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電子實踐:功率駐波表的制作

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2009-7-28
功率駐波表是廣大HAM必備的儀表之一,除購買正規廠家的產品外還可以自制。按下面介紹的方法DIY的駐波表,使用起來效果也很好。至于自制功率和駐波比的計量值,對業余愛好者來說,它只是一個相對值,不必斤斤計較。功率值在允許誤差內,駐波比SWR能讀出1.5、2、3即可。在試制過程中,筆者感到駐波比表的制作是“看花容易繡花難”。雖然只有幾個元件,想把REF檔的指針調到零點并非易事。只有了解它的原理,才能使調試順利進行下去。經過你親手DIY后,相信你對駐波表會有一個新的認識。

一:磁環互感法的功率駐波比表原理
    (如圖)首先分析它的高頻電路。把它畫成等效電路來分析。設正向電壓為U、反向電壓為U。在a、b兩點上,為什么能得到獨立的U和U電壓呢?如果U和U的電壓不能單獨的分離出來,是不能進行正向波、反向波的測試的。首先要從傳輸線L1上取出U和U電壓。當L1上有高頻電流通過時,必然在高頻變壓器T的次級線圈L2上產生一感應電動勢。
e=jωMI
這個電動勢e在高頻變壓器T及R1、R2中形成高頻電流i。回路中電流的大小,完全取決T的感抗L。
R=R1+R2
  而傳輸線L1上每個點上都有下列關系:
U=U+U I=I-I————(1)
傳輸線上各點的阻抗都是一樣的。
 

 

 

 

 

所以,網絡中的電流在阻值R1=R2上的電壓為;電容器C1與C2組成分壓器,K為分壓比。C2上分得的電壓為U3。
U3=KU=K(U入+U反)—————(4)
  因C3、C4的分壓比相等于C1與C2的分壓比:
U4=K(U入+U反)
現設: U3=U3/2 ,U4=U4/2。
現設分壓比K使之等于MR/LZc,并把U1和U3、U2和U4分別相加,因U1經檢波后在a點上得1/2U1,同理U2在b點上得1/2U2。
則a點電壓為:1/2U1+1/2U3=1/2U入-1/2U反+1/2U入+1/2U反=U入
b點電壓為:-1/2U2+1/2U4=-1/2U入+1/2U反+1/2U入+1/2U反=U反
圖3是用電阻分壓的磁環互感法制作的功率駐波表電路原理圖。首先還是對電原理圖進行分析,它的高頻回路等效為圖4。由圖4中看出,R1=R2 所以U1=U2 根據公式(3)可知;

電阻R3、R4構成分壓比K
U3=KU=K(U入+U反)
現令分壓比K等于MR/LZc ,并把U3和U1,U2相加就得出:
U4=U1+U3=KU入-KU反+KU入+KU反=2KU入
U5=U2+U3=-KU入+KU反+KU入+KU反=2KU反
經過上述證明a,b兩點已把U入,U反分離出來a點得U入、b點得U反。U入、U反分別經過檢波兩極管后,成為直流成分。兩極管只有一端有高頻成分,濾波回路改成PC的低通濾波法是可以的。 

二:制作調試與安裝工藝


    圖1,圖3兩種電路的印刷板的尺寸都是70mm×40mm。使用單面板手工刻制。請參照圖5:

    圖中高頻變壓器中的L1,是用Φ2.2mm的一根漆包線,直接貫穿磁環,兩端分別在M型的插座上。印刷板的中心線部位挖出的方洞,其作用是磁環的磁力線不被銅箔的“地”屏蔽掉。磁環在中心線的部位滑動,有微調電感的作用。對調零點(REF擋)有作用。
 磁環用黑白電視機的天線匹配的雙孔磁環,這雙孔環事先要改成單孔環,去掉棱角打磨光滑后再用。電阻分壓的(圖3中)磁環可以用導磁率=20、Φ10的磁環。L2是用Φ0.15的漆包線先均勻繞50T。電容本應使用管狀的涂有深藍色的高壓電容,但現在難找到。本文中用的是60伏的獨石電容器。高扼圈用色碼電感即可,兩極管用1N60,用萬用表R*1K檔配對。手刻印刷板時,要注意線條的對稱性。功率表上用的微調電阻,要事先焊在條形的印刷板上,再把它固定在波段開關的兩根長螺絲上。電位器用2瓦的。表頭為100微安。
    印刷板的接地是用Φ1.5mm的銅線做成支架,焊在M型插座的螺絲上,電路的接地導線要統一匯總后,焊在印刷板中心線的位置上。調試前,應對電路的構成有一定的認識。例如圖1最后整合成一電橋電路,它是利用平衡原理進行測量的,圖6是電原理圖。

三:駐波表的調整
圖1電路的調整:
 在圖中看到要想電橋平衡,因C1、C2、R均為固定值,只有改動高頻線圈L2的圈數才能使電橋平衡。而有些資料強調要調整兩只分壓電容來調平衡,實踐證明微調分壓電容,雖有作用,也只是微量的變化,而調整線圈卻可大幅度的調整平衡。磁環的材質在這里尤為重要。筆者試用過幾種國產磁環,有些高頻磁環雖能在29.6兆赫芝工作,但放在駐波表里就不靈了。平衡到一定程度后,銳點就沒了,反復加減圈數也無效,怎么也不能把REF檔的電流調到表頭的零點位置。(此時也可多找幾種磁環試試)
    圖1電路使用黑白電視機天線匹配器的雙孔磁環,將其改成單孔磁環使用效果較好。先在磁環上用Φ0.15的漆包線平繞50T,用遞減圈數的辦法找REF擋的的零點。輸入20瓦的7~14兆赫芝的CW信號,輸出端接一40瓦50歐姆的假負載。每注入一次信號,都要在FWD檔(正向檔)調RW使表頭滿度。然后,迅速打到REF檔(反向檔)看表針回落的位置。如指針偏高時,可拆去L2,5T左右重新打正向檔再輸入CW信號,并利用RW調好滿度,再打到反向檔看表針的位置。這時,會發現回落值比第一次多了,即表針向左邊移動的數值大了,與零點的位置距離小啦。這是路子對頭,接著可以重復上次的調整方法調下去。當表針指到5uA左右,放慢速度,一圈一圈的拆。在調整中,要不時地變動磁環在L1上的位置,變換它的靜止姿態,這都是影響到零點位置的因素,還不要忘記同時調正其中一只瓷質微調,(作用小)而另一只瓷質微調不起作用。反復多次后,表針在反向檔位就可進入零值。
 接著是顛倒調整。即在輸出端接入CW信號,而在輸入端接上假負載,原正向檔(FWD檔)變成了反向檔,原反向檔(REF檔)變成正向檔,因電路是對稱的,這次調正方法簡單一些了。首先調動一次滿度,而后打到反向檔(它是第一次調整用的正向檔)看表針回落的情況,還要調整一下原第一次調整時不起作用的那只瓷微調,讓表針盡量回零。圖1電路的調整結束。

圖3電路的調整:
    電路中的1K歐姆的電位器,在反向檔調零時對調零值作用很大。高頻變壓器的位置不要事先固定!L1與L2之間(磁環孔中)要用高耐壓的絕緣綢墊好,借以提高耐壓程度,并用蜂臘在調好后把磁環固定住。還有一點教訓是零點調好后,迅速固定且不能再動任何部位了,如果這時剪短線圈引線長度、重新繞線圈換粗線等都會使平衡條件破壞,最佳點是沒有重復性的。圖中的a點是做正向電壓測試,也可做反向電壓的測試。它取決于L2的繞向,想改變繞向只有取下磁環重繞,只改變線頭、線尾的焊接位置對方向無效。相比之下,圖3電路調整順手。因是大功率電阻從天線上分壓,可測大功率,擊穿元件的可能性比較小

四:繪制表盤刻
 在國內的刊物中,沒有找到定度的規律,駐波比是一函數的關系,在表盤的指示是不均勻的變化,刻度是非線性的。駐波比的刻度公式;
SWR刻度=表頭滿電度流× SWR-1/SWR+1刻畫功率的公式:
 
附表2、3給出了100微安表的表盤刻度畫法請參照。刻畫功率刻度時,最好依一塊標準表為參考。
 例如:輸入一標準10瓦CW的功率,可校10瓦檔。輸入一標準40瓦CW功率,可校100瓦檔。輸入一標準100瓦功率,可校1000瓦檔。但校正這檔時,有些問題要注意,假負載要能承受在于100瓦的功率,主機開到100瓦CW功率時,會引出其他問題,這都要考慮到。圖1的承受功率200瓦,圖3的承受功率在400瓦左右,但不易長時間的工作。國產成品的功率表,在說明書中也曾告訴使用者,在1000瓦檔最高可測400瓦。

附表2
功率 表盤讀數(100uA)
10 31.6
20 44.7
30 54.7
40 63
50 70.7
60 77.4
70 83.6
80 89.4
90 94.8
100 100

附表3
駐波比 表盤讀數(100uA)
1.2 9
1.3 9.1
1.4 16.6
1.5 20
2 33.4
3 50

    DIY駐波表不僅節省了資金,更重要的是鍛煉了我們動手的能力,使我們學到了知識。當你用這塊自制的儀表檢測設備工作狀態時,擺動的表針指示出了我們DIY的能力,而使我們有一種自豪感。此時已往的辛勞就化成了無比的喜悅!
 祝朋友們試驗成功!

Tags:功率表,制作,教程,電子制作,教程  
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