A Homebrew QRP Pocket Size VSWR Meter

QRP Pocket Size VSWR Meter

SWR Meter sebenarnya bukanlah sebuah barang mewah yang harus dimiliki dengan pengorbanan uang dalam jumlah besar, kecuali kita membutuhkannya untuk requirement yang sangat ekstrim, misalkan pengukuran pada daya pancar yang sangat besar, presisi yang sangat ekstrim (nilai SWR sekian digit dibelakang koma), SWR meter lengkap dengan power meter yang presisi dan masih banyak lagi. Atau, kita membutuhkan untuk kepentingan profesional kita, misalkan produksi antenna dengan mencantumkan SWR rata-ratanya, membuat antenna broadcasting profesional, dan sebagainya.

Pada dasarnya seorang “AMATIR” (lawan kata dari “PROFESIONAL”) membutuhkan SWR untuk memastikan bahwa antennanya telah sesuai dengan transmitternya, dengan harapan transmitternya awet, pancarannya juga OK, serta gengsi donk masak punya antenna nggak matched … hehehe. Untuk keperluan tersebut, biasanya tidak dibutuhkan SWR meter yang sangat presisi, cukuplah gambaran kasar bahwa perbandingan SWR antennanya tidak lebih jelek dari 1:2, angka sekian digit dibelakang koma tidaklah begitu penting. Nah, kalau sudah seperti ini, kenapa kita harus investasi banyak di SWR meter, menurut saya lebih baik investasinya dibelokkan ke pesawat, supaya koleksinya makin banyak.

Wheatstone Bridge

Namun ada beberapa Amatir Radio “Perfectionist” yang membutuhkan lebih dari itu. Nah seperti kata sebuah iklan rokok diluar sana … “HIDUP adalah PILIHAN” … jadi silakan anda menyesuaikan dimana posisi anda, dan lakukan pilihan.

Dalam artikel terdahulu, saya telah mengulas cara membuat/ modifikasi sebuah SWR meter dengan directional coupler yang terbuat dari seutas kabel coax RG-58 atau RG-8, dan mampu menghandle power lebih dari 200W. Selain itu, SWR meter tersebut bisa dipasang pada saat kita QSO, sehingga kita bisa melirik nilai SWR meter di kedua jarumnya selama QSO, menambah rasa nyaman dan aman kita maupun perangkat kita.

Artikel ini agak berbeda, namun tetap berbicara tentang SWR Meter, saya akan sharing pengalaman dalam membuat sebuah “QRP Pocket Size (V)SWR Meter”, yaitu SWR Meter dengan ukuran kecil, sehingga masuk dalam saku, cocok untuk digunakan pada power kecil (<5 W) atau QRP. Satu hal yang perlu anda ketahui, SWR meter ini hanya dipakai saat untuk mengukur SWR dan men-tune Antenna, tidak bisa dipasang pada transmission line selama anda QSO.

Karena ukurannya kecil, ya … banyak feature yang harus dikurangi, namun bila anda mau, anda bisa menambahkan feature di sana-sini sesuai selera, misalkan RF power meter atau penunjukan digital bila memungkinkan.

Schematic

Rangkaian dasar dari QRP Pocket Size SWR Meter ini banyak dijumpai di text book (kuliah) dan NET, sebab rangkaian SWR ini merupakan salah satu rangkaian SWR primitif sebelum dikenal directional coupler seperti saat ini. Salah satu rangkaian yang dapat kita gunakan sebagai referensi adalah http://ludens.cl/Electron/swr/swr.html

Cara kerja rangkaian ini berdasarkan dengan jembatan wheatstone (wheatstone bridge) yang banyak digunakan dalam berbagai alat ukur dibidang instrument, lihat gambar disamping.

Arus yang mengalir pada rangkaian memenuhi persamaan sbb:

Im = In + Io … (i), dimana In adalah arus yang melalui lengan X dan Io melalui lengan Y.

Hubungan antara semua beban di lengan X maupun Y memenuhi persamaan sbb:

Zc * Zb = Za * Zd … (ii)

Dimana Z melambangkan impedansi, bila sumber tegangan adalah DC, maka beban merupakan besaran resistif murni (real), dan bila sumber tegangan adalah AC (misal RF), maka Z merupakan impedansi komplek (perpaduan antara impedansi riil dan imajiner).

Pada kondisi setimbang, maka arus yang mengalir pada uA meter (Ip) sama dengan nol, sebaliknya bila kondisi tidak setimbang, maka Ip akan tidak sama dengan nol (bisa positif atau negatif tergantung dengan kondisi ketidaksetimbangnya).

Dengan demikian, bila kita mengukur sebuah beban yang tidak diketahui besaran impedansinya (misal Za), sementara 3 beban lainnya (Zb, Zc, Zd) telah diketahui nilainya, maka kita dapat mengetahui nilai dari impedansi Za, melalui persamaan berikut:

Za = (Zc * Zb) / Zd … (iii)

Gambar disamping adalah rangkaian QRP Pocket Size SWR Meter yang saya coba untuk dibuat. Bila kita petakan ke dalam jembatan wheatstone di atas, maka kita peroleh persamaannya sebagai berikut:

Za = Zantenna (yang sedang kita ukur)

Zc = R1 // R2 = 50 Ohm

Zb = R5 // R6 = 50 Ohm

Zd = R3 // R4 = 50 Ohm

Construction

Berdasarkan persamaan (iii), bila Zantenna kita 50 Ohm, maka jembatan wheatstone akan setimbang, sehingga tidak ada arus yang lewat antara antenna ke D2, demikian juga tidak ada arus yang mengalir menuju uA meter M2. Secara fisik kita akan lihat bahwa jarum REFRECTION/REVERSE tidak akan defleksi (nyender ke angka 1), hal ini yang disebut dengan SWR = 1 (Matched). Sebaliknya, pada saat Zantenna tidak tepat 50 Ohm, maka jarum akan defleksi sesuai dengan SWR saat itu.

Rangkaian SWR meter ini sangat aman bagi TRX pada saat digunakan melakukan pengukuran antenna, dimana bila antenna dalam posisi OPEN (misal: lupa belum memasang antenna ke SWR meter), maka saluran transmisi dari antena masih diterminasi dengan beban 100 Ohm (yaitu R2//R3 serial dengan R4//R5), atau TRX melihat SWR saat itu adalah 1:2 (masih cukup aman, asal tidak lama-lama). Pada SWR meter yang menggunakan directional coupler, kejadian ini membuat SWR akan tak berhingga, sehingga berbahaya untuk TRX kita.

Sebaliknya, pada kondisi antenna tidak sengaja SHORT (misal: antenna masih kita buat, dan tidak sengaja kabel coax short atau terkena air), maka saluran transmisi akan diterminasi dengan beban 33.33 Ohm, yaitu (R2//R3 serial R4//R5) paralel dengan (R1//R2), atau TRX melihat SWR saat itu adalah 1:1.5 (aman buat TRX).

Pada kedua kondisi diatas, walaupun TRX hanya merasakan penunjukan SWR < 2, namun penunjukan jarum REFRECTION/REVERSE adalah tak berhingga, atau SWR = tak berhingga, karena bila kita lihat dari rangkaian, Arus FORWARD = Arus REVERSE.

Untuk meminimisasi space dan cost pada VSWR meter ini, saya melakukan modifikasi: yaitu hanya memakai satu buah uA meter untuk mengukur arus FORWARD maupun REVERSE, yang diaktifkan dengan sebuah saklar.

Cara menggunakan tool ini yaitu:

1. Pasang TRX ke socket IN
2. Pasang antenna ke socket OUT
3. Pastikan power output tidak lebih dari 5 Watt (supaya resistor dalam jembatan nggak membara!!!)
4. Pilih mode CW, AM atau FM
5. Posisikan saklar ke atas (mengukur arus FORWARD)
6. Atur potensiometer, sampai jarum defleksi penuh pada skala FORWARD
7. Pindah saklar ke bawah (mengukur arus REVERSE)
8. Baca pembacaan SWR, sesekali cek arus FORWARD untuk memastikan jarum tetap terdefleksi penuh di skala FORWARD.

Skala pada VSWR meter ini saya buat dari printed sticker paper, dimana skala saya design dengan menggunakan software gratisan khusus untuk membuat skala pada alat-alat ukur, yang bernama METER. Anda bisa mencari dan mendownloadnya di NET.

PERFORMANSI

VSWR meter ini telah saya coba untuk digunakan mengukur antenna 2M maupun HF, dengan hasil yang cukup memuaskan. Yang perlu kita perhatikan adalah, jangan mengukur pada kondisi power besar dan jangan terlalu lama, sehingga resistor pada jembatan tidak akan cepat panas, bisa jadi sampai terbakar.

IDE PENGEMBANGAN

VSWR meter ini dapat dikembangkan untuk mengukur power yang lebih besar dengan menggunakan resistor pada jembatan wheatstone dengan power yang besar. Di pasaran banyak dijumpai resistor dengan kekuatan sampai 2 Watt per-batang. Namun, jangan memilih resistor watt besar yang berbentuk kotak dan berwarna putih, karena tidak bersifat resistif murni, akibatnya tidak akan memiliki impedansi 50 Ohm pada RF.

Selain itu, anda juga bisa menggantikan uA meter dengan menggunakan beberapa buah LED untuk meringkas ukuran dan biaya, tentunya dengan adjusting tertentu.

OK, semoga bermanfaat dan selamat bereksperimen.

73 de YD1CHS