Vad är ett "bra" SWR instrument

SA3BYC

Well-Known Member
I en annan tråd om SWR mätning på VHF skriver Karl-Arne, citat " Vill man verkligen ha reda på vilka värden man har så blir man tvungen att skaffa sig "riktiga grejor". Jag är ingen VHF menniska .. Kör företrädesvis 6-160m. Så ville inte gå in och skriva i den tråden. Men ämnet är intressant och jag tyckte det var värt starta en separat tråd.

Har själv genom åren avverkat en mängd olika märken och prisklasser och det är verkligen varierande kvalitet på alla dess vis. Sedan 4-5 år tillbaka kör jag själv med en Amerikansk mätare, LP-100 från TelePost. Länk: http://www.telepostinc.com/ Den verkar nog "riktig" .. Men jag erkänner villigt att jag knappast är kvalificerad att avgöra om det är så.

Skulle vara intressant höra vad du säger om kvalitet på min LP-100 Karl-Arne, är den "riktig"? Men det skulle vara ännu mer intressant om du skulle vilja göra en liten allmän utveckling kring det här ämnet.

Johan, BYC
 
Jag blev oxå lite nyfiken på vilka SWR-mätare som kan anses vara av mycket god kvalitet och visa korrekta värden. Har även börjat fundera på ifall man skulle kunna bygga en egen. Eftersom jag bara har en QRP-rigg med 5-6W ut tänkte jag att man skulle kunna utgå ifrån en riktkopplare och två AD8307 (med en lämplig dämpning emellan) för att sedan mha t.ex en Arduino visa utsänd samt reflekterad signalnivå.
 
Enligt specifikationerna är LP-100 "riktiga grejor"

1689409474689.png

1689409590123.png
Särskådar vi vad som krävs av en "SWR-meter" så kan det sammanfattas med detta:

1) Återge effektnivåerna som finns i både framåtgående och reflekterade vågor korrekt; alltså detektera och presentera dem utan nivå-, vågforms-, eller frekvensberoende
2) Skilja på framåtgående och reflekterad våg, alltså direktivitet

Punkten 1) är ganska självklar, man vill att visningen ska var sådan att den visade nivån blir "rätt" oavsett om man mäter höga eller låga effekter, om signalen är distorderad eller vilken frekvens den har.

2) är inte lika uppenbar. En ideal SWR-meter förmår att helt skilja den framåtgående vågen från den reflekterade, så att om perfekt anpassning råder alltså reflekterad effekt = 0, visar mätaren också exakt 0.

En sådan är inte möjlig att göra, men man kan komma ganska nära.

Förhållandet mellan indikerad reflekterad effekt när den verkliga är = 0 och framåtgående effekt kallas för "direktivitet". Ett vanligt värde är 25 dB eller en faktor 300 i effektmått, så när en framåtgående effekt av 300 W finns till en perfekt last kommer mätaren ändå att visa 1 W.

Detta kommer in i bilden när man önskar mäta små SWR-värden eller uttryckt på ett annat sätt, stora värden av "return loss".

En fullständig behandling av detta är rätt komplex, och den intresserade läsaren hänvisas till R&S och HP "applikationsnötter", men förenklat kan man säga så här:

Antag att vi har en last med SWR = 1,2:1 eller "return loss" = 20 dB.
Då är amplituden på den reflekterade vågen 1/10-del av den framåtgående. En oändlig direktivitet skulle också visa detta värde, 100 W framåtgående och 1 W reflekterat.

Men antag nu att vi har en direktivitet av 25 dB, då kommer mätaren att internt generera en reflekterad indikering som inte har med lasten att göra, och denna är en vektorstorhet, alltså har både storlek och riktning.

Beroende på hur långt signalerna gått i kablarna kan den verkliga reflektionssignalen och den internt genererade sammansätta sig i "medfas" eller "motfas". Räknar vi om 300 gånger i effektmått till amplitudmått så får vi roten(300) = 17.

När komposanterna sammansätter sig i fas så blir summan 1/10+1/17 = 0,16 , och i motfas 1/10-1/17 = 0,04

Tar vi nu och räknar om reflektionsfaktorn rho till SWR så får vi
S = 1+rho/1-rho, för det första fallet innebär det S = 1,35 och för det sista fallet innebär det S = 1,09.

Indikeringen för ett verkligt SWR av 1,2 kan alltså variera mellan 1,09 och 1,34 även med en indikator av relativt god kvalitet.

Att göra en SWR-meter med hög och jämn direktivitet är svårt, och detta återspeglas i priset. Erfarenhetsmässigt så ska man ha en direktivitet 10 dB större än de SWR eller return loss man önskar mäta.

Många instrument som saluförs till radioamatörer har direktiviteter understigande 20 dB, och då blir angivna värden lägre än 1,5:1 ganska illusoriska.

En VNA har vanligen en direktivitet överstigande 30 dB, och dessutom går direktivitetsfelet att kalibrera bort, vilket gör att SWR-mätningar med VNA är storleksordningar bättre än de som kan göras med genomgångswattmetrar.

Bland de bättre är R&S NAS (30 kkr med ett mäthuvud) och då kan man mäta SWR ner till 1,1:1 med god noggrannhet.

1689412696695.png
Ska man mäta ännu mer noga krävs det sådana här:

1689413118380.png

och en kalibrerad dubbel riktkopplare.

Den tidigare nämnda R&S ZDP medger att man mäter SWR ner till 1,05:1 ungefär, men det kräver en del "handpåläggning".

En "slotted line" kan ge riktigt bra värden i lågre UHF-området, men
medför andra svårigheter.

Sådant här är notoriskt svårt trots att det bygger på enkla och ganska fundamentala fysikaliska samband, och man behöver mycket "engineering judgement" för att navigera rätt i djungeln.
 
Bockar och bugar K-A! Bekräftar vad jag kunnat läsa mig till om LP-100. Men nu behöver jag inte fundera mer på det. Tänk om jag 2012 när jag köpte min första säkert "inte riktiga" mätare köpt en sån här. Tänk vad pengar jag då hade sparat in på mindre bra köpta genom åren ;)

Som vanligt en gedigen genomgång vi säkert är många som tackar för.

Johan
 
"Den som köper billigt köper dyrt"

- Okänd tänkare

1689419498456.png

- Baksidestext på gammal HP-katalog

"Qualität macht ihren Weg"


 
Last edited:
Bockar och bugar K-A! Bekräftar vad jag kunnat läsa mig till om LP-100. Men nu behöver jag inte fundera mer på det. Tänk om jag 2012 när jag köpte min första säkert "inte riktiga" mätare köpt en sån här. Tänk vad pengar jag då hade sparat in på mindre bra köpta genom åren ;)

Som vanligt en gedigen genomgång vi säkert är många som tackar för.

Johan
Största begränsningen med LP-100 är väl att den bara går till 54 MHz , verkar inte finnas några mäthuvuden för högre frekvenser.
Men det borde ju gå att ordna rent tekniskt.

Försökte buda på några R&S effektmätare på ebay i veckan.
1. NRVS + NRV-Z51 , gick för 657 €
2. URY + URY-Z2 , gick för 301 €

Hade jag varit lite snabbare att bjuda kanska jag hade fått URY'n, men det går väl fler tåg och det är lite riskabelt att lägga
ut en massa pengar på auktioner när man inte riktigt vet status på objekten.

Ser ganska ofta på ebay att folk bjuder fantasisummor för själva instrumentet utan mäthuvud.
 
Min uppfattning om vad som är bra SVF- och effektmätare handlar inte om dyr laboratoriekvalitet utan något billigt och litet som passar till portabelstationen, indikerar låg effekt och täcker KV-banden. Eftersom Alinco DX-70 även går på 50 MHz ville jag att mätaren fungerar även på det bandet. Jag gav 50 kr för en 27 MHz-mätare vars vridspoleinstrument är olinjära och därför har expanderade skalor på vänster sida. Tandem-match med spännings- och strömtransformator ger bästa resultatet så jag använde den tekniken.
www.sm5dff.st/instrum4.htm
 
Det är själva kärnan, att när man vet vad man gör så kan man klara sig med enkla medel, men det krävs att man också inser begränsningarna.
Numera är det väl inte så vanligt, men förr kunde man råka på folk som försökte ange ett litet SWR med två decimaler.

Om man vet det minsta om metrologi i allmänhet och HF-mätningar i synnerhet så faller det på sin orimlighet. Ifall man envisas med att dra stora slutsatser från mätningar med instrument av diskutabel kvalitet får man skylla sig själv, och den som också vill "mäta utan att veta" får betala dyrt för sin ovilja att lära sig något.
 
Last edited:
Största begränsningen med LP-100 är väl att den bara går till 54 MHz , verkar inte finnas några mäthuvuden för högre frekvenser.
Men det borde ju gå att ordna rent tekniskt.
Så är det ju. Men i mitt fall så har jag ohjälpligt fastnat på kortvågen. Sista åren har jag iofs upptäckt magin på 6m bandet. Så vem vet, jag kanske hamnar på högre frekvenser med tiden? Även om allt över 10m fortfarande känns lite läskigt :cool: Å när jag kör 6m använder jag naturligtvis störthjälm i folie och svetshandskar ..
 
Så är det ju. Men i mitt fall så har jag ohjälpligt fastnat på kortvågen. Sista åren har jag iofs upptäckt magin på 6m bandet. Så vem vet, jag kanske hamnar på högre frekvenser med tiden? Även om allt över 10m fortfarande känns lite läskigt :cool: Å när jag kör 6m använder jag naturligtvis störthjälm i folie och svetshandskar ..
Själv tvingas jag mest köra VHF/UHF eftersom jag bara kan ha antenn på balkongen.

För vardags bruk skulle jag inte sitta och mäta med en Rohde&Schwarts men eftersom min bana på Ericsson började på instrument avdelningen så har jag lite dille på att mäta.
Håller på att köpa på mig lite olika instrument som är "bra att ha" .

Köpte iaf en swr/power mätare (Daiwa kopia) för högre frekvenser när jag skulle sätta igång min balkong antenn.
 
Inget hindrar att man förser en LP-100 med separata riktkopplare
för 144 eller 432 MHz. Det som blir lite "lurigt" är att ordna till skalfaktorerna och hur kalibreringstabellen ska utformas.
Sedan blir prestanda inte bättre än vad riktkopplaren tillåter.

Dock kanske det är bättre investerade pengar att skaffa en Bird 4391A "RF power analyst" med lämpliga "pluggar" (f.n. "som hittat" för 35 kkr "tullad och momsad") om man envisas med att vilja ha digital visning och automatisk beräkning av SWR på VHF och UHF.
 
Jag blev oxå lite nyfiken på vilka SWR-mätare som kan anses vara av mycket god kvalitet och visa korrekta värden. Har även börjat fundera på ifall man skulle kunna bygga en egen. Eftersom jag bara har en QRP-rigg med 5-6W ut tänkte jag att man skulle kunna utgå ifrån en riktkopplare och två AD8307 (med en lämplig dämpning emellan) för att sedan mha t.ex en Arduino visa utsänd samt reflekterad signalnivå.
Man kan göra på många sätt.
Om man använder AD8307 har man en dynamik på nära 70 dB, vilket
är så mycket att man behöver ta en allvarlig funderare över hur detta område på 1:10 000 000 i effektmått ska användas på bästa sätt.

1689453910395.png

Min bästa riktkopplare för HF och låga VHF är av fabrikat Werlatone, och täcker 3-175 MHz med en kopplingsfaktor av 50 dB +/- 0,2 dB och direktivitet runt 35 dB. Dessutom tål den över 1 kW kontinuerligt.
Dock "dyr som skam".

1689452181843.png

Om man nöjer sig med VHF och UHF finns ett annat alternativ, de riktkopplare av kinesiskt fabrikat som översvämmar bl.a. loppisar.

Dessa är specade för 700-2600 MHz men fungerar alldeles utmärkt på lägre frekvenser.

1689452831079.png

Den avbildade kopplaren har 30 dB koppling och ungefär 25 dB direktivitet i arbetsfrekvensområdet, och kopplingen ökar till 45 dB och direktiviteten till 35 dB vid 144 MHz. Den tål runt 300 W.

Tar man två sådana och sätter dem "back-to-back" får man en dubbel riktkopplare med precis de egenskaper man önskar hos en SWR-meter för 144 MHz. Det spm återstår är att mäta upp kopplingsfaktorn för båda grenarna på de frekvenser som man vill använda den på, säg att den då blivit 44 dB på 144 MHz.

När man då matar in, säg, 10 W eller 40 dBm så kommer det ut -4 dBm ur den ena kontakten och - 39 dBm ur den andra vid perfekt anpassning.

Båda nivåerna ligger väl inom området som AD8307 arbetar bra inom.
Man kan enkelt göra omvandlingsfunktioner mellan dBm framåt/bakåt till W och till SWR/return loss. Man kan även kompensera för ändringar i kopplingsfaktorn med frekvensen.

Det som man ska vara observant på är att nollpunktsdrift och temperaturdrift kan ändra visningen ganska rejält.

Genom att göra så här får man en SWR-mätare som är bättre än alla amatörprodukter, och nästan i klass med professionell materiel.
 
Den riktkopplarintresserade kan läsa bifogade alster som
åstadkommits med "Deutsche Genauigkeit".

Hans erfarenheter återspeglar mina.
 

Attachments

  • Low Cost Chinese Directional Couplers 800-2500 MHz for the 23cm and 13cm bands 1v4.pdf
    4,8 MB · Views: 20
Ett litet exempel på "systemdesign" med två kinesiska riktkopplare och två
AD8307 + en Arduino med 10-bitars ADC.

Förutsättningar:

Ett så stort dynamiskt område som är praktiskt hanterbart,
runt 60 dB. Fullt utslag i både framåtgående och reflekterad riktning 10 W eller +40 dBm. Kopplingsfaktorer i båda riktningarna -44 dB.

Man börjar med att bestämma 0-punkt resp. fullt utslag på den interna representationen, och därefter får lite analog signalbehandling ta hand om offset och skalfaktor.

För att slippa problem med att ADC-utslaget går i ett odefinierat ändläge när ineffekten bara obetydligt överskrider maximalvärdet, så låter man fullt utslag för +40 dBm ligga på 4,9 V eller 1003 decimalt.

Sedan bestämmer man att nollpunktsoffseten blir 0,25 V, så en spänning av -0,25 V adderas till utspänningen för AD8307. Då har man 4,9 V med ett inkrement av 4,88 mV per bit att fördela.

Utspänningen från AD8307 multiplieras med en faktor 2,5 så skalfaktorn blir 0,025*2,5 = 62,5 mV per dB. Då ser vi att sista siffran i representationen av HF-innivån blir 4,88/62,5 = 0,08 dB.

Vi vet nu att vi kan räkna med en utnivå av -4 dBm för en innivå av +40 dBm och utslaget för denna nivå är bestämt till 1000 decimalt.
Nu vet vi också att varje bit motsvarar 0,08 dB, så +30 dBm motsvarar 875, + 20 dBm 750 +10 dBm 625 0 dBm 500 - 10 dBm 375 och -20 dBm 250. Lägre ner än så är nog inte riktigt meningsfullt.

Att göra representationen i logaritmiska mått, alltså dBm är lättast, eftersom det finns ett linjärt beroende mellan innivå i dBm och utslaget i bitar. Vill man ha en linjär representation i W blir det värre, eftersom sambandet mellan dBm och W innehåller den inversa basen 10 logaritmfunktionen.

P(W) = 10^(P[dBm]-30/10).

Det är inte alla funktionsbibliotek i C som innehåller denna funktion, och då går det att använda ett "knep", Taylor-serieutvecklingen av exponentialfunktionen e^x.

1689514908934.png

10^x och e^x har samma form, men skiljer sig åt genom en skalfaktor som är ln(10) eller 2,302.

Så man räknar ut 10^x genom att först dividera x med 2,302 och sedan göra serieutvecklingen med så många termer att den önskade upplösningen erhålls.

Säg att vi vill ha 10 W som fullt utslag, och att detta ska representeras internt som 1000 decimalt. Vi vet också att 40 dBm motsvaras av 1000 decimalt. För att räkna ut effekten i W så börjar vi med att skala detta heltalsvärde till ett flyttal genom att dela det med 25. Sedan dras 30 bort, och resten delas med 10 och divideras till sist med 2,302.

Då finns "x" och sedan stoppar vi in det i serieutvecklingen

P(W) = 1+ x + x^2/2 + x^3/6 + x^4/24 ...

Kontrollräkning för en effekt av +32,0 dBm eller 1,58 W

P(W) = 1+ 0,434 + 0,094 + 0,013 + 0,0015 = 1,55 W

Sedan kan man i mån av ambition och programmeringskunskaper göra många trollkonster med att visa som staplar och även räkna ut return loss och SWR. Vet man frekvensberoendet går det att lägga in korrektionsfaktorer.

Det här är en "titt bakom kulisserna" på hur lite dyrare effektmätare gör internt.
 
Last edited:
Har funderat vidare och tror mig ha fått en bra idé som jag ska försöka förklara så gott jag kan.

Förutsättningar: QRP-effekt på HF-banden med rigg som har bandutgång

Ponera att man bygger en enhet bestående av en arduino med display samt två AD8307. Sedan tar man valfri riktkopplare och sveper över HF-banden med en VNA av något slag. Först med S11 ansluten till ingången på riktkopplaren och S21 till "kopplingsporten", sedan S11 ansluten till ingången men S21 till "kopplingsporten" för den reflekterade signalen. Sedan upprepar man samma sätt att mäta fast på andra hållet. På så sätt bör man om jag förstått och tänkt rätt få relativt exakta värden för den aktuella riktkopplaren både avseende kopplingsgraden på den framsända effekten men även ett värde att subtrahera från den reflekterade signalen. Hmm.. det här är lite svårt att förklara känner jag.

Säg att man har en riktkopplare med 30dB koppling och sänder med +10dBm så bör det om jag förstått saken korrekt finnas en signal på -20dBm på kopplingsutången, men jag tänker att även ifall lasten är mycket väl anpassad så finns det säkert en mycket liten men ändå detekterbar även på den andra kopplingsporten. Utan att ha någon aning misstänker jag att dessa nivåer skikjer sig lite över banden men är relativt lika inom samma band. Då borde man kunna skapa en enkel tabell med fyra olika värden (ett för varje kopplingsport och riktning) som man sedan lagrar i arduinons (328-ans) eeprom och sedan använder för att beräkna uteffekten plus reflekterad signal med mycket god precision. Har man sedan en rigg med bandutgång kan man koppla den till en analogingång på arduinon för att automatiskt välja korrekt korrigerings/kompenserings-parametrar för resp band.

Sedan måste man så klar fortf kalibrera arduinon med sina AD8307 mot kända värde för att det ska bli någon form av precision i de presenterade siffrorna men fungerar grund-idén?

Och visst borde denna lösning inte vara begränsad effektmässigt utan man kan väl bara välja riktkopplare och dämpsatser efter behov?
 
Det här blir mycket enklare på HF-banden när man har en riktkopplare, t.ex en "Stockton Coupler" med konstant kopplingsfaktor. Säg att man väljer den till -30 dB. Då behöver man inga dämpsatser för effekter upp till 10 W. Kopplingsfaktorn blir en kompromiss mellan direktivitet och
frekvensområde.

Sedan terminerar man utgången i en så bra last som det finns tillgång till;
och mäter S21 mellan ingången och den framåtgående porten. Då får man en massa värden som beskriver hur kopplingsfaktorn varierar med frekvensen. Säg att man registrerar varje 500 kHz då blir det ungefär 60 värden.

Sedan vänder man på riktkopplaren och mäter S21 mellan utgångsporten och den reflekterade porten. Då får man kopplingsfaktorn i backriktningen på 60 frekvenser.

Till sist mäter man S21 mellan ingångsporten och den reflekterade porten. Då får vi hur mycket signal som läcker över mellan fram och backriktning. När denna är -35 eller -40 dB kan man med gott samvete försumma den, annars behöver man ta med den i beräkningarna när små reflektioner ska mätas.

Nu finns allt som behövs för att fullständigt beskriva uppträdandet.
Man kan antingen låta processorn känna av banddata eller också mäta frekvensen hos signalen och ge en pekare i tabellerna över värden.

När man vet värden för kopplingsfaktorerna i båda riktningarna kan man
helt enkelt mäta upp effektbeloppen i varje riktning, och sedan bilda den
verkligt överförda effekten samt SWR.

Ett problem uppstår nu när SWR är litet. Då kan man inte helt försumma inflytandet av läckaget mellan fram och backriktning. Eftersom man endast har beloppen av utsignalerna från respektive port tillgängligt kommer ett fel uppstå om man bara subtraherar värdet som man mätt upp vid kalibreringen från det iakttagna, eftersom båda är vektorstorheter.

När return loss hos lasten är mindre än läckaget mellan fram och backriktning eller direktiviteten med 10 dB eller mer så kan man subtrahera med ett försumbart fel, men felet kan bli riktigt stort om return loss är i samma storleksordning som direktiviteten.

Det finns inget enkelt sätt runt detta, en del detektorer kan göras faskänsliga så att man får ut både fas och amplitud för varje kanal, och då går ett exakt värde att beräkna. Om man nöjer sig med att kunna avläsa SWR som är större än 1,1:1 ungefär behöver man inte ta hänsyn till sådant.

Sedan finns det ett mycket smart sätt att göra ett instrument som visar både belopp och fas på reflektionen från en komplexvärd last.

Det använder en krets från Analog Devices AD8302, vilken räknar ut beloppet och fasen från mätningar av framåtgående och reflekterade vågor. Kravet är dock att riktkopplarna har mycket god direktivitet för att vi ska kunna lita på resultatet.

1689538493525.png


Om man kombinerar denna krets med den tidigare beskrivna så får man ett instrument som kan visa lastens egenskaper i ganska stor detalj.
 
Last edited:
På tal om bra/dåliga..

Jag kan ju berätta om ett inköp jag gjorde för ganska många år sedan av en liten enkel SWR/PWR för låga effekter 5 till 20W till den QRP-rigg jag använde då, för den saknar inbyggd SWR-mätfunktion (har den kvar). Jag vill ju bara veta att antennen fungerar OK efter uppsättning. Valet föll på ett ökänt fabrikat med tre bokstäver från det stora landet i väster, köptes från Tyskland pga mycket bra (lågt) pris jämfört med andra säljare i SM.

Efter några år köptes en helt ny QRP-rigg som har SWR/PWR mätfunktion inbyggd så det kändes efter ett tag onödigt att packa ned den externa mätaren och extra koaxkablage i ryggsäcken var gång man skulle ut i skogarna.

För ett par år sedan tog jag fram mätaren ur skåpet men innan jag skulle lufta den tillsammans med den gamla QRP-riggen bestämde jag mig för att öppna locket och kolla insidan. Jag noterade ett ganska dåligt utfört arbete i form av ett antal lodpärlor, några osnygga lödningar och ett par kallödda trådar, något som inte accepteras på min arbetsplats (avancerad industrielektronik).

Jag värmde upp lödstationen hemmavid och åtgärdade det värsta och tog bort alla lodpärlor. Någon förbättring av funktionen blev det egentligen inte, men det känns tryggt att veta att det inte kommer att finnas någon kallödning som till slut brister eller lösa lodpärlor som rullar runt på kretskortet och kortsluter eller ställer till med något annat. .

73 de SM5KRI / Krister
 
Den som vill titta närmare på designen av en mer avancerad SWR-meter kan studera bifogade artikel, vilken beskriver den ursprungliga versionen av
LP-100 i stor detalj.
 

Attachments

  • phipps-1.pdf
    1,1 MB · Views: 16
Blev en väldigt intressant diskussion utifrån den fråga jag ställde, Tack K-A och övriga som kommenterat.

Efter att ha haft min LP-100 i drygt 6 år (längre än jag trodde, letade reda på kvittot) så kan jag säga att jag bara upplever 2 fel på den. 1, den är idag dyr att köpa från USA. 2, den kommer ytterst ytterst sällan ut på begagnat marknaden. I övrigt är den grymt bra!

Har önskat köpa en till, men aldrig hittat en begagnad. Bad om pris nyligen från USA (ägaren Larry, N8LP) och för en 1-kanals version är priset 500 USD+100USD för spårbar frakt med DHL Express. Sen tillkommer eventuellt övriga avgifter när den dimper ner här i landet. Enligt min mening värd varenda krona. Kommer ändå att vänta på en bättre växlingskurs.

Johan, BYC

Ps. har någon en LP-100 att sälja så hör av dig är du snäll :)
 
Back
Top