Poor Man SWR Meter

   เมื่อตอนที่ผมเริ่มเล่นวิทยุครั้งแรกนั้นก็เริ่มมาจาก CB 27MHz มาก่อน สมัยนั้นยังเด็กอยู่แต่ก็พอรู้จักการวัดค่า SWR จากการศึกษาในหนังสือทำให้อยากจะหามาใช้งานบ้าง ก็ได้ไปเจอวงจรในหนังสือ “รวมบทความและโครงงานวิทยุสมัครเล่น 1” เล่มสีแดง ก็ได้ทดลองทำตามแต่เนื่องจากความขัดสนในการหาอุปกรณ์ให้ได้ตามที่ระบุไว้ในบทความ เมื่อทำออกมาใช้กับ CB 27Mhz แล้วจึงไม่ประสบผลสำเร็จเท่าที่ควร เว้นมาอีก 2-3ปีเมื่อมีโอกาสเข้ามาศึกษาในระดับที่สูงขึ้นได้พบบทความการสร้าง SWR Meter จากตำราฝรั่งที่สามารถสร้างได้โดยใช้วัสดุที่หาได้ง่าย ถึงแม้ว่าหน้าตาจะดูกระป๋องแต่ก็สามารถใช้งานได้ดี

   หลักการพื้นฐานของ SWR Meter ก็คือจะต้องสร้างส่วนส่งถ่ายสัญญาณที่มีอิมพิแดนซ์ให้ใกล้เคียงกับระบบที่จะวัดนั่นก็คือ 50Ω เพราะเราต้องแทรก SWR Meter นี่ระหว่างเครื่องส่งกับสายอากาศ และมีตัวดักจับ(coupling) สัญญาณ RF ทั้งด้านส่งไป(FORWARD) และย้อนกลับ(REVERSE) เช่น ส่วนส่งถ่ายและดักจับนี้อาจจะทำจากลายเส้นทองแดงบนแผ่น PCB 2 เส้นวางในตำแหน่งใกล้เคียงและขนานกัน เมื่อมีการป้อนสัญญาณ RF ผ่านเข้าไปยังลายเส้นทองแดงเส้นหนึ่ง สัญญาณ RF บางส่วนจะถูก coupling ไปยังลายเส้นทองแดงที่วางใกล้ขนานกัน สัญญาณนี่จะถูกแปลงให้เป็นแรงดันไฟตรงและส่งออกไปแสดงผลที่มิเตอร์


รูปที่ 1

   ข้างต้นเป็นรูปวงจรพื้นฐานของ SWR & Watt Meter จากหนังสือเล่มสีแดง ซึ่งส่วน coupling สัญญาณสร้างจากการกัดลายปริ๊นท์บนแผ่น PCB แบบสองหน้า โดยความหนาของแผ่น PCB และความกว้างของลายทองแดงจะเป็นตัวกำหนดให้มีอิมพิแดนซ์ประมาณ 50Ω ซึ่งทำงานได้ดีในช่วงความถี่ VHF และต้องใช้มิเตอร์ที่มีความไวประมาณ 100 uA ในตอนที่ผมทดลองทำนั้นมิเตอร์ความไวขนาดนี้มีราคาแพงหาได้เพียง VU Meter 250 uA ตัวละไม่กี่สิบบาท จึงเลี่ยงไปใช้ Multimeter ตั้งวัดกระแสตรงที่ 50uA ทดแทนไปก่อนแต่ก็ให้ผลไม่ดีเท่าทีควรเพราะใช้กับ CB 27MHz แล้วยังไวไม่พอแถมยังไม่เป็น 50Ω อีกด้วย

   จากการศึกษาในตำราฝรั่งว่าด้วยเรื่องของอิมพิแดนซ์ของสายนำสัญญาณแบบแกนร่วม(coax) ที่แกนกลางมีหน้าตัดเป็นรูปวงกลมและตัวนำด้านนอกมีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยม ฟังแล้วอาจจะ งง ดูรูปดีกว่า


รูปที่ 2

ค่าอิมพิแดนซ์โดยประมาณสามารถคำนวณได้จากสูตร

Z=60ln(1.08xD/d)             ….ที่มา
 
                    ln คือ Natural logarithm
                    D คือ ความกว้างของตัวนำด้านนอก
                    d คือ เส้นผ่าศูนย์กลางของแกนกลาง

จากสูตรนี้เมื่อต้องการอิมพิแดนซ์ 50Ω และกำหนดให้ d=1 เราจะได้ค่า D ประมาณ 2.15

   วิธีการสร้างส่วน coupling อีกวิธีหนึ่งที่ผมได้ทดลองทำแล้วพบว่าใช้ได้ผลดีคือการสร้างส่วน coupling  ที่มีลักษณะคล้ายสาย coaxial ที่มีตัวนำด้านนอกเป็นลักษณะกล่องสี่เหลี่ยม ตัวนำตรงกลางทำหน้าที่ส่งผ่านสัญญาณและมีตัวนำอีก 2 อันวางติดอยู่กับตัวนำตรงกลางเพื่อ coupling สัญญาณและนำไปแสดงผลเป็นค่ากำลังทั้งทาง Forward และ Reverse


รูปที่ 3

   จากสูตรข้างต้นเราสามารถสร้างส่วน coupling ให้มีอิมพิแดนซ์ใกล้เคียง 50Ω  ได้โดยอาจจะใช้ตัวนำขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 cm ในรูปผมใช้แท่งเสาสไลด์ยาว 12 cm ต่อเชื่อกับขั้ว BNC สองด้านห่างกัน 11 cm กล่องโลหะพับขึ้นรูปให้มีความสูงประมาณ 2.15 cm โดยมีแผ่นโลหะวางห่างจากท้ายของกล่องประมาณ 2.15 cm แท่งตัวนำตรงกลางพันกระดาษกาวไว้แล้ววางทาบด้วยแท่งเสาสไลด์ขนาดเล็กๆ ไว้ทั้งสองด้านเพื่อใช้เป็นส่วน coupling สัญญาณ ความยาวประมาณ 9 cm ไม่ต้องตามนี้มากก็ได้สำคัญว่าจะต้องมีขนาดและความยาวที่เท่ากันทั้งสองแท่ง ข้างล่างนี้เป็นวงจรจากหนังสือ “เครื่องรับส่ง เล่ม 6” ใช้ส่วน coupling คล้ายๆ กัน เป็นแบบใช้มิเตอร์ 2 ตัวแยกแสดงกำลัง FORWARD กับ Reverse แต่สามารถดัดแปลงให้ใช้มิเตอร์ตัวเดียวได้


รูปที่ 4
 

รูปที่ 5
 

รูปที่ 6 การดัดแปลงให้ใช้มิเตอร์เพียงตัวเดียว
 
    ไดโอด D1, D2 เบอร์ 1N34A หรือ 1N60 เป็นไดโอด Germanium ประเภทที่ใช้ในงานด้านดีเท็คสัญญาณ ไดโอดทั้งสองตัวควรจะมีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน เช่นค่าความต้านทาน, ค่าแรงดันตกคร่อม Forward  ถ้าหาซื้อไม่ได้ลองไปหางัดจากวิทยุ AM เก่าๆ ค่า R1 , R2 ประมาณ 50Ω (เพิ่ม-ลดได้ตอนปรับแต่งเพื่อให้ค่า SWR เป็น 1:1 เมื่อต่อกับ Dummy load)  C1, C2 ค่าประมาณ 0.001uF – 0.1 uF รายละเอียดอื่นๆ ศึกษาจากวงจรในรูปที่ 1  ผมใช้วงจรส่วนใหญ่จากรูปที่ 1 แต่ทำแค่วัด SWR เพียงอย่างเดียว และสร้างส่วน coupling จากรูปที่ 4 เป็นแนวทาง