PSV Metr.

Na našem EME pracovišti jsem potřeboval sledovat parametry buzení PA 1,5KW na 144MHz. Bylo tedy potřeba postavit PSV metr pro menší výkon do cca 120W. Použil jsem notoricky známé provedení s vedením čtvercového průřezu z kuprextitu a středovým vodičem z měděné trubky

Mechanické provedení PSV metru

Toto provedení bylo popsáno například v knize radioamatérské konstrukce 1 která vyšla několik let před revolucí. Rozměry v této knize byly ovšem pro impedanci vedení 75Ω. V té době bylo velmi obtížné sehnat koaxiální kabely a konektory pro impedanci 50Ω proto radioamatéři často používali u svých zařízení impedanci 75Ω a televizní koaxiální kabely + konektory. Já jsem rozměry PSV Metru přepočítal pro impedanci 50Ω a namaloval výkresy podle kterých je možno PSV metr zhotovit. Domnívám se, že by se tato konstrukce mohla hodit i dalším radioamatérům proto jsem se ji rozhodl zveřejnit ačkoliv na ní není nic nového.

Výkres vedení PSV metru (PDF).
Výkres krabičky PSV metru (PDF).
Stupnice výkonu pro program Meter v.2.2.1.
Stupnice PSV pro program Meter v.2.2.1.

Největší problém byl jak vyrobit vedení PSV metru s dostatečnou přesností. Přesnost rozměrů vedení by neměla být o moc horší než +-0,1 mm. Původně jsem uvažoval o frézovaném vedení. Pak jsem ale podlehl lenosti a přemýšlel jsem o tom jak s uvedenou přesností vyrobit vedení z kuprextitu. Vyřešil jsem to tak, že jsem do čel vedení vyfrézoval osazení, které vymezuje přesné rozměry vnitřku dutiny. Všechny kuprextitové díly jsou rovněž ofrézovany s potřebnou přesností, takže spájet "rakvičku" vedení již byla hračka.

Na fotografii vidíme všechny díly které jsou k sestavení PSV metru potřeba

Abych dodržel potřebnou přesnost a vystředění středního vodiče vyrobil jsem čela vedení bez zkosení a nejprve je zapájel do měděné trubky. Teprve potom jsem na soustruhu stočil čela na správný úkos a vyvrtal osové díry pro konektory. Protože měděná trubka velmi rychle odvádí teplo špatně se to celé prohřívá. Pomohl jsem si horkovzdušnou pistolí, kterou jsem pájené místo předehřál a pak teprve ohřál spoj pájkou. Pro dobré pájení doporučuji použít pájecí pastu Marmot MTL468. Tato pasta je hotový zázrak. Od té doby co ji znám už nepoužívám kalafunu ale pouze tuto pastu. Vřele doporučuji každému, kdo chce kvalitní a na první pohled pěkné spoje. Pasta je samozřejmě nekorozivní a je vhodná i pro pájení jakékoliv jiné elektroniky. Po pájení ji není nutné oplachovat ale je to lepší. Zbytky pasty lze smýt Isopropylem.

Na této fotografii již vidíte všechny díly připravené ke spájení "rakvičky" PSV metru. Všimněte si, že jsou všechny díly vyleštěné do zrcadlového lesku. Pro vyleštění kuprextitových dílů používám jemnou ocelovou vatičku, kterou jsem kdysi koupil v Baumaxu. Nedávno jsem ji viděl i v Bauhauzu dokonce v několika stupních hrubosti. Pro vyleštění středního vodiče jsem nejprve použil tovněž ocelovou vatičku a pak ještě pastu silichrom. Doporučuji však abyste před pájením nezapoměli vyvrtat díry pro průchodky tak jako já :-).

Zde již vidíme čela vedení "přibodovaná" kouskem cínu ke dnu. Do frézovaných osazení čel teď krásně zapadnou boky a vše tak bude nožné s použitelnou přesností spájet dohromady.

A takto vypadá "rakvička" PSV metru spájená dohromady. Použijte minimální množství cínu a snažte se neznečistit cínem vnitřní měděné plochy. Boky jsou pájené zevnitř i zvenčí. Navíc jsem vnějsí a vnitřní plochu v horní části spojil tenkými nýtky.

Na další fotografii vidíme díly PSV metru před konečným sestavením. Jsou zde ale teflonové průchodky pro vyvedení měřící smyčky. Ty se mi však neosvědčily a ve finálním provedení jsem je nahradil skleněnými průchodkami, do kterých je smyčka zapájena. Tak lze přesně zafixovat polohu smyčky. Smyčka musí být v přesné vzdálenosti 2,1mm od stěny rakvičky. Tato vzálenost spolu s průměrem drátu smyčky 0,8mm zajišťuje potřebnou impedanci měřící smyčky přibližně 100Ω. Tuto vzdálenost jsem zajistil tak, že jsem mezi smyčku a stěnu v blízkosti průchodky vložil vrták 2,1mm a smyčku na něj domáčkl. V této poloze jsem pak smyčku zapájel do průchodky. Stejně jsem postupoval i u druhé průchodky.

Zde vidíme hotové vedení PSV metru s konektory a měřícími smyčkami. Konektory je potřeba použít kvalitní teflonové. Obyčejné by nevydržely teplotu při pájení. Protože konce vedení jsou provedeny z mosazi není odvod tepla tak strašný a lze konektory zapájet i obyčejnou výkonnější pájkou. Já jsem použil 50W mikropájku ERS50 s tlustým placatým hrotem. Vše je potřeba pořádně prohřát abychom si byli jistí dokonalým spojem ale je nutné pracovat rychle. Díky lepšímu odvodu tepla měděnou trubkou by se nemělo stát, že povolí spoj mezi mosaznou koncovkou a měděnou trubkou. I na této fotografii jsou bohužel původní teflonové průchodky. Po jejich výměně za skleněné průchodky jsem zapoměl udělat forografii. Víko "rakvičky" je připájeno k bokům. Není v tom problém, protože (na rozdíl ode mě) již nebudete potřebovat "rakvičku" otvírat.

Na fotografii vidíme detail detektoru PSV metru. V původním provedení měla měřící smyčka impedanci 50Ω a zakončena byla dvěma odpory 100Ω. Toto provedení se mi ale neosvědčilo. Proto jsem vyměnit teflonové průchodky za skleněné a impedanci smyčky jsem navrhl na přibližně 100Ω. Zakončení je pak ve finálním provedení třemi odpory 300 nebo 330Ω. Použitá dioda je v mém provedení prastará Tesla KAS21. Je možné rovněž použít lepší KAS31 nebo nějakou současnou shotky diodu vhodnou pro uvažované kmitočty se závěrným napětím přes 20V.

Zde vidíme celkový pohled na sestavený PSV metr v krabičce.

A zde konečný pohled na hotový a zakrytovaný PSV metr. Ještě poznámku ke stupnici přístroje. Stupnice jsem Vyrobil programem Meter v. 2.2.1. Tato verze ještě měla free variantu, která byla omezená na maximálně 2 stupnice. Jiné omezení v ní nebylo, takže byla pro amatérské účely dobře použitelná. Bohužel se z ní dost problematicky tiskne. Aktuální free verze MeterBasic je omezena jen na jednu stupnici a je zablokována tvorba nelineárních stupnic. Pokud chcete tuto stupnici vytisknout asi tedy nezbývá než za 34$ zakoupit plnou verzi programu.

Vzhledem k tomu, že u PSV metru nepovažuji dokonalou přesnost stupnice za prioritu nebylo nutné cejchovat ji bod po bodu, ale vytiskl jsem stupnici podle předpokladu lineární charakteristiky detekce diody. To samozřejmě není pravda, ale výrazně mi to zjednodušilo výrobu stupnice. Pochopitelně každý má možnost ocejchovat si stupnici bod po bodu a tak vyrobit přístroj o něco přesnější. Stupnice jsem vytiskl laserovou tiskárnou na stříbrnou samolepící fólii do laserových tiskáren, vystříhl a nalepil na původní stupnici. Stupnice PSV končí na PSV 1:3 aby bylo měřidlo citlivější v oblastech které nás obvykle zajímají. Cololiv nad 1:3 je nepoužitelné.

elektrické zapojení PSV metru

Elektronika PSV metru je velni jednoduchá. Protože nejde o měřící přístroj ale pouze o indikátor není třeba si dělat příliš velkou hlavu s linearitou a přesností stupnice. Kdo by chtěl přesnější přístroj může najít inspiraci v mém článku VF Watmetr uveřejněný a A-Rádiu 8/2009.

Vlevo vidíme měřící vedení zakončené konektory X1 a X2. Do vedení zasahují měřící smyčky, které měří výkon postupné a odražené vlny. Vedení má impedanci přibližně 100Ω a je zakončeno paralelní kombinací odporů R15, R16, R18 pro jednu smyčku a R13, R14, R18 pro druhou smyčku. Výstupní napětí smyčky je detekováno diodami D1 a D2. Pro kmitočet 144MHz je možné použít v podstatě jakoukoliv rychlou diodu se závěrným napětím přes cca 20V. Pokud bychom chtěli PSV metr použít i v pásmu 432MHz, bude lepší použít nějaké vhodné shotky diody - např. KAS31, BAS70 nebo něco z výroby Avago Technologies či podobné. Usměrněné napětí je filtrováno kondenzátory C1-C4. Celý usměrňovač jsem provedl metodou "vrabčí hnízdo" přímo na stěně "rakvičky" PSV metru. PSV metr má dva měřící rozsahy přepínané přepínačem S1. Jeden rozsah je pevný, v mém případě nastavený na 120W pro plnou výchylku a druhý rozsah je řízen pomocí potenciometru R11/R12. Jde ve skutečnosti o jeden dvojitý potenciometr.Trimry R7 a R18 slouží pro nastavení pevného rozsahu, R9 a R10 pak pro nastavení regulovaného rozsahu. Odpory R3-R6 měly původně sloužit pro jemnější nastavení rozsahu. Nakonec se ukázalo, že nejsou potřebné a tak jsem je nahradil drátovými propojkami. Pro indikaci jsem použil měřidla DHR5 s rozsahem 200μA. Diody D3 a D4 mají měřidla chránit před zničením příliš vysokým napětím při špatném nastavení potenciometrem.

Popisovaný PSV metr funguje v pásmech 144 a 432MHz. V pásmu 1296 již jeho provedení není příliš vhodné ale pro rychlou představu ho lze použít. Počítám, že by měl být použitelný i v pásmu 50 a 70MHz. Před časem jsem PSV metr prakticky totožné konstrukce nouzově použil i v pásmu 28MHz a k mému překvapení (samozřejmě s nižší citlivostí) fungoval i tam. Použitelný výkon je dán především ukončovacími odpory měřících smyček a kvalitou použitých konektorů. Odhaduji použitelnost v pásmu 144MHz cca do 500W a v pásmu 432MHz do cca 200 - 300W.

Na provedení DPS snad není třeba nic vysvětlovat.

Klišé pro výrobu DPS fotocestou. Klišé je v pohledu ze strany součástek jak to je potřeba pro fotocestu. Výroba DPS Fotocestou je popsána zde.

Nastavení PSV Metru.

Jak již jsem napsal, PSV metr nelze považovat za měřící přístroj. Tím nepodceňuji jeho užitečnost jen chci vysvětlit, že snaha o nějakou super přesnost je zbytečná. Důležité je aby opakovaně měřil stejné hodnoty a aby ukazoval přibližně správné hodnoty což je naší konstrukcí splněno.

Nejprve ověříme správnou funkci vedení PSV metru. Přístroj zapojíme mezi 144MHz vysílač nastavený asi na 10W výkonu a umělou zátěž 50Ω. Po zavysílání (TRX přepnut na FM nebo CW) bychom měli na jedné smyčce měli naměřit usměrněné napětí okolo 2,5V a na druhé nějaké desítky mV (čím méně tím lépe). Pak PSV metr otočíme, takže předtím vstupní konektor bude teď výstupní a naopak. Znovu zavysíláme a teď bychom měli naměřit na druhé smyčce usměrněné napětí rovněž okolo 2,5V a na první smyčce minimální napětí. Napětí naměřená na jednotlivých smyčkách před a po otočením by se neměly příliš lišit. V mém případě byla odchylka necelých 100mV, což považuji za rozumné. Pokud by odchylka byla výrazně větší, bude nutné sundat víko "rakvičky" a opravit geometrii smyčky tak aby napětí byla přibližně stejná.

Pokud se nám zadařilo můžeme přistoupit ke konečnému nastavení PSV metru. Pro nastavení potřebujeme kvalitní zátěž 50Ω a nějakou známou zátěž s impedancí mezi 75 až 100Ω. Obě zátěže musí být dimenzované pro jmenovitý výkon. To ovšem může být problém. 50Ω zátěž má doufám každý. Ale dostatečně dimenzovaná jiné impedance může být problém. V nouzi si lze pomoci tak, že použijeme anténu a zavysíláme do ní na kmitočtu kde již má horší PSV. Kupříkladu moje M² 2M5WL má v FM pásmu PSV již okolo 1:1,8. Pokud máme možnost anténu předem změřit důvěryhodným přístrojem (MFJ, MiniVNA nebo podobné) máme vyhráno.

Nejprve nastavíme proměnný rozsah. Nastavíme výkon vysílače přibližně na 10W. Na výstup PSV metru připojíme zátěž 50Ω. Regulační potenciometr nastavíme na nejmenší odpor. PSV metr přepneme na regulovaný rozsah a zapneme TX (FM nebo CW)). Trimrem R10 nastavíme plnou výchylku na měřidle výkonu. Vypneme TX a na výstup přístroje připojíme známou zátěž (viz předchozí odstavce). Trimrem R9 nastavíme na měřidle správnou hodnotu PSV.

V dalším kroku nastavíme pevný rozsah. Do série s naším PSV metrem zapojíme důvěryhodný Watmetr. Můžeme použít třeba Watmetr, který jsem popsal v A-Radiu 8/2009. Případně můžeme použít umělou zátěž vyrobenou jako dělič výkonu a výkon měřit např. VF voltmetrem, jehož konstrukci rovněž najdete na mých stránkách. Výkon vysílače nastavíte na hodnotu, kterou má přístroj maximálně ukazovat. V mém případě to bylo 120W. Pak zaklíčujeme a Trimrem R7 nastavíme plnou výchylku měřidla výkonu. Měřidlo tedy bude ukazovat 120W. Vypneme TX a na výstup PSV metru připneme známou zátěž. Zapneme TX a trimrem R8 nastavíme ma měřidle PSV tuto hodnotu PSV.

Měření PSV metrem.

Váhal jsem zda tuto sekci vůbec zařadit, protože to, že by někdo neuměl PSV metr použít se mi sdálo nemyslitelné. Nedávný dotaz jednoho známého mě ale přesvědčil, že to tak úplně nemyslitelné není.

Takže měření PSV metrem je velmi jednoduché. Přístroj zapojíte mezi vysílač a měřený objekt (typicky anténu)) a přepneme ho na regulované měření. Na vysílači nastavíte modulaci FM nebo CW a zaklíčujete. Potenciometrem nastavíte na měřidle výkonu maximální výchylku. Při plné výchylce na měřidle výkonu pak na stupnici PSV odečtete hodnotu PSV. Pokud chcete měřit výkon, přepnete na pevný rozsah a odečtete výkon na měřidle výkonu.