SWR-PWR meter ver.8
Aceasta versiune de SWR metru este una de sine-statatoare si este destinata celor care doresc sa-si construiasca un aparat separat de masurare a SWR-ului si a puterii de radiofrecventa. Acest model de aparat se preteaza oricarei statii de radioamator sau se poate fi folosit in domeniul CB pentru acordul antenelor si/sau masurarea puterii de iesire.
Schema acestui aparat este bazata pe un microprocesor Atmega8A, care interpreteaza semnalele provenite de la cuplorul de antena. Schema cuplorului de antena este o schema cu doi senzori de RF pe tor de ferita AMIDON FT50-43, un senzor de curent si un senzor de tensiune. Aceasta schema este foarte usor de abordat in conditii de amator deoarece nu este necesara echilibrarea celor doua semnale DIR si REF care sunt captate de cuplor, spre deosebire de alte scheme care au diferite metode de echilibrare din trimeri, destul de ne-sigure si greoaie, pe care multi le ocolesc. Un lucru foarte important pentru cuplorul de antena este ca se utilizeaza bobinaje de EXACT 26 spire! pentru ambele toruri. Acest numar de spire este de fapt raportul de transformare pentru citirea exacta a valorilor de tensiune induse si este implementat in soft in formula de calcul a puterii. O teorie despre aceste metode de citire exacta a tensiunilor de RF si calculare a puterii cu senzori de curent si tensiune, se poate gasi la adresa aceasta .
Datorita implementarii acestei metode de calcul a puterii de RF, pentru o tensiune de initrare ADC de maxim 5V, cum are microcontrolerul Atmega8, am calculat o putere la cap de scala de maxim 170W cu un raport de transformare pentru toruri, de 1:26. Ca sa se poata masura si puteri mai mari am construit un atenuator de tensiune de intrare cu 1:2 care pe scala aparatului rezulta o putere afisata de 4 ori mai mare, deci in cazul folosirii atenuatorului de intrare se poate citi o putere maxima de 4 x 170W = 680W.
Trecerea de la o scala de masurare la alta se face din soft prin selectarea meniului respectiv, si se traduce prin actionarea unui releu care comuta divizorul de tensiune de la intrare.
Puterea masurata de aparat se calculeaza cu formula:
P = {(Uadc / sqr(2)) * Rap]^2}/50 [W]
Unde:
- "Uadc" este tensiunea continua de la intrarea in uC care este de
maxim 5V
- "sqr(2)" este radical din 2 adica 1,4142.
- "Rap" este raportul de transformare al transformatorului pe tor; in
cazul nostru 26.
Deci, valoarea maxima a puterii
masurate fara a fi nevoie de calibrare, cu raport de transformare de 1:26 este de 170W la cap de scala. Pentru a putea
totusi sa fie calibrat cu finete, am facut un artificiu constructiv. Am
introdus un divizor la intrarea in uC pentru a diviza tensiunea de intrare cu
2, adica cu alte cuvinte pentru a o SCALA. Aceasta scalare, impartire la 2,
este in concordanta cu setarea referintei ADC a uC-ului, care a fost setata la
valoarea interna de 2,56V. Acest artificiu este necesar deoarece in circuitul
de intrare in ADC sunt intercalate o serie de filtre pentru radiofrecventa care
ar putea patrunde in intrarea micro-C. Aceste filtre de intrare limiteaza
tensiunea de intrare cu catva mV si de aici si unele ne-liniaritati la citirea
tensiunilor maximale pana in 5V. Astfel, un circuit de scalare la tensiune mai
mica de 5V permite o liniarizare a semnalelor “cap de scala” pe cele doua
domenii de putere masurate de aparat prin faptul ca ajusteaza caderile de
tensiune pe circuitul de intrare in uC, la valoarile necesare pentru prelucrare
in software.
Ca si versiunile anterioare de
SWR-metre produse de mine, si acesta are cateva meniuri inter-schimbabile, cu
ajutorul carora se pot vedea parametrii masurati. Aceste meniuri afisate de
aparat sunt:
MENIUL PRINCIPAL
Acest meniu, este afisat in mod permanent pe ecranul aparatului,
atata timp cat aparatul nu sesizeaza semnal de radiofrecventa la intrare. Adica
modul Stand-by.
MODUL STAND-BY
In modul Stand-by aparatul afiseaza starea divizorului de putere prin afisarea “-HP” daca este activat pe domeniul “HIGH Power” sau “-LP” daca este pe domeniul “LOW Power”. Deasemenea in modul Stand-by pe ecran se pot citi informatii referitoare la tensiunea bateriei de alimentare si temperatura ambianta.
Daca aparatul sesiseaza la intrare semnal de radiofrecventa, atunci display-ul se comuta in mod automat pe afisarea valorilor masurate in conformitate cu meniul ales. Citirea se face pe bargraf analogic si valoare absoluta.
O mentiune foarte importanta de facut este aceea
ca valoarea PUTERII EFECTIVE AFISATE este egala
cu diferenta intre PUTEREA DIRECTA calculata si PUTEREA REFLECTATA calculata in
functie de semnalele de pe cele doua intrari: Dir respectiv Ref.
Pef = Pdir – Pref
MENIUL POWER DIVIDER
Prin
apasarea succesiva a butonului “MODE” se trece de la un meniu la altul. Daca
butonul se tine apasat mai mult de 3 secunde, atunci se actioneaza divizorul de
tensiune astfel:
CALIBRAREA APARATULUI
Fata de variantele anterioare de SWR-PWR metre construite de mine, acesta NU este dotat cu un meniu de calibrare a factorului de putere. De ce? Deoarece calibrarea se face simplu prin raportarea la tensiunea de referinta a uC-ului, si simpla scalare a domeniului de putere pe cele doua scale: 170W respectiv 680W din atenuatorul rezistiv pe tensiunea de intrare.
Raportul de unde stationare este dat de formula: SWR = (DIR+REF) / (DIR-REF)
Valorile analogice de tensiune date
de catre cuplorul de antena sunt direct proportionale cu tensiunile reale de pe
circuitul de antena deci, factorul SWR nu trebuie calibrat.
In schimb puterea calculata este influentata direct de raportul dintre tensiunea reala pe antena si tensiunea scalata de la intrarea de citire a microcontroler-ului, care nu trebuie sa depaseasca 5Vpp. Din acest motiv puterea necesita o procedura de calibrare. Aceasta procedura este foarte simpla si se concentreaza pe ajustarea celor 4 semireglabile din atenuatorul de intrare.
Materiale
necesare pentru calibrare: Sonda
de RF
· sonda de radiofrecventa cu o dioda
· Digital Multimeter
· sarcina ne-inductiva de 50Ω de putere
· calculator de buzunar (HI!)
La
iesirea transceiverului se conecteaza sarcina fictiva de 50Ω, sonda de RF
se cupleaza la intrarea unui DVM setat pe tensiune continua.
Se
comuta aparatul pe scala “LOW Power”. Se porneste trcv-ul si se transmite un
ton continuu CW sau FM cu o putere de maxim 100W. Se masoara tensiunea continua
pe sarcina de 50 Ohmi cu ajutorul sondei si DVM-ului si se calculeaza puterea
cu formula:
P= (Uef
* 1,4142)^2]/50 [W]
Se
ajusteaza semireglabilul “170W DIR Adj” a atenuatorului, in asa fel incat pe
scala de afisare a puterii sa se citeasca exact puterea calculata anterior cu
formula de mai sus.
Apoi se
trece aparatul pe scala de “HIGH Power” si se trece din nou trcv-ul pe emisie.
De data aceasta se actioneaza semireglabilul “670W DIR Adj” in asa fel incat sa
se citeasca pe scala HIGH POWER aceeasi valoare care a fost citita si pe scala
de LOW POWER, adica valoarea re-iesita din calcule.
Se comuta din nou pe scala “LOW Power”. Se comuta pe meniul “DIR/REF analogic”. Se ia o rezistenta de 10kΩ si se ataseaza la un fir care vine de la borna de 5V de pe placa. Se conecteaza capatul ramas liber la intrarile DIR respectiv REF, impreuna, de la atenuator. Imediat se va observa o deviatie de semnal pe bargrafurile de pe ambele domenii Dir/Ref, si totodata se va citi o valoare analogica. Se va ajusta semireglabilul “680W REF Adj” pana valoarea citita pe “Ref” va vi exact aceeasi ca si valoarea citita pe “Dir”. ATENTIE! Nu mai umblati la semireglabilul, deja reglat anterior “170W DIR Adj”.
Se trece pe domeniul “HIGH Power” ramanand mai departe pe meniul “DIR/REF analogic”
Se muta firul de la cosa de 5V pe cosa de intrare de 12 sau 9V. Celalalt capat al rezistentei de 10KΩ va ramane mai departe acolo pe intrarile Dir/Ref ale atenuatorului. De data aceasta valoarea afisata pe bargraf si analogic va fi mai mare. Se va ajusta semireglabilul “680W REF Adj” pana valoarea citita pe “Ref” va fi aceeasi cu valoarea de pe “Dir”. ATENTIE! Nu mai umblati la semireglabilul, deja reglat anterior “680W DIR Adj”
Cu aceste reglaje calibrarea aparatului a luat sfarsit si puteti sa-l folositi fara probleme. Se va scoate firul suplimentar cu rezistenta si se va pune capacul aparatului.
Am facut calibrarea
astfel, si am comparat citirea aparatului meu cu un power-metru profesional de
la Sommerkamp SK-M2120A. Diferentele au fost de
maxim 5W intre aparate !
Se va avea in vedere modificarea traseului de pe terminalul 20 al uC-ului, care este ADC-ref. Acesta era conectat inainte pe cablajul vechi la bara de 5V. Acum se va lasa ne-conectat, doar se va cupla un condensator de 100nF intre terminal si masa. Restul va ramane ne-schimbat. Aparatul se poate folosi pe toate versiunile de cablaj imprimat:
- versiunea PCB 5 sau 7 la care LCD-ul se cupleaza la port.D in ordine de la PD.2-PD.7 iar Speaker = PB.6 si Backlight = PB.7
-
versiunea PCB 6 la care LCD se cupleaza la
PD.2,PD.3,PB.6,PD.4,PB.7,PD.6, iar Speaker = PD.5 si Backlight = PD.7
Cei care doresc sa foloseasca
optiunea de BACKLIGHT automat trebuie sa confectioneze circuitul de comanda cu
tranzistor in exteriorul cablajului imprimat. Circuitul de comanda al luminii
de fundal al LCD-ului, aprinde lumina la orice apasare a butonului sau la
sesizarea semnalului pe intrare si mentine iluminarea timp de 25sec apoi o
stinge automat. Ciclul se reia la oricare conditie sesizata. Daca nu se doreste
folosirea acestei functii nu se va conecta tranzistorul de BKL.
Request software Ver. 8
Cablajele imprimate care sunt compatibile cu acest proiect le puteti descarca de aici:
PCB SWR Ver. 5
PCB SWR Ver.6
PCB SWR Ver.7
PCB atenuator
PCB cuplor de antena
