten omgekeerd
d. kabel kortgesloten in voorwaartse richting of open omgekeerd
PA0KAM.