hamradioshop.ro
Articole > Echipamente si constructii radio Litere mici Litere medii Litere mari     Comentati acest articol    Tipariti

SWR-metru / POWERMETRU numeric

Prof. Drăgan Aliodor YO2BOF

În activitatea de radioamator, măsurarea SWR-ului antenei utilizate respectiv a puterii de RF trimisă în antenă este imperios necesară. Sunt numeroase modele comerciale de aparate care pot face acest lucru. Mulți dintre noi am construit la începutul activități de radioamator astfel de aparate. Este adevarat mai simple și care indicau parametrii măsurați cu instrumente simple magnetoelectrice (cu ac).

O dată cu modernizarea aparatelor de emisie-recepție acestea au fost înzestrate cu posibilitatea măsurării numerice a parametrilor SWR , Power și afișarea lor pe ecranul aparatului.

Pentru cei pasionați de realizări practice le propun realizarea in regim de home-made a unui aparat pentru măsurarea raportului de unde staționare / puterii de RF cu afișare numerică. Aparatul are două module : 1. Cuplorul de măsură ; 2. Analizorul numeric cu afișaj.

1. Cuplorul de măsură

Cuplorul de măsură se bazează pe o punte RF foarte cunoscută, denumită Stockton Bridge. Am descoperit acest tip de cuplor la realizarea transceiverului Tulip. Analizând atent am realizat că tensiunile livrate de acest cuplor pot fi prelucrate numeric si afișate corespunzător cerinței. Acest lucru este făcut și de R6DAN în programul său din controlerul pentru Tulip. Eu am ales un microcontoler mai simplu ATmega328P prezent pe placa de dezvoltare Arduino uno. Dar despre asta vom vorbi în modulul 2. Cine este interesat poate analiza teoria din cele doua fotografii de mai jos a unor ciorne de mână:

Realizarea practică s-a făcut pe un cablaj simplu placat dupa schema din transceiverul Tulip.

Transformatorul de cuplaj este realizat pe o ferită Amidon BN 43-302, fiecare bobina are 10 spire CuEm 0,3 iar firele centrale CuEm 1mm. Fotografiile de mai jos sper sa fie lămuritoare.

Am înlocuit cei doi potentiometri cu un divizor ½ format din două rezistoare 10k / 5k deoarece la puterea de 1200W tensiunea Fwd depășea 5 volți. Restul calibrarilor le-am realizat din soft.

2. Analizorul numeric cu afișaj

Informațiile de la cuplorul de măsură sunt preluate de un modul Arduino uno și afișate pe un display Nokia 5110. Am ales acest tip de display deoarece este foarte ieftin, se gasește ușor și are o rezoluție de 48x84 pixeli adresabili în mod graphic. Acest lucru permite realizarea unui bargraf cu o rezoluție de 60 de bare, suficient pentru un aspect plăcut și scrierea cu caractere de diferite mărimi.

Aparatul de alimentează de la o sursă stabilizată de 9V direct pe Arduino uno. Din punct de vedere hardware asta e tot. Trebuie precizat că în această configurație aparatul vă indică puterea medie sau PAVG . Pentru a vă indica PPEP adică Peak Envelope Power aveți nevoie de un circuit care să facă acestă conversie. Pentru a vă lămuri teoretic vă recomand un tutorial pe Youtube la adresa https://www.youtube.com/watch?v=i29pI7okLe4

De asemeni vă recomand cu căldura și articolele Puterea în radioamatorism de YO4AUP la adresa https://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=164 și articolul Din nou despre puterea în radioamatorism de YO9FZS la adresa https://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=191

Schema convertorului este prezentată în figura de mai jos :

Această schemă o utilizez la SWR/Power metrul din amplificatorul liniar și sunt foarte mulțumit cum funcționează. Pentru SWR/Power metrul extern ce face obiectul acestui articol am realizat cablajul sub forma unui shield care se moteaza direct pe Arduino. In foto se observă un conector, shild-ul a fost inițial proiectat pentru un afișaj 16x2.(o versiune mai simplă de SWR /Power metru ).

  Softul utilizat are o mulțime de comentarii din care puteți să întelegeți cum lucrează. Din acest motiv voi adăuga în continuare conținutul sketch-ului:

/*
SWR & PWR Metru by YO2BOF 
Acest Sketch este un exemplu de utilizare a afisajului Nokia 5110 SPI cu driver PCB8544 si libraria U8GLIB
Conexiuni Nokia 5110 SPI display la Arduino Uno
 * RST =    8
 * CE =     9
 * DC =     10
 * DIN =    11
 * CLK =    12
 * VCC =    3,3V (Atentie nu mai mult !)
 * LIGHT =  prin R (100 - 500 0hm , se va tatona )la +5V (sau 3,3V)
 * GND =    GND

Denumirea pinilor SPI poate diferi, in functie de fabricantul displayului Nokia.
Echivalente gasite 

RST = RESET
CS = SCE = RS = SS
DC = D/C = A0 = SDI = DO = DOUT = SO = MRST
DIN = (DN)MOSI = R/W = SDO = DI = SI = MTSR = SDA = D1
CLK = SCLK = E = SCK = SCL = D0

Utilizati libraria Arduino: https://github.com/olikraus/U8glib_Arduino
Manual de referinta: https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/userreference
Lista fonturilor: https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/fontsize

Realizat 15/07/2020 revizuit 17.05.2022
*/

#include "U8glib.h"  // Include libraria U8glib 

// Se definesc legaturile la pinii Arduino
U8GLIB_PCD8544 u8g(12, 11, 9, 10, 8);	 // (CLK=, DIN=, CE=, DC=, RST=)

// Conversia A/D a tensiunii 0-5V in domeniul 0-1023
// Se defineste constanta de conversie care depinde de valoarea tensiunii obtinute de la
// cuplor. Valoarea constantei de mai jos este pentru 5V la 1200W
#define adc_count 0.0048828125

// Se definesc variabilele
float V_Fwd, V_Ref= 0, V_SWR, P_Fwd ;
int P;

void setup(void)  // Start setup
{
  u8g.setFont(u8g_font_6x12);//Se stabileste fontul implicit
  
}  // Sfarsit setup

void loop(void)  // Start bucla (loop)
{
  // Se citesc porturile A0 si A1
  V_Fwd = analogRead(0) * adc_count;
  V_Ref = analogRead(1) * adc_count; 
  
  // Se calculeaza puterea
  P_Fwd= (40.5 * V_Fwd * V_Fwd); // Constanta de proportionalitate, 40.5 pentru P max 1200W
  
  // Se calculeaza SWR-ul
  if ((V_Fwd - V_Ref) > 0.01)
{
    V_SWR = (V_Fwd + V_Ref ) / (V_Fwd - V_Ref);
} else {
    V_SWR = 0; // SWR = 0 daca V_Fwd nu este mai mare decat V_Ref
}

  u8g.firstPage(); // Aici incepe bucla de tiparire
  do  // Includeti aici tot ce urmeaza a se afisa pe display
  {
    u8g.drawStr(0, 8, "FWD: ");  // Afiseaza text la coloana x, linia y
    u8g.drawStr(0, 20, "REF: ");
    u8g.setFont(u8g_font_9x18B);  // Se schimba fontul
    u8g.drawStr(0, 34, "PWR:");  // 
    P = int(P_Fwd); // Se elimina virgula din valoarea puterii calculate
    u8g.setPrintPos(38, 34);  // Se stabileste pozitia de tiparire a variebilei la (x,y)
    u8g.print(P);  // Se tipareste P
    delay(50);
    u8g.drawStr(76, 34, "W");
    u8g.drawStr(5, 48, "SWR:");
    u8g.setPrintPos(45, 48); 
    u8g.print(V_SWR);  // Se tipareste SWR-ul
    delay(50);
    u8g.setFont(u8g_font_6x12); // Se revine la fontul implicit
    
    //FWD bargraf
    float  bar_Fwd = (V_Fwd * 60/2); // 60 nr de bare, 5 valoarea maxima a tensiunii pe A0 (1200W)
    // la cuplorul descris in documentatie la 100W se obtin aprox. 2V deci vom inlocui 5 cu 2
    for (int bar1 =1; bar1 < bar_Fwd; bar1=bar1+2) {
       u8g.drawLine(23 + bar1, 0, 23 + bar1, 9); // se tiparesc bare in spatiul 23-83 functie de V_Fwd
      }
    //REF bargraf
    float  bar_Ref = (V_Ref * 60/2);// 60 nr de bare, 5 valoarea maxima a tensiunii pe A0 (1200W)
    // la cuplorul descris in documentatie la 100W se obtin aprox. 2V deci vom inlocui 5 cu 2
    for (int bar1 =1; bar1 < bar_Ref; bar1=bar1+2) {
       u8g.drawLine(23 + bar1, 12, 23 + bar1, 21);
      }
     
  } while(u8g.nextPage());  // Sfarsit afisare pe display
  
}  // Sfarsitul buclei
 
 

Prof. Drăgan Aliodor YO2BOF

Articol aparut la 27-5-2022

2710

Inapoi la inceputul articolului

Comentarii (11)  

  • Postat de Mihai - YO8CYN (yo8cyn) la 2022-05-27 14:47:16 (ora Romaniei)
  • Multumim Adi pentru impartasira relizarilor din experienta proprie. 73. Mihai.

  • Postat de Florin - YO8CRZ (yo8crz) la 2022-05-28 09:18:57 (ora Romaniei)
  • Mă bucur să vad un articol tehnic.

    Am să comentez scurt despre denumirea cuplorului direcțional, care este numit în articol ”Stokton Bridge”. David Stokton a publicat această punte direcționala în revista Sprat 61/1989, revistă dedicată construcțiilor QRP. Nu este însă el inventatorul și denumirea este deci improprie. De fapt, în revista QST fusese publicat cu câțiva ani înainte (1987?) un cuplor direcțional similar, denumit Tandem Match și care apoi a fost republicat timp de peste 20 de ani în ARRL Handbook. În realitate, originea acestui cuplor este un patent din 1966 ( US Pat. No. 3426298) și de atunci în literatura de specialitate este cunoscut sub numele de cuplorul Sontheimer /Fredrick.

    Acum, pentru cam am rezolvat partea de istorie, am câteva întrebări legate pe performanțele obținute în practică cu această construcție, pentru că nu este menționat nimic în articol. Sunt mulți parametrii despre care se poate discuta. Care este precizia/eroarea de măsură a instrumentului? E menționat în articol o putere de 1200W, care este nivelul de încălzire a feritei BN 43-302 la 3.5MHz (1.8?)?

    73, Florin YO8CRZ

  • Postat de Dan - YO6BLM (yo6blm) la 2022-05-28 14:01:00 (ora Romaniei)
  • Frumoasa realizare! Felicitari!
    73! de YO6BLM

  • Postat de Oproescu Gheorghe - Tavi - YO4BKM (yo4bkm) la 2022-05-30 10:09:28 (ora Romaniei)
  • O prezentare interesanta si la obiect.
    In https://owenduffy.net/blog/?p=9138 este prezentat cuplorul Sontheimer, schema electrica, realizarea practica si, in final, o evaluare a puterii maxime de intrare. Se mai intelege si ca numarul de spire ar pune ceva probleme.
    Pentru valorile folosite in sursa citata rezulta o putere maxima de 75 W, destul de convenabila pentru QRP. Sursa arata si o termoscanare a cuplorului dupa 2 minute de functionare la 10 W (QRP) pe 1,8 MHz in mediu ambiant aflat la 21 grade Celsius, unde a masurat o supraincalzire de cca 10 grade Celsius.

    73 de Tavi YO4BKM!

  • Postat de Nelu - YO9DL (yo9dl) la 2022-05-30 12:41:50 (ora Romaniei)
  • YO2BOF este un neobosit constructor si merita felicitari pentru ceea ce face.
    De curiozitate am construit si testat doar partea cu transformatoarele pe un binocular BN43 202 (Mouser 2843000202). Testarea s-a facut cu un VNWA si am folosit mufe SMA si rezistente de sarcina Amphenol.
    Rezultatele sunt bune si nu difera de cele obtinute cu inele separate din ferita 43 de diferite dimensiuni. Trebuie spus ca pe langa alegerea corecta a miezului de ferita directivitatea este influentata si de numarul de spire ales (factorul de cuplare).
    Factorul de cuplare pentru 10 spire este de 20 dB (scade la 19,92 la 50 MHz), iar directivitatea este urmatoarea: 1,8 MHz – 39,27 dB; 3,6 MHz – 39,43 dB; 7,1 MHz – 36,24 dB; 14,2 MHz – 31,45 dB; 30 MHz – 25,5 dB; 50 MHz – 21,17 dB. Prin compensare cu un condensator pe portul FWD directivitatea se poate imbunatati considerabil la 30 MHz. Atenuarea de insertie si SWR ul propriu sunt neglijabile (SWR 50 MHz 1,18:1).
    Ferita preferata de mine are codul 623 – 2643625002 la Mouser si permite obtinerea unei directivitati de minim 30 dB la 50 MHz si, dupa parerea mea, rezista la 300-400 W fara probleme.
    Informatii interesante despre tandem match, alegerea miezului de ferita in functie de putere si foi de calcul se gasesc pe site ul lui DL6GL. Completate cu observatiile lui K6JCA avem cam tot ce trebuie pentru a obtine performante maxime cu un astfel de montaj.
    73 Nelu YO9DL

  • Postat de Zaslo Doru Emil - YO2AMU (yo2amu) la 2022-05-31 22:26:32 (ora Romaniei)
  • Felicitari Adi, mereu ne surprinzi cu ceva inedit! 73 de Doru, YO2AMU.

  • Postat de Cezar - YO3FHM (yo3fhm) la 2022-06-01 02:09:15 (ora Romaniei)
  • Felicitari ptr realizare si articol !
    Ma intereseaza si pe mine subiectul, va voi contacta prin E-mail sa mai schimbam impresii !
    Cu stima,
    Cezar YO3FHM

  • Postat de Ion Ghiteanu - YO9BXE (yo9bxe) la 2022-06-08 15:51:32 (ora Romaniei)
  • Succesul elevului depinde de profesor. Felicitari Adi !!! Da , perfect transparent si fara chichite ascunse mai mult sau mai putin intentionat. Functioneaza perfect !! Poate vom vedea si alte realizari la fel de utile si de bine realizate. ......YO9BXE-Nelu

  • Postat de Gabriel - YO8RXP (yo8rxp) la 2022-06-08 22:13:00 (ora Romaniei)
  • Felicitari pentru articol, sunt atinse multe subiecte teoretice si practice cum ar trebui sa fie si la obtinerea permisului auto, insa din pacate la noi in YO examen de poligon nu mai exista.
    Bridge-ul tandem a fost dintotdeauna pe placul meu insa eu am preferat de multi ani abordarea lui DJ0ABR cu Analog Device fast detector. Sa obtii liniaritate 1-30 Mhz in range 100 mW - 2Kw este totusi un deziderat greu de obtinut, motiv pentru care nu imi place detectia cu dioda si mai mult inclin catre AD8307 care scoate acel raport de 25mV/dB precis si de incredere . Cat despre incalzirea torului, aici pot spune ca 4 inele de FT50-43 suprapuse cu 24 spire de 1 mm, la 1 kw out se cam infierbanta dupa jumatate de ora de RUN in contest. Cu siguranta acel BN dupa ceva timp de RUN va incepe sa piarda din permeabilitate odata cu caldura, ergo masuratori gresite.
    Nu vreau sa fiu perceput drept Bau Bau dar cu tot efortul extraordinar depus, pentru puteri mari exista aceasta lacuna in proiectare !
    Cu stima,
    Gabriel YO8RXP

  • Postat de Eugen Singeorgean - YO2MIL (yo2mil) la 2022-06-10 14:23:28 (ora Romaniei)
  • Foarte interesant. Felicitari pentru articol. 73's

  • Postat de Adrian - YO3HJV (yo3hjv) la 2022-07-08 10:55:55 (ora Romaniei)
  • Foarte interesant, felicitari! Eu m-am oprit la indicatia analogica, fiind ceva mai lenes. Am avut in vedere, la un moment dat, citirea cu ADC si conversia in PWM pentru a pastra indicatia analogica, pe ace, ocazie cu care se poate determina numeric si stoca si valoarea PeP cu indicarea ei la cerere pe cele doua ace. Versiunea mea, aici: https://yo3hjv.blogspot.com/2019/06/qrp-swr-meter.html

    Scrieti un mic comentariu la acest articol!  

    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "SWR-metru / POWERMETRU numeric "
    Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse iar dupa caz se va ridica dreptul de a posta comentarii.
    Comentariu *
     
    Trebuie sa va autentificati pentru a putea adauga un comentariu.


    Opiniile exprimate în articole pe acest site aparţin autorilor şi nu reflectă neapărat punctul de vedere al redacţiei.

    Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
    Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Regulamentul portalului | Contact