Een ietwat andere SWR-meter
De meeste SWR-meters werken op basis van een stukje voedingslijn waarover, met een koppellusje of iets dergelijks, de grootte van een spannings-knoop of -buik kan worden gedetecteerd. Over het algemeen zijn er forse vermogens nodig om de wijzer van het instrument in beweging te brengen en bovendien is een dergelijke staandegolfmeter frequentieafhankelijk... deze meter is anders.
Een populair type dat ook voor de 27Mc/s-band wordt gebruikt kan daar behoorlijk werken met bijvoorbeeld 5 watt. Maar voor gebruik op de 80m-band is at gauw een vermogen van 40 watt noodzakelijk. Een dergelijke meter geeft het zendsignaal onverzwakt door en het tunen van een antenne-aanpasser (tuner) geschiedt dan met vol vermogen, iets dat u door andere bandgebruikers vast niet in dank wordt afgenomen. Niet alleen het vermogen wordt onverzwakt doorgegeven richting antenne maar deze antenne kaatst 66k een slechte SWR-verhouding onverzwakt terug naar de zender, met alle narigheid van dien.
Het kan ook anders...
Fig. 1. R1, R2, R3 en R4 zijn samengesteld uit 120 ohm weerstanden / 2 watt.
Het doel van een SWR-meter is om na te gaan of de zender juist wordt belast (met meestal dat is alles. Met de 'brug van Wheatstone' kunnen we dat ook doen met als groot voordeel dat deze meting frequentie-onafhankelijk is en ook nog bruikbaar is met lage vermogens. Kijken we naar het schema dan zien we de brug die gevormd wordt door R2, R3, R4 en de antenne. De verhouding R2:R3 = 24:20 en die komt overeen met de verhouding R4:Zant = 60:50, vooropgesteld dat 50 Ω is. Als de antenne-impedantie 50 Ω is... dan is de brug in evenwicht en zijn de spanningen onderaan R2 en R4 gelijk. De meter reageert op een (wissel)spanningsverschil tussen deze punten en slaat dus niet uit bij een antenne-impedantie van 50 Ω. Bij iedere afwijking van deze 50 Ω komt de meter in beweging.
Door de introductie van R1 kan worden bereikt dat er naar de set toe altijd een weerstand (impedantie) van ongeveer 50 Ω wordt aangeboden. R1 is 200 en R2 en R3 zijn samen 44 Ω. Is op de antenne-aansluiting nets aangesloten dan 'ziee de zender een impedantie van 20 + 44 = 64 Ω. 640 komt overeen met een SWR van 50:64 of 1:1,28... en dat moet iedere zender kunnen hebben. Het andere uiterste is de antenne kortgesloten. Dan komt parallel aan de 440 van R2+R3 nog eens de 60 Ω van R4 → totaal 25,4 Ω. We doen R1 er weer bij en krijgen dan 45,4 Ω en een SWR van 45,4:50 = 1:1,1. Wat we ook doen aan de antenne-uitgang... de SWR richting zender blijft altijd lager dan 1:1,28. Een veilig gevoel en uitermate praktisch bij het uitvoeren van antenneexperimenten. Bij een open of kortgesloten antenne-uitgang is de brug echter helemaal uit z'n evenwicht met een maxi-male uitslag op de meter. Deze toestand kan bereikt worden door de schakelaar in de onderste stand te zetten (de twee schakelaars zijn gekoppeld). De onderste stand is de stand 'SET'. Met de potentiometer kan de meter nu afgregeld worden op 'volle schaal' en hiermee wordt de SWRmeter geijkt op het geleverde vermogen van de zender. Schakelen we vervolgens door naar de stand 'SWR' dan kan de Staande Golf Verhouding van de aangesloten antenne worden gemeten, mits de schaal van het instrument geijkt is.
IJken
Er zijn zelfs twee grootheden met deze SWR-meter te meten.
- De SWR natuurlijk als eerste en de ijking van de schaal is vrij eenvoudig: het midden van de schaal geeft een SWR van 1:6. Het ijkpunt voor bijvoorbeeld 1:2 krijgt men door een weerstand van 2× 50 Ω aan te sluiten of 50 Ω/2; het is maar wat u in uw weerstandenbakje heeft liggen. U kunt vast wel raden welke weerstand er voor het ijkpunt 1:1,5 moet worden gebruikt: 1,5 × 50 Ω = 75 Ω.
- Vermogen meten is ook mogelijk. Is het niet zo dat we de potmeter in de stand 'SET' zo afregelen dat de wijzer exact voile schaal aanwijst bij een bepaaid vermogen? Brengen we op de knop van de potmeter een schaalverdeling aan dan hebben we ook het vermogen van de zender te pakken bij het 'setten' van de SWR-meter. Het ijken van deze schaal gaat het eenvoudigste door een zender te gebruiken waarvan het uitgangsvermogen bekend is.
De SWR- en vermogensmetingen zijn in principe frequentie onafhankelijk. Met zijn 19 weerstanden van 2 watt kan theoretisch 38 watt door de meter worden gedissipeerd... als we er van uitgaan dat alle weerstanden gelijk worden belast en dat scheelt niet zoveel. Continu 30 watt is in de praktijk goed te doen en korte metingen met 100W zijn met deze meter ook gedaan. En wat let u om een goede koeling of zwaardere weerstanden te gebruiken?
Verzwakker
De SWR-meter kan ook nog als verzwakker dienst doen omdat er een weerstandnetwerk tussen de antenne en de zender is aangesloten in de stand "SWR". Hoe groot is deze verzwakking als we er van uitgaan dat de impedantie van de aangesloten antenne 50 Ω bedraagt?
Laten we eens een vvisselspanning van 10 V op de zenderingang zetten. Het netwerk heeft een impedantie van 51,4 Ω en dan wordt een vermogen opgenomen dat gelijk is aan u2/Z → 100/51,4 = 1,954 watt. De brug bestaat uit twee weerstanden van 24 Ω en 20 Ω in serie en parallel daar overheen nog twee weerstanden in serie van 60 Ω en 50 Ω (antenne) totaal voor de gehele brug: 31,4 Ω
Over de brug staat nu een spanning van {31,4 / 51,4} × 10 V = 6,1 V en alleen over de antenne {50 / 110} × 6,1 V = 2,77 V. Bij een spanning van 2,77 V over 50 Ω behoort een vermogen van (2,77)2 / 50 = 0,153 W.
1,954 W er in en 0,153 W er uit komt neer op een verzwakking van 1,954 / 0,153 = 12,8× iets weer dan 10 dB.
Tijdens het afstemmen van uw antennetuner brengt u met deze manier van werken geen hinderlijke 100 W in de ether doch slechts een watt of acht... maar houd het kort want 100 W kunnen de weerstanden niet al te lang verdragen. Is het afstemmen verricht zet dan de schakelaar van de SWR-meter in de stand "DOOR" voor een onbelemmerde doorgang van de zender naar de antenne. Dit geldt uiteraard ook voor het ontvangstsignaal.
Constructie
Alhoewel een SWR-meter gebaseerd op het principe van de meetbrug in theorie ook voor VHF en UHF gebouwd zou kunnen worden komen er op deze hoge frequenties problemen om de hoek kijken. Deze problemen houden verband met lange verbindingen en het niet beschikbaar zijn van fatsoenlijke schakelaars voor deze hoge frequenties.
Deze meter is voor HF gebouwd als een 'hooiberg' schakeling. De hooiberg is verankerd aan de pennen van de schakelaar en de in- en uitgangsconnectoren. Het geheel is in een stevige aluminium behuizing geplaatst en die behuizing had at twee gescheiden compartimenten. In het ene compartiment zijn de schakelaar, de grote weerstanden en de connectoren geplaatst... in het andere de meter met aanhang.
De weerstanden zijn gewone koolweerstanden (geen draadgewonden weerstanden gebruiken!) die wat aan de grote kant zijn i.v.m. het op to nemen vermogen. Eigenlijk had ik andere weerstandswaarden in gedachte toen ik aan dit project begon maar mijn vriendelijke handelaar 'om de hoek' had alleen maar een flinke partij 120 Ω weerstanden in voorraad... dat werd opnieuw rekenen!
Al met al doet deze SWR-meter at heel wat jaren dienst en is goed bruikbaar op 6 m, de 2,2 km LG-band en alles wat daar tussenin ligt. Ideaal voor de QRP-liefhebber.
Bastiaan, PA3FFZ.