SWR-Watt Metre Projesi - Amatör Teknik

Merhabalar, ben TA2YGT çağrı işaretli radyo amatörü Yiğitcan CIĞIR. Bugün sizlere kendim yaptığım bir SWR-Watt Metrenin baştan sona hikayesini anlatacağım. Yapmak isteyenler olursa diye de projeyi paylaşacağım.

Bu Proje Nasıl Başladı?

Amatörlüğe başladığım dönemlerde SWR metreler çok pahalıydı. Tabi o dönemler buna ayıracak bir bütçem olmadığı için, dedim ki neden kendim yapmayayım? İlk başlarda hazır projelere baktım. ON7EQ’nun dijital SWR Metresini yapmaya karar verdim.

Arduino ve gerekli kompenentleri sipariş ettikten sonra PCB’sini tamamladım. Sıra test ve kalibrasyona geldiğinde sonuç tam bir hüsrandı. Peki ama neden?

Cevap aslında çok basitti, sorun devrede değil Arduino’nun üstündeki ATMEGA işlemcisiydi. RF’den bu kadar rahat etkilenen çok az şey gördüm.

İzole etseniz bile köprüden gelen REF ve FRWD voltajlarını taşıyan kablodan RF direkt ATMEGA işlemcisine ulaşıyor dolayısıyla hemen işlevsiz hale getiriyordu. O projeden vazgeçtikten sonra “cross needle” bir gösterge sipariş verdim. O sırada da araştırmalarım devam etti.

Zaman ayırdıkça buldukça ‘iletim hattı’ ve GY3NH’nin kendi sitesinde paylaştığı bilgileri okuyordum. Az çok KiCad, EasyEDA gibi programlarda PCB çizebildiğimde bu kaynaklardan sonra aklımda fikirler oluşmaya başladı.

Burada edindiğim bilgilerden sonra “Microstrip Line”ları keşfettim. Kendimce tamamdır dedim. Empedans hesaplarını yaptıktan sonra EasyEda kullanarak PCB’yi çizdim. Oluşturdum ve sonuç olarak 50 Ohm empedans ile ana hattım mükemmel derecede eşleşiyordu.

VHF’de süper çalışıyordu, hatta mW’larda bile çok güzel çalışıyordu. Sıra geldi teste. Test yaparken aklımı kurcalayan en büyük soru doğrultma diyotunun arkasına koyduğum voltajı filtre eden kapasitördü. Sonunda bu defa Murphy Kanunları devreye girdi ve korktuğum başıma geldi. Oraya koyduğum kapasitör reaktans yaparak band değişiminde otomatik olarak gelen voltajı ya artırıyor ya da azaltıyordu.

Aslında bu sorunu da band-band kalibrasyon yaparak aşabilirdim ama band aralığının geniş olduğu yerlerde doğal olarak kalibrasyon hatalı olacaktı. VHF ve UHF kısmı aslında tamamdı bu köprü ile ancak sıra HF’de idi.

HF’de çok çeşitli köprüler vardı. Bu arada zaman da geçiyor ve çalışmayı artık bitirmem de gerekiyordu. Sonunda araştırmalarım bitmiş ve konuya hakimdim lakin HF’de çalışacak bir köprü elimde yoktu.

İlk başta eski MFJ’lerde kullanılan “Bruene Köprüsü”nü yapmak geldi. Oturdum MFJ-945e’nin köprüsünü bire bir kopyaladım ama kullandığım toroidten mi desem, başka bir sebepten mi bilemiyorum RF örneklemesi için giren yer empedansı bozuyordu.

MFJ’nin güncel tunerlerinin şemasına bakarken modelini hatırlamadığım bir tunerden şema gördüm. İşin güzel tarafı RF sadece toroidin içinden geçip gidiyordu.

Buradan esinlenerek bir “Stockton Köprüsü” oluşturdum ve PCB’sini çizdim. Ancak sorun şuydu ki; ben yüksek güçte de çalışmasını istiyordum. RF kuplajında istenilen zayıflama için sarım sayısıyla alakalı bir formül vardı GY3NH’nin sitesinde.

20*log(Sarım Sayısı) = ve çıkan sonuç bize ne kadar RF’i toroidin içinden geçerken ve sarımdan geçerken ne kadar zayıfladığını veriyordu. Ben de doğal olarak sarım sayısını artırdım.

PCB’yi oluşturdum, yaptım derken sonuçlar 50 MHz’de bile süperdi . Microstrip köprüden sonra HF’de de çok iyi çalışan ve yüksek güçlere dayanan bir HF Stockton Köprüsü yapmıştım. Tabi her ölçümden önce NanoVNA ile empedans ölçümlerini yaptım sonuçlarını da aşağıda paylaşacağım .

Kalibrasyon

Aslında herkesin kullandığı klasik yöntem olan “dummy’e bağla, ibrenin hareket etmediği yerde potu durdur” gibi bir yöntemi var. Her Türkçe kaynakta neredeyse böyle yazıyor ama benim yöntemim biraz daha farklı.

Nasıl ki göstergelerimizi son değeri 100W gösteriyor ise 100W göre kalibre ediyoruz, SWR kısmı içinde böyle aslında. Peki bunu nasıl elde ederiz? Çok basit bir tane RF direnç ile.

75 Ohm veya 100 Ohm Çin’de satılan DC-3Ghz olanları görmüşüzdür. Bize lazım olan 50 Ohm değil. 50 Ohm alırsak 50/50’den 1 SWR oluştururuz.

Ancak 75 Ohm alırsak, 75/50 = 1.5 SWR; 100 Ohm direnç alırsak ta 100/50 = 2 SWR oluştururuz empedans uyuşmazlığından dolayı.

Ben böyle bir yöntem kullandım, size de bunu tavsiye ederim ama bildiğiniz başka bir yöntem var ise onları da deneyimlemek isterim, bunu aşağıdaki yorum kısmında belirtebilirsiniz.

Kaç Watt Kaldırır Bu Köprüler?

Aslında her 2 köprüde de kW’ları rahatlıkla görebilirsiniz. Üst tepe değeri hakkında birşey diyemem ancak kW’ları rahatlıkla kaldıracağından eminim. Zira yolları ve zayıflama kuplajlarını bu öngörerek çizdim.

Çok Önemli

Aslında en çok karşılaşılan problemlerden birisi de, araya konulan trimpot vs’den dolayı analog göstergelerin tam oturmaması. Bu sorunu da halletmek çok basit diyebilirim. Şöyle ki; her analog göstergenin ya da mikro ampermetrelerin bir akıma göre tasarlanır.

Örneğin 100uA ya da 500uA vb. Burada da yapmamız gereken şey şu, Ohm Kanununu kullanmak. Aldığınız göstergeyi bir 1.5V ya da herhangi bir pile bağlayın. Bu örnekte 1.5V’luk bir pil üzerinden gideceğiz.

Araya bir 100K ya da 50K bir pot koyun ancak seri bağlı olması önemli. Aynı şekilde Amper ölçeceğimiz için multimetrede “Pil-Multimetre-Pot” ve analog gösterge şeklinde olsun sıra. Bağlantıyı yaptıktan sonra ise pot ile oynayarak göstergenizin en son gösterdiği değerde bırakın.

Multimetrede gördüğünüz akım değerini not alın, şimdi sıra hesaplamada. 100uA bir değer elde ettiğimi varsayalım. Göstergenin son olduğu yerinde ben 100W’ı göstermesini istiyorum. RF köprümüze Dummy (50 Ohm 1.0 SWR) bağlayıp 100W güç verelim ve gelen kablolardan voltaj değerlerimizi not edelim.

Ben giden gücü yapmak istediğimden “forward” voltajını dikkate alacağım. Burada 100W ‘da 6V değer aldığımızı varsayalım. Şimdi artık direnç değerimi hesaplayabilirim.

Pil ile akımı bulmuştuk = 100uA (Göstergenin çektiği güç)
RF örnekleme voltajı = 6V
R=Voltaj/Akım dan 60K’lık bir trimpot kullanmam gerektiği anlaşılıyor. 60K’lık bir trimpot olmadığı için 100K kullanabilirsiniz.

Şimdi buralar bittikten sonra konu nasıl bant seçeceğimize geliyor. Her iki köprüden de voltajı ekranlı bir kabloyla taşıyarak bir pertinaksa potları dizdim ordan da komutatöre 1*12’lik 2 adet kullandım birisi “reflected” diğeri ise “forward” için.

Pertinaksta da her iki bandı da 3-30-300 olarak ayırdım. Burası için 3 pot, VHF içinde 3 pot koydum. UHF yapmayı düşünmedim çünkü orada çalışmıyorum.

Reflected pertinaksında 6 adet forward pertinaksında da 6 adetten 12 adet pot. Hatta onlarında resimlerini koyayım daha anlaşılır olsun.

Dosyaları EK’te paylaşıyorum. İsteyen abilerim/kardeşlerim yapabilirler.

Tam Malzeme Listesi:

VHF Köprüsü İçin;

2 Adet BAT85,
2 Adet 51R Direnç,
2 Adet 2.2nF Kapasitör.

HF Köprüsü İçin;

3 Adet FT50-43 Toroid,
0.5mm. emaye tel,
2 adet 1N60 Germanyum diyot veya 1n34A,
2.2nF kapasitör,
2 Adet 51 Ohm direnç.

Bir başka önemli not!: PDFlerin çıktısını alırken ayarlardan lütfen gerçek boyutu seçiniz.

Nasıl Yapabiliriz?

Malzeme listesini zaten yukarıda listeledim. Şimdi iş yapmaya geldi.

HF Köprüsü

Resimde gördüğümüz toroidin geçtiği beyaz yerleri kesmemiz gerekiyor. Ben bunu bir kıl testere ile hallettim. Her iki yerde de toroidlerde 0.5 mm. telden 23 tur bir sarım yapıyoruz. Emaye tel olursa çok daha iyi olacaktır. Alttaki toroid için ise 2 tane FT50-43 gerekiyor. Ben ikisini bir Japon yapıştırıcı ile yapıştırıp sarımı öyle tamamladım. Lehim yerleri de zaten yukarıdaki resimde görüldüğü şekildedir.

ÇOK ÖNEMLİ!

Her iki sarımın içinden de bir 50 Ohm coax kablo geçmesi gerekiyor ancak sakın ola ki alt kısımdaki toroidin içinden geçecek olan coax kablonun dış sarımını 2’nci bir toprak bağlantısı çekmeyin, bunun sebebini bilmiyorum ancak lehimlediğiniz anda SWR oluşturuyor. Bunun yerine tek bir yerden toprak bağlantısını yapın!

SWR Meter VHF Test Videosu.

WR Meter HF Test Videosu

VHF Köprüsü

Yapımı oldukça basit, herhangi bir toroid vs. de içermiyor zaten. Ancak en önemli konu yabancıların dediği “sandwich” yapısı. Bunu nasıl elde ediyoruz diyecek olursanız, aslında çok basit. Normal bir FR4 kullanıyor olsak çift katmanlı 50 Ohm empendası yakalamak için oldukça dar olan bir PCB yolu çizmemiz gerekiyor.

Yaklaşık 2 mm. civarı idi sanırım ama bir yüksek güçte istiyoruz yüksek güç uyguladığımız zaman yolun ısınmaması ve yanmaması da önemli.

O yüzden aradaki dieliktik malzeme olan reçinenin miktarını artırmamız önemli. FR4 Plaketimizden 2 adet baskı PCB boyutunda parça kesiyoruz. Üst tarafa baskısını verdiğim şekilde aside atıp yolları çıkarıyoruz. Alt tarafı ise hiç aside vs. atmıyoruz, çünkü alta gelecek parça bizim komple GND hattımız olacak.

Lehimlerimizi yaptıktan sonra ise altına 2’nci parçamızı bir japon yapıştırıcı aracılığıyla yapıştırıyoruz ve bitiriyoruz. (Microstrip hakkında aklınıza takılan birşey olursa rahatlıkla cevaplayabilirim, ben burada kabaca nasıl yapılması gerektiğini anlattım.)

Bu projemde bana desteği geçen; İbrahim Aziz UĞUZEL (TA2IAZ) , Suat Alper Seyhan (TA2SUA), Oğuzhan KAYHAN (TA2NC) ve Levent ŞAŞMAZEL (WW2L) ağabeylerime teşekkürlerimi huzurlarınızda borç bilirim.

Başka bir yazıda görüşmek dileklerime, esenkalın.