PWR metrů pro KV

Tento článek vyšel v Ra 3 a 4/2002. ok1ayy 20.11.2006

Amatérské konstrukce kmitočtově nezávislých SWR/PWR metrů pro KV V kroužcích na pásmu 80 m se často diskutuje, který typ SWR metru je ten nejlepší, jaký je optimální materiál a velikost toroidů, jaký musí být souběh dvojitého potenciometru, jaký použít měřící přístroj, nebo hned dva a vůbec zda má smysl dělat reflektometr dvouručkový, nebo jednoduchý, jaké diody, jak se musí párovat a pod. Na tyto otázky jsem se snažil najít odpověď, ale nedošel jsem k žádnému jednoznačnému závěru. Následující příspěvek je proto jen jedním z možných pohledů na amatérské řešení reflektometrů, či jinak SWR metrů.

Co očekáváme od SWR/PWR metru a/ dostatečnou citlivost, případně dostatečný výkon b/ v rámci 1,8 až 28 MHz kmitočtovou nezávislost. Při konstantním výkonu je na všech pásmech stejná výchylka nepřesahující tlouštku ručičky c/ při maximální citlivosti a velkém výkonu ukazuje při dobré umělé zátěži co nejmenší výchylku odraženého výkonu d/ nenarušuje příliš impedanci vedení. To se projeví zhoršením SWR mezi reflektometrem a TCVRem. e/ je konstrukčně co nejjednodušší a malý. Velký měřící přístroj umožňuje pouze přesně číst nepřesný údaj f/ je schopen měřit SWR lepší jak 1,5 i při malých výkonech a průchozí výkon bez velkých chyb. Samozřejmě průchozí výkon se blíží skutečnosti jen při SWR = 1.

Jak měříme SWR Jediná stupnice SWR na měřidle platí jen pro jeden určitý, zpravidla maximální, výkon. Je tedy jen informativní. Stačí proto použit přístroj s čistou stupnicí a ladit na minimální výchylku odraženého výkonu. Další používanou možností je měřidlo např. s 10ti dílky. Pak stanovujeme SWR dle prvé části vzorečku (1) nastavením plné výchylky 10 dílků, přepnutím na odražený výkon a odečtením výchylky.

Pět dílků, to je polovina stupnice odpovídá SWR 3. Dva dílky znamenají SWR 1,5. Tento postup je obvyklý nejen pro zjištění SWR, ale i pro cejchování stupnice. Také levné výrobky mívají SWR 3 uprostřed stupnice. To je přinejmenším podezřelé. Vlivem nelinearity diod může ve skutečnosti stupnice vypadat tak jak vidíme na obr. 7, která platí pro výkon 10 W. Zlepšení průběhu stupnice na obr. 9 přinese měřící

přístroj s logaritmickým průběhem - indikátory z magnetofonů. Nicméně pro SWR nižší jak 1,5 si stupnici příliš neroztáhneme. Podle běžné stupnice SWR, nebo vzorečku (1a) dostáváme tím lepší a zároveň chybnější údaj SWR čím menší je výkon vysilače. Jde o známý efekt, jako by anténa měla tím lepší SWR čím menší je výkon.Pokud chceme určit hodnotu SWR přesněji, musíme použít druhý vzoreček (1b) a odečítat dopředný výkon Pf do antény a výkon odražený Pr. Zatímco v prvém případě se nám může jevit SWR antény při malém výkonu skoro rovné jedné, odečtením výkonů, kdy je eliminována nelinearita diod, dostaneme SWR například 1,5. K přesnějšímu určení hodnot SWR blízkých jedné nelze dost dobře použít dvouručkové SWR metry s dvojitým potenciometrem. Zde bychom museli měřící přístroj dopředného výkonu vypínat, abychom mohli potenciometr při odečítání odraženého výkonu vytočit na velkou citlivost. Lépe to řeší dvouručkové přístroje s citlivostí pro odražený výkon asi 4x větší. Pokud dodržíme náš záměr, že SWR metr má být malý, jednoduchý a do jisté míry i přesný, nebudeme se dvěmi ručičkami příliš zabývat. Jak jsem již uvedl, velký měřící přístroj nevyřeší otázku přesnosti. Na malý přístroj se ale těžko vejde stupnice. Tento nedostatek vyřešíme převedením stupnice na potenciometr. Ten mívá 270 až 300°. Stupnice při použití logaritmického potenciometru je rovnoměrná a její přesnost vyhovuje. Někde mezi polovinou a dvěmi třetinami, u logaritmických přístrojů až třemi čtvrtinami stupnice měřícího přístroje si označíme základní dílek, obvykle 1 W, který odpovídá levému dorazu potenciometru. Na tento dílek nastavujeme potenciometrem výchylku. Stupnice potenciometru ukazuje výkon. Pokud by kousek tenkého koaxiálu na kterém je navlečen toroid snesl 3 kW, stačil by nám feritový toroid průměru jen 10 mm, aniž by sycení překročilo 10 mT. To ale neplatí pro dvoutoroidní SWR metry. Proto pro velké výkony používáme jednotoroidní provedení a koaxiální kabel Aircell 7 s toroidy průměru 16 mm.To umožňuje zhotovit SWR metr do 3 kW minimálních rozměrů.

Přehled používaných kmitočtově nezávislých SWR metrů Na obr. 1 vidíme používané typy SWR metrů. Asi nejjednodušší je a/ dle [1]. Varianta b/ se používá v TCVRech jako reflektometrická ochrana a zdroj napětí pro ALC. Vinutí jsou bifilární a mívají od 2 x 7 do 2 x 15 závitů, u jednoduchých vinutí 10 až 40 závitů. U typu c/ si ušetříme odbočku rozdělením zatěžovacího rezistoru Rz na dvě stejné poloviny. Na obr. 1d/ dle [2] je kapacitní dělič nahrazen odporovým. Varianta e/ dle [1] má výhodu, že přehození vstupu a výstupu nemá téměř vliv na výchylku odraženého výkonu. Na obr. f/ dle [3] a g/ dle [4] jsou dva typy dvoutoroidních reflektometrů. Ty se nenastavují, ale jejich návrh je obtížnější. Zatímco u typů a/ až e/ je hodnota zatěžovacích rezistorů Rz volitelná obvykle mezi 10 až 100 Ω v závislosti na požadované citlivosti, počtu závitů a materiálu toroidu, musí být u typů f/ a g/ zatěžovací rezistory 50 Ω. To dále komplikuje návrh pro dosažení požadované citlivosti. Pokud toroidy nestíníme, je potřeba je zpavidla umístit kolmo, nebo nechat mezi nimi mezeru větší jak 1,5 průměru toroidu. U napěťového transformátoru je problém s udržením sycení asi pod 50 mT. Může se použít více slepených jader, nebo jádro větší. Případně napěťové trafo uděláme s dvakrát větším počtem závitů než proudové a protahneme jím dva závity koaxu. Také kupované výrobky mívají napětové trafo většího průměru. Uvedené berličky ale znamenají mírné zhoršení vlastností. Dvoutoroidní SWR metry se sice nenastavují, ale zabírají větší prostor a pro problémy s napětovým transformátorem jsou řešitelné v amatérských konstrukcích asi do 200 W. Nejdříve navrhneme vyhovující napěťové trafo a pak zhotovíme totožné trafo proudové. Jedině tak máme šanci na dobré výsledky.

Na obr. 1h vidíme, že toroidem je vždy protažen kousek koaxiálu, jehož opletení slouží jako stínění a je spojené jak u napěťových, tak proudových transformátorů se zemí jen na jednom konci. Koax je vyveden pomocí skleněných průchodek. Napětí Ur a Uf stačí vyvést dirkou s bužírkou, průchodkové kondenzátory jsou možné ale zbytečně přepychové. Do 400 W vyhoví protažený koaxiální kabel 50 Ω průměru 3mm s teflonovou izolací, která odolává našemu nešetrnému pájení. Čím méně závitů na toroidu a čím větší zatěžovací odpůrek Rz tím větší citlivost. Možnosti variability jsou dány materiálem jádra, reaktancí a sycením, které se musí pohybovat v rozumných mezích. Pro jednotoroidní SWR metr používáme standardní krabičku z pocínovaného plechu rozměrů 45 x 30 x 22mm. Pro dvoutoroidní SWR metr je nutné jít na velikost 67 x 45 x 22mm. Pocínované krabičky jsou lacino k dostání pod označením U-AH100 a U-AH101 v GM elektronic. Montáž je vzdušná bez použití plošného spoje.

Obr.1 – používané typy kmitočtově nezávislých SWR metrů 1,8 – 28 MHz

Citlivost SWR metru Již jsme si řekli, že někde mezi polovinou a třemi čtvrtinami stupnice měřícího přístroje si označíme základní dílek dle našeho záměru, například 1 W. Tento dílek budeme nazývat základní citlivostí SWR metru Pmin [W]. Nyní potřebujeme znát jaký je vztah mezi základní citlivostí SWR metru Pmin [W], citlivostí měřícího přístroje Im [mA], zatěžovacím odpůrkem SWR metru Rz [Ω], počtem závitů N na toroidu a celkovým odporem měřícího obvodu Robv [kΩ] při největší citlivosti. Robv je součet vnitřního odporu měřícího přístroje Ri, rezistoru R2, asi 50% dolaďovacího trimru Rs a Rk, R3, viz obr. 3, 4 a obrázky dalších SWR metrů. Následující přibližný vztah (2) se snaží respektovat nelinearitu Shotkyho diod a platí pro výchylku ručky měřícího přístroje 70% stupnice, t.j. pro hodnotu základní citlivosti Pmin. U SWR metrů s rozděleným Rz dosazujeme součet obou polovin Rz. Jako příklad zkusme dosadit citlivost měřícího přístroje Im = 60 µA = 0,06 mA, obvykle používaný počet závitů na toroidu N = 2 x 10 = 20, celkový odpor měřícího obvodu Robv = 4,5 kΩ a zatěžovací odpůrek SWR metru Rz = 68 Ω:

Základní citlivost SWR metru při výchylce 70%, to je na našem základním dílku Pmin měřícího přístroje, vyjde asi 0,5 W. Vztah (2) nám bez velkého experimentování umožní předem aspoň přibližně navrhnout citlivost SWR metru dle našeho přání. Hodnoty nelze volit zcela libovolně ale musí se pohybovat v jistých rozumných mezích. Zatím si řekneme, že počet závitů na toroidu by prioritně neměl být menší, než dle vztahů (3) nebo (12). Blíže se tím budeme zabývat v dalších úvahách. Vodítkem může být i hodnota Uf při největším výkonu Pmax. Je-li větší jak 12 V, nemusí se to již líbit diodám BAT48 a také zatížení Rz začíná být zbytečně velké a může způsobit konstrukční potíže. Je-li při Pmax Uf nižší jak 6 V začínají být znatelnější projevy nelinearity diod a při malých výkonech se SWR nadlepšuje. Obráceně můžeme za konstrukčně rozumnou velikost maximálního výkonu SWR metru Pmax považovat výkon, kdy Uf dosahuje 12 V.

Pravidlo čtyřnásobku a pravidlo 0,1λ Na nejnižším pásmu 160m se doporučuje reaktance vinutí minimálně čtyřnásobná než zatěžovací odpor Rz 50 Ω. To znamená 200 Ω. Platí to pro napěťové trafo dvoutoridního SWR metru i různé baloony. Platí to i pro proudové transformátory jednotoroidních SWR metrů. Zde však mohou být zatěžovácí odpůrky Rz různé, např.80 Ω. Pak vychází minimální reaktance vinutí na nejnižším kmitočtu 320 Ω. Máme-li ale dokonale vynulovat výchylku na nejnižším pásmu a u dvoutoroidních SWR metrů ještě příliš nezhoršovat SWR směrem k TCVRu, musíme jít aspoň na desetinásobek. Vady začnou být zanedbatelné až při 20ti násobku. Jenže čím větší reaktance, tím více potřebných závitů. Pak se můžeme dostat do potíží na nejvyšším

kmitočtu 28 MHz. Délka vinutí na nejvyšším kmitočtu se uvádí pod 0,04 λ až 0,05 λ. To lze u malých toroidů pro SWR metry dodržet. U velkých baloonů se zpavidla vejdeme aspoň do maximální délky vinutí 0,08 λ - 0,1 λ. Také u jednotoroidních SWR metrů volíme kapacitu děliče C1, aby její reaktance na nejvyšším kmitočtu byla aspoň 10ti, lépe 20ti násobkem 50 Ω. Důsledky pravidla „jen čtyřnásobku“ vidíme na obr. 2, kde je zhoršení SWR dvoutoroidním SWR metrem směrem k TCVRu, pokud navrhneme reaktanci napěťové cívky na pásmu 3,5 MHz jen 4 x 50 = 200 Ω. Vidíme, že zhoršení SWR je patrné ještě při 16ti násobku na 14 MHz. Pravidlo ne čtyřnásobku, ale 20ti násobku je proto opodstatněné. Zde je také jedna z příčin proč na našem externím SWR metru bývá dobrá hodnota SWR ale na SWR metru TCVRu je SWR horší. U špatně navrženého dvoutoridního SWR metru jsou tyto efekty patrné na nejnižších pásmech, u jednotoroidního s kapacitním děličem s velkou kapacitou C1 na nejvyšších. Tyto nežádoucí vlastnosti jsou minimalizovány u typu dle obr.1d. Čím nižší reaktance napětové cívky dvoutoroidního SWR metru na nejnižším pásmu a nižší reaktance kapacity C1 na pásmu nejvyšším, tím je také horší zaměnitelnost vstupu a výstupu SWR metru. Vyjímkou je provedení dle obr. 1e/.

Obr.2 – zhoršení SWR dvoutoroidním SWR metrem směrem k TCVRu

Kompenzace chyb SWR metrů Snad všechny tovární a amatérské SWR metry při zapojení na umělou zátěž, nastavení maximální výchylky a přepnutí na odražený výkon ukazují výchylku na všech pásmech prakticky nulovou. Zkusme ale vytočit potenciometr na plnou citlivost. Vidíme, že nějaká a někdy dost velká výchylka zde je. Někdy narůstá směrem k nižším pásmům a největší je na 160 m, někdy k vyšším pásmům a největší je na 28 MHz. U většiny SWR metrů lze vyladit anténí člen mezi anténou a SWR metrem tak, že výchylka odraženého výkonu je i při maximální citlivosti nulová. Pokud není, je to zpravidla způsobeno příliš velkým obsahem harmonických a parazitních kmitočtů ve vysílaném signálu. Jen u málokterého SWR metru je ale při maximální citlivosti a velkém výkonu na všech pásmech nulová výchylka odraženého

výkonu i při připojení na umělou zátěž. Také můžeme říci, že ukazuje-li na neověřeném SWR metru anténa SWR = 1, pak můžeme mít jistotu, že se údaj blíží pravdě jen tehdy, ukazuje-li tento SWR metr SWR = 1 i na dobré umělé zátěži. Při chybně navržené toroidní cívce proudového trafa, která má nízkou reaktanci, můžeme falešnou výchylku odraženého výkonu na nejnižším pásmu 1,8 MHz zmenšit snížením zatěžovacího odpůrku Rz, tak aby reaktance toroidní cívky na 1,8 MHz byla aspoň 20Rz. Samozřejmě to nejde u dvoutoroidních SWR metrů, kdy musí být Rz = 50 Ω a proto vždy musíme dobře navrhnout toroidy. Další snížení Rz pouze dále snižuje citlivost a další vady již neodstraní. Je proto dobré přijít vadám na kloub a omezit je bez snížení citlivosti SWR metru. Pravidlo čtyřnásobku jsme pro omezení chyb upřesnili v předchozím odstavci na pravidlo 20ti násobku. To znamená, že indukčnost jak proudové, tak napěťové toroidní cívky by na 1,8 MHz neměla být menší jak 88 µH (Při odpůrku Rz = 50 Ω). Podobně kapacita C1 děliče by neměla být pro pásmo 28 MHz větší jak 5,7 pF. (Při napaječi 50 Ω). Tím dosahneme toho, že narušení impedance vlivem připojení SWR metru do obvodu, zaměnitelnost vstupu a výstupu a zhoršení vlastností na nejnižším, či nejvyšším pásmu, jsou přijatelné. Nezapomeňme také na kapacitu mezi žílou a opletením kousku koaxu, který je protažen toroidem. Ta je 1,12 pF/cm u 3 mm tenkých koaxů 50 Ω,1 pF/cm u RG58 a RG213 a 0,74 pF/cm u Aircell 7. Čtyři cm koaxiálu ve větší krabičce z pocínovaného plechu je ještě rozumná délka. Při ní se ke kapacitě C1 připočítají další asi 4 pF. Narušení impedance SWR metrem je tedy o tuto kapacitu větší než by odpovídalo C1. Koax pro SWR metr s přerušeným opletením délky 10 cm na 28 MHz již poznatelně naruší impedanci. U jednotoroidních SWR metrů malá kapacita děliče C1 a následně i C2, znamená nemožnost zcela vynulovat výchylku na 3,5 a zejména 1,8 MHz. To je způsobeno rozhozením děliče C1/C2 odporem R2 3k3, který uzavírá ss obvod měřidla. S jeho hodnotou bychom často pro zvýšení citlivosti potřebovali jít níže. Falešná výchylka odraženého výkonu by pak ale byla na nejnižším kmitočtu příliš velká. Pro hodnotu R2 (nebo R3 na obr. 1e a obr. 12) platí opět pravidlo dvacetinásobku XC2 na nejnižším kmitočtu.Viz vztah (13). Například pro C2 200pF vyjde R2 8,8 kΩ, což je z hlediska citlivosti zpravidla nevyhovující. Proto musíme obvyklý odpor R2 3k3, nebo nižší, na 1,8 MHz kompenzovat jak vidíme na obr. 3. V praxi to můžeme dělat i obráceně. Paralelně k C1 dáme např. dva pevné seriové rezistory R1 2 x 27 k. Proměnným trimrem R2 vynulujeme výchylku na 1,8 MHz. Pak trimr R2 nahradíme pevnou kombinací vhodných rezistorů. Nejdříve jsme ale již nastavili minimum odraženého výkonu na 28MHz kapacitou C1, nebo C2. Nastavení děláme při dobré umělé zátěži, výkonu blízkém Pmax a maximální citlivosti. Přístroje odpojíme a napětí měříme digitálním multimetem. Zdánlivě by kompenzace odpadla u SWR metru na obr. 1d/. Výhodou je kmitočtová nezávislost impedance děliče a její dostatečně velká hodnota. Konstrukční parazitní kapacity ale zhoršují vlastnosti na vyšších kmitočtech a tak se mírné kompenzaci tentokrát odporového děliče zpravidla nevyhneme. Při 2 kW je ztráta na odporu děliče R1 4k7 kolem 21 W, což je rovněž nepříjemná konstrukční komplikace. Nezapomeňte, že pokud po koaxu posíláme i stejnosměrné napětí pro přepínání antén na střeše, rozhodíme SWR metr, který má kompenzaci, nebo odporový dělič dle obr. 1d. U SWR metrů, navržených podle pravidla 20ti násobku, ať dvoutoroidních s napěťovou cívkou či jednotoroidních s kapacitním děličem, je při 2 kW jalový výkon na cívce nebo kapacitě C1 100 VAr. Při pravidle jen 4 násobku již ale 500 VAr. Pokud je cívka a kapacita C1 bezestrátová nevzniká žádné teplo. Samozřejmě napěťová cívka ztráty má a tak dvoutoroidní SWR metr do 2 kW je věcí těžko realizovatelnou.

Další vadu vnášejí diody. Zatímco u Germaniových diod se výchylka ručičky při konstantním výkonu s kmitočtem příliš neměnila, případně směrem k vyšším kmitočtům klesala, je u Shotkyho diod diference výchylky s kmitočtem vyšší. Musíme jí tedy kompenzovat. Z levných diod vyhovuje BAT48. U ní do serie vychází kompenzační odpůrek Rk kolem 47 Ω, u BAT46 asi 120 Ω. Diference výchylky od 160m do 10m při konstantním výkonu pak klesne na tlouštku ručičky měřícího přístroje. Schotkyho diody jsou natolik stejné, že jejich přesné párování proti jiným chybám nepřinese znatelný užitek. Typy diod můžeme vybírat zjednodušeně tak, aby při proudu asi 10 µA na nich bylo co nejmenší napětí. U GA201 to je 72 mV, BAT48 85 mV, BAT46 106 mV, BAT45 163 mV. Zdálo by se, že „Germanium ničím nenahradíš“. Ve zkušebním SWR metru jsem ale při 10 W/14 MHz/SWR 1,30 dostal následující výsledky: BAT48 – SWR 1,23, BAT46 a 45 – SWR 1,22 , GA201 – SWR 1,21. Nejblíže pravdě je tedy BAT48 a nejhorší je GA201. Nemusíme proto litovat,že Germaniové diody již neseženeme. U SWR metrů použijeme levné BAT48 (40V), nebo ještě levnější BAT46 (100V). Napěťová volba diod je dána poměrem základní citlivosti Pmin a maximálního výkonu Pmax. Při rozumném poměru do 1:500 napěťově vyhovují BAT48.

Obr.3 – kompenzace chyb SWR metrů pomocí odpůrků R1, které dolaďujeme na 1,8 MHz

Obvod potenciometru Pro rovnoměrnou stupnici použijeme logaritmický potenciometr 47 k, 100 k, 220 k, 470 k. Hodnota závisí na citlivosti měřícího přístroje, zda chceme odečítat lépe malé výkony (menší hodnota potenciometru) a na maximálním výkonu SWR metru. V serii je trimr Rs, jehož hodnota je asi 50% vnitřního odporu měřidla. Jím si přesně

nastavíme při levém dorazu potenciometru výchylku na základní dílek Pmin, který jsme si udělali na měřidle asi v 70% rozsahu stupnice. Tento dílek a levý doraz potenciometru představuje náš zamýšlený základní výkon Pmin. U běžných SWR metrů jej zpravidla nevolíme méně jak 0,5 W a naopak u SWR metrů na 2 kW volíme rozumně 5 nebo 10 W, abychom neměli potíže s výkonovou volbou zatěžovacích rezistorů Rz a tím i parazitními kapacitami. Hodnota dosažitelných potenciometrů je 47, 100, 220, 470 k. My se ale do hodnoty potenciometru, tak aby na pravém dorazu byl údaj námi zamýšleného maximálního výkonu, těžko strefíme. Potřebnou hodnotu logaritmického potenciometru Rpot odhadneme z přibližného vztahu (10):

Jako příklad předpokládejme výkon Pmax = 200 W, zatěžovací odpůrek SWR metru Rz = 80 Ω, toroid s počtem N = 2 x 11 = 22 závitů, měřící přístroj Im = 60 µA. Po dosazení dostaneme Rpot = 171 kΩ. Pokud bychom chtěli jemně odečítat výkony 1 až 10 W, zvolíme potenciometr 100 k/log, běžně použijeme hodnotu 220 k/log. Soudobé značení je 220 k/B, místo dřívějšího názornějšího 220 k/G . Je-li hodnota konkrétního potenciometru větší než odhadnutý Rpot pomůžeme si paralelním trimrem, viz obr.4. Je-li hodnota potenciometru menší než odhadnutý Rpot, pomůžeme si trimrem připojeným mezi konec potenciometru a zem. Trimry po nastavení můžeme nahradit vhodnou kombinací pevných rezistorů. Asi jste si všimli, že při použití logaritmického potenciometru je na levém dorazu citlivost největší, t.j. nejmenší výkon, na pravém citlivost nejmenší, t.j. největší výkon. Každá konstrukce a každý typ potenciometru má trochu odlišný průběh. Stupnice na obrázcích tedy nelze dost dobře okopírovat pro naší konstrukci. Vždy je nutné cejchovat individuelně. Nejpřesnější jsou také naše vlasové cejchovací čárky obyčejnou tužkou. I pečlivě nakreslená stupnice počítačem naše ruční cejchování mírně zdegraduje.

Obr.4 – obvody potenciometru

Citlivost měřícího přístroje

Citlivost je dána nejen údajem proudu, např.100 µA, ale také vnitřním odporem měřidla Ri, který při 100 µA bývá kolem 1 kΩ. Je-li 3 kΩ, je přístroj v obvodu málo citlivý a vezme si sám pro sebe větší výkon. Naopak při Ri 500 Ω je přístroj v obvodu citlivější a také odebírá sám pro sebe výkon šestkrát menší. Více se ale projeví vady ložisek. Pružinky musí být jemnější a váznutí ručičky a choulostivost přístroje je větší. Měřící přístroje používáme od 50 µA, obvykle 3000 Ω do 200 µA, obvykle 600 Ω. Výhodné je používat indikátory z magnetofonů a VU metrů, které mají přibližně logaritmickou stupnici. Jejich vlastnosti se liší. Některé mají při rozsahu 60 µA vnitřní odpor 1400 Ω. Takový přístroj se hodí na citlivé SWR metry pro QRP. Pokud ale omylem přepneme při maximálním výkonu na dopředný výkon, zmagnetujeme přístroj tak, že ručička může zůstat viset na horním dorazu. Na druhém konci jsou necitlivé VU metry 500 µA s Ri asi 1700 Ω, které dostaneme za 40 Kč v GM elektronic. Ty jsou na tyto jevy a otřesy odolné. Hodí se na málo citlivé SWR metry velkého výkonu. Běžné lineární přístroje MP40 z Metry Blansko s rozsahem 60 až 200 µA, jsou rovněž dobrým kompromisem mezi citlivostí a mechanickou odolností. U indikátorů z magnetofonů bývá potřeba světlou ručičku přebarvit. To provedeme lihovým fixem. Běžná barva svou vahou přiliš naruší vyvážení ručičky. Na měřícím přístroji máme označen Pmin, např.1 W. Vyšší výkony odečítáme na stupnici potenciometru, nižší výkony si označíme na stupnici měřícího přístroje. Při našem Pmin 1 W lze rozumně označit ještě 0,5 a 0,2 W. Označení 0,1 W na obr. 9 je možné jen při logaritmickém přístroji. Příslušná čárka je o tlouštku ručičky před nulou. Jde spíš o to abychom si udělali radost, nikoliv abychom mohli přesně odečíst 100 mW. Pokud si ale uděláme na umělé zátěži pasivní voltmetr cejchovaný ve W, čteme

100 mW přesně a můžeme s dobrou přesností odhadnout ještě 10 mW. U průchozího Wattmetru se základním výkonem Pmin 1 W to ale možné není.

Návrh dvoutoroidního SWR metru do 200 W dle obr. 1f/ Pokusme se navrhnout SWR metr tak, aby měl základní citlivost pro QRP provoz Pmin = 0,5 W a vyhověl ještě pro 200 W. Budeme tedy hledat toroidní jádra s velkou permeabilitou, abychom dosahli malého počtu závitů, ale zároveň taková, která mají na KV ještě přijatelné ztráty. Začneme návrhem napěťového toroidního transformátoru. Na jeho primáru je plné napětí. Uvažujme 100 V při 200 W/50 Ω. Rezervu můžeme z úvah vypustit, neboť při špatném SWR TCVR výkon stahne. a/ kontrola reaktance na kmitočtu 1,8 MHz Napěťový a tedy i stejný proudový toroidní transformátor SWR metru dle obr. 1f, kontrolujeme na vyhovující reaktanci na nejnižším kmitočtu. K toroidu, který máme k dispozici, navrhneme minimální počet závitů, tak aby na 1,8 MHz byla reaktance aspoň dvacetinásobkem Rz. To je 50 x 20 = 1000 Ω. Vztah pro 1,8 MHz/1000 Ω, bude:

Do vztahu dosazujeme AL v µH/z2, proto součinitel jádra AL v nH/z2 vydělíme tisícem. Jako příklad zkusme použít následující toroidy. Pro T16/N1/AL= 70 nH/z2 dostaneme min. 36 závitů. Pro T16/H20/AL = 1190 nH/z2 musíme ale na 1,8 MHz počítat s AL již jen kolem 800 nH/z2 a dostaneme min.11 závitů. U T10/H6/AL = 245 nH/z2 slepíme rovnou dvě jádra. AL tedy bude 2 x 245 = 490 nH/z2. Minimální počet závitů vyjde 14. U železoprachových Amidonů vydělíme údaj AL v µH/100záv. deseti tisíci abychom dostali údaj v µH/z2. Pro červený Amidon 2 - 30 MHz T 68-2 průměru 17,5 mm/AL = 57 µH/100 záv. Budeme tedy dosazovat 0,0057µH/z2. Minimální počet závitů na Amidonu T68-2 bude 125. To je pro SWR metr nepoužitelné z důvodu malé citlivosti a velké délky vinutí. Železoprachové Amidony si proto ponecháme pro cívky s vyšší jakostí pro běžné LC obvody. Ze stejných důvodů jsou nepoužitelné i naše feritové toroidy N01,N02 a N05. b/ kontrola sycení na 1,8MHz U feritových toroidů dále zkontrolujeme zda sycení nepřesahne 20 až 60 mT. Pro amatérské konstrukce SWR metrů připusťme 50 mT. Pro zjednodušení kontroly opět uvažujme nejvyšší výkon 200 W při 50 Ω. Největší problém nastává na 1,8 MHz, kontrolujeme proto jen tento kmitočet. Pro feritové toroidy T16 D/d/h = 16/10/6,3 mm a T10 D/d/h = 10/6/4 mm dostaneme, vzhledem k rozměrovým tolerancím našich

většinou bazarových toroidů, přibližný vztah pro 200 W/1,8 MHz/50 Ω. Ten jsem získal z průměru rozměrů několika toroidů:

Dosadíme a pro T16/N1 při 36 závitech dostaneme 18 mT, u T16/H20 při 11 závitech 58 mT a pro dva slepené T10/H6 při použitých 15 závitech 71,3 : 2 = 36 mT. Vidíme, že toroid T16 na žlutém materiálu N1 naší hranici sycení vyhoví. Jenomže při 36 závitech a zatěžovacích rezistorech Rz 50 Ω se nedostaneme i při sebecitlivějším přístroji na náš požadovaný výkon 0,5 W někde ve dvou třetinách stupnice. Skutečnost bude asi 3 W. To je nepříjemným omezením použití pro QRP a zároveň při malých výkonech pak SWR metr ukazuje podezřele dobrá SWR i když je skutečnost horší. U materiálu H20 snížíme sycení pod 50 mT použitím 13 místo 11 závitů. Zvýšením počtu závitů také zlepšíme pásmo 1,8 MHz. Jenomže ztráty v materiálu H20 a jiných nízkofrekvenčních materiálech jsou u napěťové cívky na KV příliš vysoké. Odhadem z kmitočtových průběhů realné a imaginární části komplexní permeability, zde budou ztráty při výkonu 200 W a 13ti závitech již 4 W na 1,8 MHz. Zaměříme se proto na další materiál 2 x T10/H6, který je na KV z použítelné řady materiálů pro dvoutoroidní SWR metry (N1, N2-menší citlivost), N3, H6, asi tím posledním co lze ještě použít. Zde nám při 200 W a 15ti závitech na dvou slepených jádrech T10/H6 vychází odhad ztrát 2W až od 7MHz výše. Nicméně mnozí jsou s materiály H12, H20, H21, H22 i přes velké ztráty na KV spokojeni a v dvoutoroidních SWR metrech a někdy i baloonech je používají. Počet závitů a materiál toroidu napěťové cívky se někdy také navrhuje zjednodušeně podle pravidla „hřeje-nehřeje“.Pravidlo vyhovuje u nízkofrekvenčních toroidů H12 až H22. U železoprachových Amidonů a Prameťáckých materiálů N01, N02, N05, N1, N2 a částečně N3 není pravidlo „hřeje-nehřeje“, příliš použitelné. Toroid totiž hřát nemusí a přesto může být SWR metr téměř nefunkční nebo příliš zhoršovat SWR směrem k TCVRu, který pak stahuje výkon. Při 15 závitech a zatěžovacích rezistorech 50 Ω je Uf při 200 W kolem 9 V. To umožňuje dostat se při citlivém měřícím přístroji 60 až 100 µA na výkon 0,5 W, při přístroji 200 µA na 1 W, na našem základním dílku ve dvou třetinách stupnice. Zatěžovací rezistory Rz použijeme dva (tři) metaloxidové paralelní 100Ω (150 Ω)/0,6 W. U dvoutoroidního SWR metru dle obr. 1f určíme zatížení jedné paralelní kombinace Rz = 50 Ω ze vztahu ( 6 ):

Po dosazení našich 15 závitů a 200 W dostaneme zatížení 0,9 W. Dva nebo tři zatěžovací rezistory po 0,6 W tedy vyhovují.

Vzhledem ke skinefektu jsem vinul paralelně dvěma vodiči CuLH 0,25 mm. SWR metr je v již zmíněné větší krabičce z pocínovaného plechu. Schema je na obr. 5. Následný měřící obvod doplníme podle citlivosti měřícího přístroje a naší konkrétní konstrukce na základě vztahu (10) dle obr. 4. Vhodná plastová skřínka KP3 má střední sloupek. V krabičce z pocínovaného plechu si proto uděláme otvory abychom jí mohli nasadit na sloupek. Z uvedených příkladů jsme viděli, že ani pro běžný rozsah 0,5 W až 200 W, není u dvoutoroidních SWR metrů velký prostor pro laborování s různými feritovými materiály. U našich Prameťáckých feritů typu H s větším číslem než 6 rostou neúměrně ztráty v napěťové cívce, u feritů typu N s číslem menším jak 3 vyjde příliš velký počet závitů a tedy nedosahneme základní citlivost Pmin 0,5 až 1 W. Možným řešením jak dále snížit ztráty v napěťové cívce, je smířit se s nižší citlivostí 2 W při měřícím přístroji 100 µA volbou 24 závitů na dvou slepených feritových toroidech T10/H6. Při 24 závitech vyhoví již i dva slepené toroidy T10/N3. Ztráty v napěťové cívce budou při 200 W v obou případech pod přijatelných 0,5 W. Ještě nižší ztráty a zachování citlivosti 1 W při přístroji 60 µA umožní při 20 závitech dva slepené feritové Amidony FT50-77 průměru 12,7 mm s AL = 110 nH/z2. Vadou feritových Amidonů je téměř stonásobná cena proti našim adekvátním a ne o mnoho horším feritům. Dvoutoroidní SWR metry jsou použitelné pro dvouručkové provedení. Oblíbené a zdánlivě jednoduché dvoutoroidní SWR metry, se sice nenastavují, ale jejich návrhu je nutné věnovat dostatečnou péči.

Obr. 5 – dvoutoroidní SWR metr 0,5 – 200 W (provlečené kousky koaxů jsou tenké RG174 - d = 3 mm, 50 Ω, na impedanci ale nezaleží).

Návrh jednotoroidního SWR metru 1 - 200 W dle obr. 1a/

Pro dosažení základní citlivosti 1 W při měřícím přístroji MP40 -150 µA/800 Ω jsem použíl 2 x 11 závitů při zatěžovacím odpůrku Rz = 60 Ω.Volba vyšla z toho, že jsem měl rezistory s kovovou vrstvou 120 Ω/0,6 W (GES) bez vyříznutých závitů, které lze považovat na KV za dostatečně bezindukční. Počet závitů a materiál toroidu se proto přizpůsobil těmto rezistorům. Na materiálu N1 a N2 pro potřebnou citlivost 1 W není možné dosahnout dostatečně malého počtu závitů. Použil jsem proto opět dva slepené toroidy T10/H6, spolu mají AL = 490 nH/z2 = 0,49 µH/z2. Při 2 x 11, to je 22 závitech je reaktance na kmitočtu 1,8MHz:

Reaktanci 2681 Ω vydělíme naším zatěžovacím odporem Rz 60 Ω a dostaneme 45ti násobek. Víme, že stačí 20ti násobek. Rezervu můžeme využít pro zvýšení citlivosti, buď snížením počtu závitů až na 2 x 9, nebo zvýšením Rz až na 85 Ω. Případně při našich 2 x 11 závitech a Rz 60 Ω stačí použít jen jedno jádro T10/H6, nebo dvě slepená jádra T10/N3. Sycení toroidů jednotoroidních SWR metrů vždy vyhovuje a není třeba je kontrolovat. Rovněž ztráty v proudovém transformátoru není třeba uvažovat a tak nejsme s výběrem feritového materiálu omezeni tak jako u dvoutoroidního provedení. S úspěchem lze použít i nízkofrekvenční toroidy H12,H20,H21,H22. Ale ani u citlivých jednotoroidních SWR metrů nelze úspěšně využít železoprachové Amidony a naše ferity s malou permeabilitou N01, N02, N05. Zatížení kombinace zatěžovacích rezistorů Rz jednotoroidních SWR metrů zkontrolujeme dle vztahu:

Dva rezistory 120 Ω/0,6 W, t.j. spolu 1,2 W pro daný SWR metr 200 W vyhovují. Vinuto je bifilárně dvakrát dvěmi, tedy čtyřmi nezkroucenými vodiči 0,25 mm CuLH. Obvyklý kapacitní trimr C1 je nahrazen pevným, fyzicky co nejmenším, kondenzátorem 6,8 pF/500 V. Proměnná kapacita je na místě C2.Trimrem C2 nastavíme při umělé zátěži minimální výchylku odraženého výkonu na 28MHz při výkonu aspoň 100 W a poloze maximální citlivosti. Vyhledáním vhodného místa uzemnění pevné části C2 se podaří dále zkompenzovat drobné konstrukční vady a minimalizovat výchylky na jednotlivých pásmech. Dva paralelní rezistory R2 2k2, jsou použity náhodně, lze použít 1k až 1k5. Chybu kterou na spodních pásmech vnáší R2, vykompenzujeme na pásmu 1,8 MHz rezistorem R1. Použijeme trimr, po nastavení jej změříme a nahradíme seriovou kombinací rezistorů. V daném případě pro R2 1k1 vyšla kombinace R1 18 k a 22 k.Ty je nutné vybírat měřením. Zkušební odporový trimr svou parazitní kapacitou rozhodí kapacitní dělič a tak výchylku na 160 m zcela nevynulujeme.Toho si nevšímáme, po nahrazení trimru malými rezistory bude vše v pořádku. Seriové odpůrky R1 dimenzujeme:

Při výkonu 200 W a odporu R1 40 kΩ stačí výkon dvojice rezistorů 0,25 W. SWR metr je v již zmíněné menší krabičce z pocínovaného plechu. Spodní víčko je přiletované ke krabičce. Horní víčko má dirku pro dostavení kapacitního trimru C2 a je nepřiletované. Rezistor 270 k na potenciometru je odměřená hodnota trimru, která určuje pravou krajní polohu 200 W. Trimrem 680 Ω nastavíme na stupnici při výkonu 1 W výchylku na náš dílek 1 W při levém dorazu potenciometru. Schema je na obr. 6. Malá FeSn krabička se vejde šikmo mezi střední sloupek a zadní stěnu s konektory plastové skřínky KP4 rozměrů předního panelu 90 x 69 a hloubky 110 mm. Protože pocínovaná krabička je těsně u konektorů, je propojení kratší jak 1,5 cm a tedy bez

použití koaxu.Z důvodu nezanedbatelné hodnoty R2 není zapojení vhodné pro dvouručkové provedení.

Obr.6 – jednotoroidní SWR metr 1 - 200W

Obr.7 – stupnice jednotoridního SWR metru 1 - 200 W

Návrh jednotoroidního SWR metru 2 kW Na obr. 8 je SWR metr do 2 kW, s tím, že jsem pro potřebu QRP závodů zachoval základní citlivost 1 W. To však vyžaduje dle vztahu (7) dimenzovat zatěžovací odpor Rz 80 Ω na 6,6 W. Také rezistor R1 2 x 27 k pro kompenzaci 1,8 MHz vyjde dle vztahu (8) na 2 x1 W. I když jsem ocejchoval SWR metr do 2kW, použil jsem dimenzování Rz a R1 jen pro trvalý výkon 1100W. Pokud skutečně míníme používat SWR metr trvale s výkonem 2kW, není vhodné trvat na základní citlivosti 1W. Pak je lépe než dimenzovat Rz na 6,6 W snížit jeho hodnotu asi na polovinu použitím serioparalelní kombinace 6 ks bezindukčních rezistorů 56 Ω/0,6 W, spolu 37,3 Ω/3,6 W. Dle vztahu (7) stačí 3,1 W. Pak musíme ještě doladit hodnoty děliče C2 a kompenzace R2. Základní dílek za polovinou stupnice měřícího přístroje a na levém dorazu logaritmického potenciometru pak volíme 5 W, rozsah tedy bude 5 W až 2 kW. Hodnoty pro trvalý výkon 2 kW jsou na obr. 8b. Řešení vyhovující zároveň pro QRP i QRO je lákavé. Vyžaduje ale větší zatížení a tedy i fyzickou velikost R1 a Rz, které pak svými parazitními kapacitami a indukčnostmi zhoršují vlastnosti SWR metru. Od předchozí konstrukce se SWR metr liší kapacitou C1 3 x 2,2 pF/500 V, která musí při 2 kW vydržet jalový výkon kolem 150 VAr. Jmenovité napětí C1 500 V vychází z toho, že fyzicky malé kondenzátory na vyšší napětí těžko seženeme. Malé kapacity ale vydrží napětí vyšší. Kapacitní dělič nemá na straně C2 žádné trimry pro nastavení. Nastavení na 28MHz děláme tak, že volíme kombinace kapacit, abychom zkušební kapacitní trimr postupně eliminovali. Pro kombinaci kapacit C2 najdeme optimální uzemňovací body na propojovacích vodičích a posléze hledáme jejich ohýbáním optimální umístění v prostoru, tak aby výchylka odraženého výkonu byla na 28MHz při dobré umělé zátěži minimální. Blokovací kapacity C3, C4 jsou připájeny na nejbližší propojovací vodiče klícky. Nemusí být ve stejném zemnícím bodě jako C2. Na 1,8 MHz jsou pevné kompenzační rezistory R1 2 x 27 k/ 0,6 W. U varianty b/ pro trvalý výkon 2 kW jsou na místě R1 v serii 3ks metaloxidových rezistorů 22 k/0,6 W. Paralelně k rezistoru R2 1k5 (nebo 2k2) připojíme trimr a na

1,8 MHz dostavíme minimální výchylku odraženého výkonu. Pak trimr nahradíme pevným rezistorem. U varianty 2 kW krátkodobě/1,1 kW trvale použijeme diody BAT46 s kompenzačními rezistory 120 Ω. Pokud pro trvalý výkon 2 kW použijeme kombinaci Rz 6 x 56 = 37,3 Ω, použijeme trochu lepší diody BAT48 s rezistory Rk = 47 Ω. Dvěma slepenými toroidy T16/N1 je prostrčen upravený kousek koaxu Aircell 7. Úprava je zřejmá z obr. 8. Přerušené opletení koaxu Aircell 7 nahradíme připájením klícky z 6ti Cu vodičů d = 1mm. Koax je připojen na dva konektory PL259 na zadní stěně kovové krabičky U-AH302 102x46x86mm z GM elektronic. Na přední stěně je miniaturní přepínač, potenciometr a logaritmický měřící přístroj 200 µA/1700 Ω. Abych k vůli malé citlivosti přístroje udržel základní citlivost 1 W, volil jsem počet závitů 2 x 11.To je ale při dvou slepených toroidech T16/N1 málo. Zkontrolujeme-li reaktanci na 1,8MHz dle vztahu (5) s tím,že AL dvojice T16/N1 je 140nH/z2,t.j. 0,14µH/z2, dostaneme X1,8 = 767 Ω. Vydělíme zatěžovacím odporem Rz = 80 Ω a dostaneme jen 9,6 násobek. To je proti našemu požadavku na 20ti násobek málo a na pásmu 160 m je to mírně znát. Nejen tím, že nelze při maximální citlivosti zcela vynulovat výchylku odraženého výkonu, ale také tím, že na 160 m dostaneme chybu výkonu menší ne o tlouštku ručičky, ale o tlouštky dvě. Jinak řečeno místo 100 W, zde odhadneme výkon jen asi 90 až 95 W. Tuto vadu napravíme použitím dvou slepených toroidních jader T16/N3. Pokud dimenzujeme SWR metr skutečně na trvalé 2 kW, tím že Rz snížíme z 80 Ω na 37,3 Ω,odstraníme vadu i při jádrech 2 x T16/N1, neboť reaktance vinutí bude již vyhovují 20,5 násobek Rz 37,3Ω.Také můžeme u varianty a/ s trvalým výkonem jen 1100 W pro zachování citlivosti 1 W a odstranění mírné vady na 160m, použít měřící přístroj 50 µA a počet závitů na materiálu 2xT16/N1 zvýšit na 2x16,viz vztah (12). Kvůli skinefektu jsou použity 3 nezkroucené vodiče 0,25 mm CuLH. Vineme tedy najednou 6 vodičů. Zatímco u předchozího SWR metru byla hodnota potenciometru 100 k/log velká, zde je hodnota potenciometru 220 k/log malá. Pravý doraz odpovídající 2 kW proto doladíme trimrem mezi koncem potenciometru a zemí, viz obr. 4. Hodnotu po nastavení 2 kW a celkovém ocejchování můžeme změřit a nahradit pevnými rezistory. Zapojení obvodu potenciometru pro variantu s trvalým výkonem 2 kW určíme dle obr. 4 a vztahu (10) podle citlivosti našeho měřícího přístroje. Na obr. 8 jsou součástky kresleny pod koaxem Aircell 7 ve tvaru písmene U. Ve skutečnosti jsou umístěny uvnitř písmene U, neboť plechová skřínka U-AH302 z GM elektronic má hloubku jen 86mm a mezi koaxem a předním panelem potřebujeme místo pro potenciometr, přepínač a měřící přístroj. U předcházejících dvou variant SWR metrů bylo vše v krabičce z pocínovaného plechu. Skřínka ve které je přepínač, potenciometr a měřící přístroj mohla být proto plastová. Vzhledem k nenulové hodnotě R2 ani tato varianta není vhodná pro dvouručkové provedení. Pokud R1/R2 nahradíme tlumivkou popsanou dále u QRPP SWR metru, je možné SWR metr použít i pro dvouměřidlové provedení.

Obr.8 – jednotoroidní SWR metr a/ 1W – 2000W krátkodobě,1100W trvale b/ 5W – 2000W trvale

Obr.9 – stupnice SWR metru 1W - 2kW

Návrh SWR metru pro QRPP Pro QRPP závody, kde nám výkon např. 150 mW proti velkému výkonu 1 W přinese značný bonus ve výsledku, potřebujeme SWR a průchozí PWR metr, který je schopen slušně odhadnout výkon asi od 20 mW. Použijeme například typ dle obr. 1c, kde se rozdělením Rz na dvě části zjednoduší vinutí na toroidu. Pro dosažení velké citlivosti potřebujeme použít velkou hodnotu Rz a co nejméně závitů na toroidu.To vyžaduje co největší permeabilitu jádra.Z našich feritů vyhoví jádra H6, H12 a také vyloženě nízkofrekvenční jádra H20, H21, H22, nebo podobná zahraniční. Abychom dosahli velkého AL slepíme 4 jádra T10. QRPP SWR metr je opět v menší krabičce z pocínovaného plechu U-AH100 30 x 40 x 22 mm, přičemž víčka jsou nepřiletovaná. Aby se do krabičky vešly čtyři slepené toroidy T10, jsou tentokrát samonosně nasazeny na tenký koax podél delší strany krabičky. Schema je na obr. 10. Při čtyřech slepených jádrech T10 bude při větším počtu závitů pravděpodobně největší slabinou příliš velká délka vinutí. Návrh proto začneme délkou vinutí. Aby délka vinutí nepřekročila 0,04 λ na 28 MHz, omezíme počet závitů na 10. K deseti závitům na 4 x T10/H6 nebo 4 x T10/H12, H20, H21, H22 můžeme navrhnout nejvyšší hodnotu zatěžovacího rezistoru Rz dle vztahu (11), platného pro 10 závitů s reaktancí vinutí na 1,8 MHz rovnou 20Rz. AL u T10/H6 již známe. Při čtyřech slepených jádrech bude 4 x 245 = 980 nH/z2 = 0,98 µH/z2. Černou magií zavánějí nízkrofrekvenční toroidy T10 – H12 s AL 510 nH/z2, H20 s AL 820 nH/z2, H21 s AL větším jak 580 nH/z2 a H22 s AL 900 nH/z2, kde na kmitočtu 1,8MHz s vyjímkou H12, již klesá reálná část komplexní permeability. Proto bude na kmitočtu 1,8 MHz u T10/H12, H20, H21, H22 skutečné AL jen 500 až 700 nH/z2. Paradoxně největší AL zde bude mít materiál H12. Pro zjednodušení můžeme u uvedených čtyřech nízkofrekvenčních toroidů T10 s malou chybou dosazovat do vztahu (11) jednotné AL = 600 nH/z2. Při čtyřech jádrech je to 2400 nH/z2 = 2,4 µH/z2:

Při 10 závitech nám vyjde maximální odpor Rz obou polovin 56 Ω u 4xT10/H6 a 137 Ω u 4xT10/H12,H20,H21,H22. Také se může stát, že máme v šuplíku šikovné bezindukční rezistory třeba 33 Ω. Pak můžeme naopak stanovit nejmenší počty závitů dle vztahu (12). Vztah opět platí pro 1,8MHz a 20ti násobek Rz. Vztahem (12), případně (3) pro zapojení dle obr. 1f, vždy u SWR metrů začínáme návrh minimálního počtu závitů na toroidu. Pak teprve odhadujeme dle vztahu (2), zda nám citlivost Pmin pro naše konkrétní hodnoty součástek bude vyhovovat. Hodnoty zatěžovacích odpůrků, měřícího přístroje, případně změníme, někdy musíme volit i jiný typ feritového materiálu.

Při použití dvou rezistorů Rz/2 33 Ω, to je Rz = 66 Ω, vyjde pro 4 x T10/H6 11 závitů a pro 4 x T10/H12 až H22 7 závitů. Sedm závitů při Rz = 66 Ω odpovídá při přístroji 50 µA citlivosti Pmin asi 20 mW. SWR metr si pak ale sám pro sebe ukousne již asi 10% z výkonu. Podobně i u nf jader s možným Rz až 137Ω při 10 závitech je otázkou zda takto přecitlivělý SWR metr má praktický smysl. Už jen pro konstrukční obtíže s menší kapacitou C2 a pro falešnou výchylku poblíž rozhlasových vysilačů. Zaměříme se proto jen na jedinou variantu dle obr.10, kde je základní citlivost Pmin 100 mW a maximální výkon ještě vyjde 100 W. A tak je SWR metr použitelný nejen pro QRPP ale i pro běžné TCVRy 100W. Aby se zlepšila zaměnitelnost vstupu a výstupu jsou na oba konce tenkého koaxu připojeny pevné kapacity C1 3,9 pF/500 V. Kapacita C2 má celkovou hodnotu asi 120 pF. Nejdříve připojíme jen dvě kapacity C2 56 pF a místo dále popsané tlumivky zapojíme rezistor 15 k. Napětí Uf a Ur měříme digitálním multimetrem při odpojeném měřícím přístroji. Při výkonu asi 50 W na 28 MHz pomocí malého kapacitního trimru nastavíme minimální výchylku Ur při dobré umělé zátěži. Trimr změříme a nahradíme pevnou kapacitou. Zbytek doladíme přihýbáním drátku jak vidíme na obr.10. Polohou kapacit C1 a C2 a místem spojení s kostrou krabičky dostavíme na všech pásmech co nejmenší výchylku odraženého výkonu. Rezistor 15 k na místě obvyklého R2 pak nahradíme tlumivkou na nízkofrekvenčním toroidu T10/H22, která mívá 15 až 60 závitů. Změnou počtu závitů asi po pěti doladíme tlumivku tak abychom zkompenzovali drobné vady zejména na pásmu 160 m. Odporový dělič R1/R2 dle obr. 3 je zde nahrazen tlumivkou pro zachování citlivosti. Z našich toroidů je na tlumivku použitelný prakticky jen materiál H22, H40 a H60. Ten zajišťuje, že v rámci KV má tlumivka spíše velký reálný odpor než reaktanci. Rovněž lze použít zahraniční a různé bazarové co nejnízkofrekvenčnější a většinou i nejlacinější feritové toroidy. Velká cena toroidu je známkou nevhodnosti materiálu pro tlumivku. Jiné tlumivky nebývají příliš úspěšné. Tlumivka mívá indukčnost od 300 µH do 3 mH. To však není důležité. Důležité je doladit tlumivku optimálně počtem závitů. Na obr. 10 vidíme, že u proudového trafa T1 4 x T10/H6 má tlumivka T10/H22 optimálně 35 závitů a při trafu T1 4 x T10/H22 optimálně 55 závitů. Vhodnost neznámého toroidu průměru kolem 10mm pro tlumivku posoudíme navinutím 10 závitů a změřením indukčnosti na nízkofrekvenčním kmitočtu. Je-li větší jak 80 µH , to odpovídá AL 800 nH/z2, jádro pravděpodobně vyhoví. Dosažené výsledky jsou v tabulce 1. Vidíme, že prakticky není rozdíl při použití proudového trafa na materiálu H6 a H22. U našeho QRPP SWR metru 100 mW až 100 W je velký poměr výkonů 1 : 1000. Proto při maximálním výkonu překontrolujeme zatížení Rz dle vztahu (7):

PRz = 56.100/50.102 = 1,12 W Naše čtyři rezistory 56 Ω/0,6 W, spolu 2,4 W při 100W vyhovují. Měřící přístroj je logaritmický indikátor z magnetofonu 60 µA/1400 Ω. Základní dílek 100 mW u

logaritmického přístroje můžeme volit výše než u lineárního, např. na 3/4 stupnice. Tím se stane nejmenší dílek 10 mW o něco důvěryhodnějším. Stupnice měřícího přístroje a potenciometrů je na obr. 11. Pokud jsme skutečně fandové QRPP provozu, použijeme potenciometr 100k/log. Zbytek stupnice pro větší výkony je pak patřičně stlačen. Také se můžeme pokusit o ještě citlivější variantu s rozsahem Pmin/Pmax 20 mW až 20 W. Stačí použít 4 jádra T10/H12 až H22, 10 závitů a zatěžovací odpůrky 4 x 120 Ω místo 4 x 56 Ω. A také patřičně zmenšit a doladit C2 a doladit tlumivku. A možná ještě více porušit pravidlo dvacetinásobku a jít u C1 až na 2 x 4,7 až 2 x 6,8pF. Uvedený SWR metr s použitím tlumivky místo kompenzace R1/R2 je použitelný pro dvouručkové provedení. Do knoflíku na potenciometru je u všech variant vlepen nastojato kousek drátku obdélníkového průřezu z kanceléřské sešívačky. To pro odečítání výkonu dostatečně dobře vyhovuje. Drátek je odjehlen a natřen stejnou barvou jako ručička měřícího přístroje.

Obr.10 – SWR metr pro QRPP 100mW – 100W

Obr.11 – stupnice SWR metru pro QRPP

SWR metr 3 kW pro PA Pro koncový stupeň vyhovuje SWR metr se samostatným měřícím přístrojem pro dopředný výkon Pf a odražený výkon Pr. Rozsah je jen jeden a SWR metr je bez jakékoliv vnější regulace, přepínání a obsluhy. Cvičně jsem použil zapojení dle obr.1e, které nejlépe vyhovuje těm, kteří posuzují kvalitu SWR metru podle zaměnitelnosti vstupu a výstupu. Zapojení je na obr.12. Hodnoty jsem volil pro maximální výkon 3 kW. Použil jsem levné a celkem elegantní logaritmické indikátory z Conrad electronic 500 µA/650 Ω, rozměru 55 x 47mm, na kterých vychází vyhovující stupnice. Indikátor výstupního výkonu má stupnici do 3 kW, indikátor odraženého výkonu jsem volil 600 W. Tři malé neoznačené dílky na začátku stupnic platí u indikátoru 3 kW pro 20 a 10 W, u indikátoru 600 W pro 5 a 2 W. Dílky respektují skutečnost, t.j. nelinearitu diod. U jiných citlivějších logaritmických indikátorů patřičně zvětšíme hodnoty trimrů a část hodnoty ponecháme pevnou,aby nastavení bylo precizní a trvalé. Hodnota rezistorů R3 by měla být opět více jak dvacetinásobkem reaktance kapacity C2 na nejnižším kmitočtu 1,8MHz. Jednoduchý vztah je:

Dosadíme-li naší celkovou kapacitu C2 asi 460 pF, dostaneme hodnotu rezistoru R3 3,8 kΩ. Konkrétní hodnota rezistorů R3 3k9, ještě při našich necitlivých měřících přístrojích vyhoví. U menších a již ne tak hezkých logaritmických indikátorů

500 µA/1700 Ω z GM elektronic rozměru 40 x 40 mm, musíme vzhledem k velkému Ri, snížit hodnotu R3 z 3k9 na 2k7. Tím se může trochu zhoršit pásmo 160m, ale také se může stát, že hodnota R3 o trochu nižší než dle vztahu (13) u naší konstrukce naopak zkompenzuje drobné vady a výsledek může být stejný, nebo i lepší. Čím volíme u zapojení dle obr.1e větší citlivost, tím klesá hodnota kapacity C2 a tedy se zvětšuje potřebná hodnota R3. Zapojení je tedy nevhodné pro citlivé SWR metry a vzhledem k dvojité kapacitě C1 ani tam, kde žádáme, aby SWR metr co nejméně narušil impedanci vedení. Zapojení na obr.12 má opět na místě C1 pevné kapacity 2 x 2,2 pF/500 V a proměnná je část kapacity C2. To má výhodu, že při nastavování se prakticky kapacitní trimry po přehození vstupů neovlivňují. Konstrukce je zcela ve „vzduchu“ jen mezi dvěma panelovými zásuvkami PL259. Koaxiální kabel je Aircell 7. Toroid T1 je T16/N1 s 40 ti závity 2 x 0,25 mm CuLH. Po doladění trimrů není na škodu nahradit je pevnými kapacitami a mírnou změnou polohy součástek a místy uzemnění doladit minimální výchylky odraženého výkonu při dostatečném výkonu a dobré umělé zátěži. Nastavení děláme pomocí digitálního multimetru s odpojenými ručkovými přístroji. Také kondenzátory C2 volíme s nízkým teplotním součinitelem, například naše hmota J, lze připustit i U. Na obr.13 je varianta SWR metru vytvořená na konci koaxu Aircell 7, který vede z výstupu PA do anténího konektoru. Abychom přizpůsobili SWR metr pro dvoupřístrojové provedení použijeme tlumivku, podobně jako u uvedeného QRPP SWR metru. Tlumivka má 28 závitů na toroidu T10/H20. Měřící obvod je téměř stejný a totožné je i cejchování stupnic. U všech SWR metrů záleží na smyslu vinutí toroidů. Tím je určeno který výstup je Uf a který Ur. V praxi se ale do správného smyslu zpravidla netrefíme a tak u ještě nenastaveného SWR metru najdeme Ur podle toho, že dává při umělé zátěži menší napětí než Uf. Tam pak připojíme náš přístroj s výkonem 600 W, na Uf přístroj s výkonem 3 kW. Logaritmické indikátory jak z GM elektronic, tak Conrad electronic, nemají přilepené přední plexi a rovněž stupnice jde nožíkem lehce odloupnout, aby si zákazník mohl snadno do přístroje vlepit svou stupnici vlastní. Při jemném dostavování všech SWR metrů je dobré věnovat péči i různým prodlužovacím koaxiálním kabelům. Na 28MHz je již velký rozdíl v SWR při připojení pláště kabelu na panelovou zásuvku jen dvěmi vodiči délky třeba 3cm z rozpleteného pláště a čtyřmi vodiči délky jen 1,5 až 2cm.

Obr. 12 – SWR metr 3 kW pro PA, varianta a/

Obr. 13 – SWR metr 3 kW pro PA, varianta b/

Obr.14 – stupnice SWR metrů 3 kW pro PA

Ocejchování stupnic Je zbytečné komplikovat si život zhotovením zatěžovacích rezistorů různých hodnot pro ocejchování stupnice SWR. Stupnice SWR na obr. 6 a obr. 8 jsem ocejchoval při dopředném výkonu Pf 10 W, aby byly stupnice při malých výkonech reálnější. Při výkonu 10W nastavíme potenciometrem tentokrát plnou výchylku. Dle vztahu (9) si spočítáme jakému výkonu odpovídají odražené výkony Pr pro SWR např.3 , 2 a 1,5:

Pro SWR 3 je to 2,5 W, pro SWR 2 1,1 W a pro SWR 1,5 0,4 W. Na umělé zátěži s měřením výkonu nastavíme plynulou regulací výkonu TCVRu uvedené výkony a označíme si je na stupnici měřícího přístroje jako příslušné hodnoty SWR. Podobně ocejchujeme stupnici výkonu měřícího přístroje pod 1W při nastavení potenciometru do levé krajní polohy. K tomu si musíme zhotovit útlumový článek, abychom snížili minimální výkon TCVRu z obvyklých 2 až 5 W až na potřebných 100 mW, případně 10 mW. Zpravidla můžeme také snižovat výkon TCVRu plynule pomocí potenciometru a ploché baterie přiváděním záporného napětí do ALC vstupu. Blíže se o tom dozvíme v manuálu. Některé moderní TCVRy se tváří, že mají plynulou regulaci výkonu potenciometrem, ale mají výkon digitalizovaný po drobných krocích, které jsou ale pro naše cejchovací účely natolik hrubé, že takový TCVR nelze pro cejchování použít. Podobně ocejchujeme stupnici potenciometru. Pokud nemáme umělou zátěž s měřením výkonu, měříme výkon na zátěži dobrým a ověřeným vf voltmetrem. U SWR metru 2 kW by bylo ideální, kdybychom k cejchování měli zdroj vf výkonu 2 kW. To však nemusí být splněno a tak jsme zatím cejchovali stupnici do výkonu který jsme měli k dispozici, dejme tomu 100 W. Vyšší výkony ocejchujeme následujícím postupem. Potenciometr máme nastaven na dílku 100 W, měřící přístroj

ukazuje náš označený dílek 1 W. Výkon TCVRu dle stupnice na umělé zátěži snížíme na 50 W (20 W,10 W). Na měřícím přístroji si označíme příslušné výchylky. Pak výkon opět vrátíme na 100 W. Potenciometrem SWR metru nastavíme postupně označené výchylky. Označená výchylka pro 50 W (20 W,10 W) pak odpovídá 200 W (500 W,1 kW). Před cejchováním zkontrolujeme vynulování měřícího přístroje. Pak dostavíme náš základní dílek trimrem Rs. Dále ocejchujeme maximální výkon a pak zbytek stupnice potenciometru. Měřící přístroj musí být při cejchování v pracovní poloze. Ani při cejchování stupnice SWR metru 3 kW pro PA asi nebudeme mít k dispozici výkon 3 kW a umělou zátěž, která po dobu cejchování 3 kW vydrží. Postupujeme následovně. Na čisté stupnici logaritmického indikátoru si označíme naší nulu a maximum. Paralelně k indikátoru připojíme digitální multimetr na rozsahu 2 V. Na rozsahu 200mV mají některé multimetry již menší vstupní odpor, než standardních 10 MΩ. Pomocí stejnosměrného zdroje a logaritmického potenciometru 100 k, zapojeného jako proměnný rezistor nastavíme maximální výchylku. Při ní naměříme napětí například 450mV. To odpovídá výkonu 3 kW. Cejchovací čárka 2 kW bude na napětí ( 2/3 )1/2 x 450 = 367,5 mV, čárka 1 kW na napětí ( 1/3 )1/2 x 450 = 260 mV, čárka 0,5 kW na napětí ( 0,5/3 )1/2 x 450 = 184mV. Při méně jak 0,5 kW, by již narostla chyba při cejchování vlivem nelinearity diod. Pak zapojíme předcejchovaný indikátor k SWR metru a příslušným trimrem nastavíme při výkonu 1 kW, nebo aspoň 500 W, náš příslušný předcejchovaný dílek. Samozřejmě výkon odečítáme na spolehlivé ocejchované umělé zátěži, nikoliv na indikátoru třeba vypůjčeného PA stupně nebo jiném průchozím Wattmetru. Cejchovací čárky pro výkon menší jak 1 kW, eventuelně 500 W, následně tedy cejchujeme v reálu, to je při respektování nelinearity diod. Cejchování jednou, nebo dvakrát zopakujeme a cejchovací čárky dále zpřesňujeme. To znamená, že si v PC cejchovací čárky posuneme o poznačený úsek, stupnici znovu vytiskneme a přilepíme do měřícího přístroje a znovu zkontrolujeme přesnost našeho cejchování. Podobně ocejchujeme i přistroj odraženého výkonu 600 W, který si připojíme na výstup Uf. Chyba cejchování závisí nejen na použitých přístrojích, ale také na naší pečlivosti a trpělivosti. Cejchování podle jiného průchozího Wattmetru, nebo měřidla na vypůjčeném PA stupni, znamená zpravidla znehodnocení našeho výrobku na pouhý indikátor. Rovněž se distancujeme od způsobů kreslení stupnic od zeleného stolu, jak vídáme v některých publikacích, kde se zapomíná na nelinearitu diod, ani se nesnažíme kopírovat stupnice levných továrních výrobků. Pokud se rozhodneme pro klasickou konstrukci s měřícím přístrojem se zkříženými ručičkami a přepínáním rozsahů například 15-150-1500 W pro dopředný výkon a 5-50-500 W pro odražený výkon, je potřeba nakreslit a ocejchovat na měřícím přístroji celkem šest stupnic. Se zamhouřením oka a vědomím, že pak neděláme měřící přístroj, ale pouze indikátor, lze připustit stupnice 150/1500 W a 50/500 W společné. (Pozn. 21.11.06 - dva nejvyšší rozsahy mohou mít společnou stupnici bez problémů). Nakreslit a ocejchovat i jen čtyři stupnice, je práce nepříjemná. To nás může véct k tomu, že raději zakoupíme hotový „crossneedlový“ výrobek. Pak vybíráme takový, který má aspoň pro nejnižší rozsah svou samostatnou stupnici dopředného a odraženého výkonu, kdy je chyba při společných stupnicích již neúnosná. U výrobků se společnými stupnicemi se musíme smířit jen s informativními údaji při měření výkonu.

Porovnání SWR metrů V tabulce 1 jsou pro porovnání naměřené údaje dvoutoroidního SWR metru a jednotoroidních QRPP SWR metrů pomocí měření Uf a Ur digitálním multimetrem. U všech měření jsem použil stejnou umělou zátěž 50 Ω. Je měřeno vždy při takovém výkonu, aby Uf bylo 9 V. Výsledky jsou tedy porovnatelné a ukazují, že prakticky není kvalitativní rozdíl mezi jednotoroidním a dvoutoroidním provedením SWR metru.

Tabulka 1 – SWR na umělé zátěži při Uf = 9V u dvoutoroidního SWR metru 200 W a u jednotoroidního QRPP SWR metru 100 W

V tabulce 2 jsou výsledky měření pomocí Uf a Ur digitálním multimetrem ostatních SWR metrů při výkonu 200 W na zátěži 50 Ω. To znamená při různých Uf. Výsledky nejsou proto příliš srovnatelné a největší nadhodnocení výsledků je u SWR metrů 3 kW. U SWR metru 1 W až 2 kW si povšimněte demonstrační ukázky zhoršení SWR na 1,8MHz na 1,06, vlivem již popisované degradace pravidla dvacetinásobku jen asi na desetinásobek. Samozřejmě pokud volíme správný postup a začneme vztahem (12), je jasné, že na dvou toroidech T16/N1 vyjde v našem případě minimální počet závitů 2 x 16. My ale pro citlivost Pmin 1 W potřebujeme jít na 2 x 11 závitů, viz vztah (2). A tak rovnou zvolíme dvě jádra T16/N3, H6, H12, případně H20, H21, H22. Od H6 výše, stačí již jen jedno jádro. Při návrhu dvoutoroidních SWR metrů také nezapomeňte na nepříjemné konstrukční omezení volby materiálu, prakticky jen na N3, H6 a zcela vyjímečně N1, N2, H12.

Tabulka 2 - SWR na umělé zátěži při P = 200 W SWR metrů 200 W, 2 kW, 3 kW

Závěr Pokud se budeme při návrhu SWR metru přibližně držet uvedených úvah, máme asi 50% úspěchu v kapse. Zbývajících 50%, které se zahrnují pod pojem „přísná symetrie“ připadá na pečlivost a trpělivost při doladění, vyhledání optimálních

uzemňovacích bodů a umístění součástek v prostoru, zejména konečné dostavení nuly, to jest fáze mezi napětím a proudem u odraženého výkonu na 21 až 28 MHz provedeme změnami polohy diody a Rk odraženého výkonu. Za přínosné považuji použití logaritmického potenciometru se stupnicí ve W, logaritmický měřící přístroj, kompenzační odpůrky u Schotkyho diod a kompenzaci kapacitního děliče. Tím omezíme obvyklé vady a nepřesnosti, které jsou téměř běžné i u drahých výrobků zvučných jmen. Také při stanovení SWR dle druhé poloviny vztahu (1), to je odečítáním Pf a Pr se vyhneme projevům nelinearity diod a dostaneme reálnější hodnotu SWR. Literatura: [ 1 ] Josef Daneš, ex OK1YG, Amatérská radiotechnika a elektronika,3.díl, str.243248 [ 2 ] Martin Kratoška,OK1RR, Reflektometry, Krátké vlny ?/? [ 3 ] Ján Hábovčík,OM3UU, Meranie PSV, RŽ 2/95 [ 4 ] G.G.Sokol, UA6CL, SWR-meter,krasnodar.online.ru/hamradio/swr.htm

Po čtyřech letech doplňuji následující poznámky: 1. U SWR metrů velkých výkonů nad 1 kW je lépe volit C1 nikoliv 3 x 2,2 pF/500 V paralelně, ale raději v serii 3 kondenzátory 18 pF/500 V. Máme pak stejnou výslednou kapacitu, ale na vyšší napětí a jalový výkon na kondenzátorech C1, který na 28 MHz může dosahnout až 150 VAr se rozloží stejně po 50 VAr na kondenzátor. Týká se to obr. 8 a adekvátně obr. 12 a obr. 13. 2. Na obr. 10 se zdá, že tlumivka na místě obvyklého R2 nám umožní připojení dvou měřidel. Bohužel tlumivka nezábrání chybám taháním měřidel za sebe. Že to tak výrobci dělají a ještě na panel píšou „DE LUXE“ !!! Neberme si z nich příklad, jsme amatéři a snažíme se o solidní výrobek. 3. Efektivnější postup nastavování jednotoroidního SWR metru 1 - 200 W, či jednotoridního typu obecně je: Na kmitočtu 7 MHz, eventuelně 14 MHz doladíme kondenzátor C2 děliče na minimální výchylku odraženého výkonu při co největším výkonu na dobré umělé zátěži. Na 21 a 28 MHz výchylku dále snížíme na minumum změnou polohy diody BAT48, nebo BAT46 s kompenzačním odpůrkem Rk. Na 3,5 a 1,8 MHz, odstraníme falešné výchylky odraženého výkonu buď kompenzací děliče dle obr. 3, nebo místo R2 tlumivkou s cca 30 až 40 závity na nf toroidu s µ nad 3000, tedy z Prameťácké hmoty H40, H60, v nouzi oranžový T10/H22 - 40 až 50 záv. Podstata této poznámky proti postupu v článku je totiž v mnohem snadnějším dostavení stejné fáze napětí na odpůrku Rz a protifáze napětí na děliči C1/C2 na nejvyšších pásmech 21 až 28 MHz pouze mírnými změnami polohy Schotkyho diody s kompenzačním odpůrkem Rk. Popsané vyhledávání optimálního místa uzemnění C2 je sice možné, ale příliš pracné a nepraktické. Součástky proto musí být ve vzduchu, aby se daly mírně v prostoru „přiohnout“, nikoliv na úhledném plošném spoji. Adekvátně to platí i pro SWR metry dvoutoroidní. 24.11.2006 ok1ayy