Power-coupler

Willen we het vermogen van onze zender meten, dan moeten we, willen we het goed doen, gebruik maken van een dure Wattmeter.

Er bestaan ook goedkopere oplossingen in de zin van een staande golfmeter.

Van deze laatste mogelijkheid mag u geen nauwkeurige meting verwachten, het geeft alleen een relatief beeld van het vermogen.

Om het vermogen in de voedingslijn naar de antenne te kunnen meten hebben we een instrument nodig dat dezelfde karakteristieke impedantie heeft als de gebruikte voedingslijn.

Het spreekt als vanzelf dat deze voedingslijn ook aanpast aan de transceiver of eindtrap. In ons geval is dat bijna altijd een coax-kabel met een impedantie van 50 of 75 Ohm.

Met de hier beschreven power-coupler of Watt-meter voldoen we aan bovenstaande eis.

In principe is het een stuk coaxiale leiding die we tussen coax-kabel en transceiver of eindtrap plaatsen. Het enige verschil met een normale kabel is dat in deze coupler een klein koppellusje zit dat een beetje HF vermogen oppikt, wat we dan voor meetdoeleinden kunnen gebruiken.

Elektrisch gezien is het een simpel instrument en iedereen zou zoiets kunnen maken. Hetzelfde principe wordt gebruikt in de professionele meetapparaten, zoals de RCD ambtenaar bij de keuring gebruikt, bijvoorbeeld de Bird 43.

De mechanische opbouw is simpel en kan zonodig aangepast worden aan het voorhanden zijnde materiaal. Er is maar een ding waar op gelet moet worden. De verhouding tussen de buitendiameter van de binnengeleider en de binnenmaten van de buitengeleider (mantel). Zie hiervoor de bijlage.

De buitengeleider (mantel) is bij de door mij gemaakte coupler gemaakt van vierkant messing buis. Aluminium mag natuurlijk ook, maar houd wel rekening met het feit dat aluminium slecht te gebruiken is met koper of andere metalen. Door aluminium met bijvoorbeeld koper te gebruiken ontstaat elektrolyse. Dit kan tot snelle oxydatie en ruis leiden. Bedenk dat de meeste chassisdelen van koper zijn gemaakt.

De binnengeleider bestaat uit koper- of messingpijp. Deze wordt aan de uiteinden ongeveer 1,5 cm ingezaagd, om op die manier een taps toelopend uiteinde te krijgen. Dit kan dan gemakkelijk aan het gewenste chassisdeel gesoldeerd worden.

Als chassisdeel kunnen we desgewenst de zogenaamde S0239 pluggen gebruiken. Bedenk wel dat de impedantie van deze pluggen geen 50 of 75 Ohm is. Beter is het om N of BNC konnektoren te gebruiken, al naar gelang welk vermogen gebruikt wordt. Een BNC konnektor kan op twee meter tot ongeveer 200 Watt gebruikt worden. N konnektoren gaan hoog in frequentie en op twee zijn we te gebruiken tot 1500 Watt. De op de nude Bellingelee lijkende pluggen, die op iedere moderne tv zitten als antenne entree, zijn zeer geschikt tot ongeveer 100 Watt.

De binnengeleider wordt door middel van twee hardhouten plaatjes van ongeveer 3 mm dik in het midden van de vierkante buis gehouden. Deze plaatjes mogen natuurlijk ook van een ander niet geleidend materiaal gemaakt worden. Let bij de keuze van een ander materiaal wel op. Sommige materialen kunnen niet goed tegen hoogfrequentie. Er zijn b.v. plastiks die smelten in een sterk elektromagnetisch veld.

Het koppellusje bestaat uit een stukje koperdraad (dikte is niet zo belangrijk) dat door een sleuf in het midden van de vierkante pijp een beetje naar binnen wordt geschoven. Vooral niet te ver! De afstand tussen binnengeleider en koppellus bepaalt de mate van koppeling. Hoe dichter bij hoe groter de koppeling, hoe meer energie door de koppellus wordt opgepikt. Het koppellusje wordt aan een kant aan een 3e chassisdeel gesoldeerd en aan de andere kant met een weerstand van 75 Ohm aan massa gelegd. Het elektrisch schema zal een en ander wel verduidelijken (zie figuur 1). De weerstand is bij mij 75 Ohm, omdat ik de coupler gebruik in kombinatie met een kleine Watt-meter van 75 Ohm impedantie. Mocht u meetapparatuur gebruiken met een impedantie van 50 Ohm, dan moet de weerstand natuurlijk ook 50 Ohm zijn. Immers het koppellusje fungeert als energiebron.

Fig. 1
Fig. 1.

De maximale vermogensafgifte ontstaat alleen als ingangs- en uitgangsimpedantie aan elkaar gelijk zijn. Verder zullen er dan geen staande golven ontstaan op de kabel tussen koppellus en meetapparaat. De weerstand kunt u maken van 2 weerstanden van 150 Ohm of 100 Ohm parallel. Als met grote vermogens gewerkt wordt, dan moeten deze weerstanden minimaal 1 Watt zijn. Tevens moet u induktievrije weerstanden gebruiken. Compound koolweerstanden zijn goed to gebruiken.

Als het geheel tot een redelijk stabiele konstruktie is gekomen kunnen we de boel ijken. Dit ijken moet eigenlijk gebeuren met een "echte" Watt-meter van een bevriend zendamateur. Als u bijvoorbeeld 100 Watt door de coupler laat gaan, dan zou het mooi zijn als we 1 Watt uit de koppellus laten komen. De koppeling is dan -20 dB. Zou het 100 mW zijn, dan is de koppeling -30 dB en 10 mW is dan -40 dB, etc. Zoals gezegd, de mate van koppeling is afhankelijk van de afstand tussen koppellus en binnengeleider.

Wanneer u gebruik maakt van een bestaande Watt-meter voor het meten van het vermogen uit de coupler, dan is het in verband met het omrekenen handig dat u de afstand tussen koppellus en binnengeleider zo afregelt dat er een faktor 10, 100 of 1000 tussen het ingangsvermogen en het uitgangsvermogen zit.

Het bezwaar met deze coupler is natuurlijk dat je altijd een Watt-meter moet hebben. Voor hen die niet een Watt-meter hebben zijn er twee oplossingen. De eerste is om tussen het 3e chassisdeel en koppellus een diode op te nemen en een kondensator naar massa. Hierop kunnen we dan een metertje aansluiten en op die manier spanning meten. Zie figuur 2. Door het geheel in een kastje te plaatsen hebben we dan een kant en klare Watt-meter die helaas niet een grote nauwkeurigheid heeft.

Fig. 2
Fig. 2.

Een betere oplossing is om de coupler te laten wat het is en extern het metercircuit van figuur 3 aan te sluiten. We voldoen dan beter aan de eis dat de impedanties van coupler en meter aan elkaar gelijk moeten zijn. Tevens kunnen we de coupler en het metercircuit voor tal van andere metingen gebruiken. We kunnen n.l. het metercircuit ook als veldsterktemeter gebruiken. Hiervoor moeten we een voor de te meten frequentie aangepaste kwartgolf antenne aansluiten. Het is dan zelfs mogelijk zeer ver (300-500 meter) van de zendantenne te meten. Dit is natuurlijk afhankelijk van het uitgestraalde vermogen.

Fig. 3
Fig. 3.

De konstruktie laat ik helemaal over aan de bouwer. De lengte van de coupler is niet zo belangrijk. Wel de verhouding tussen de binnen- en buitengeleider, zie bijlage. Met de figuren 4 en 5 bent u zeker in staat om een goedwerkend geheel te maken.

Fig. 4
Fig. 4.