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做一个实用的LED驻波指示器

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Jarfaders
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LV6
高级工程师
  • 2015-12-23 13:27:02
最近设计了一款用5个LED灯做显示的驻波指示器。这款指示器采用了射频窃电的方式,无需电源,体积小巧,重量轻,携带方便,非常适合业余无线电爱好者野外使用。指示器电路中的定向耦合器采用的是免调试的三磁环结构,采用通用运算放大器做比较器,比例电阻网络做驻波比值定标,用不同颜色的LED指示不同的驻波比范围。整个电路没有需要调整的元件,只要连接无误就可以正常工作。在短波范围内,不需任何校准和调整就可以使用,对于爱好者DIY非常简方便。
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图1 LED驻波指示器电路原理图


工作原理
LED驻波指示器原理图见图1,该电路由3部分组成:定向耦合器,驻波比值比较器,LED灯显示器。

工作于短波段的定向耦合器有很多种,这里选用了无需调试的三磁环结构,其工作原理和制作已有很多文章介绍,这里不再重复。

由定向耦合器输出的正向信号,送到由R3、R4、R5、R6、R7、R8组成的分压网络,并将对应驻波比为1.2、1.5、2.0、3.0的分压比分别给4个运放的"+"输入。定向耦合器输出的反向信号,经R1,R2分压后同时送4个运放的"-"输入。

通用运放构成4个简单的比较器,当反射信号超过对应驻波比的正向参考值时,运放输出接近正电源的电压;当反射信号没达到对应驻波比的正向参考值时,运放输出接近负电源的电压。如果在4个运放的输出端接上指示灯,就可以显示>1.2、>1.5、>2.0、>3.0这4段驻波比值范围了,只要低于最大驻波比的指示灯都会点亮,但这种方式不利于射频窃电供电的情形,点亮的灯多,电流就大,射频损耗就将加大。在实际电路中,笔者采用了原理图中的LED接法,只点亮一个对应驻波比范围的LED,即增加了一段驻波显示,还减少了损耗。5个LED分4种颜色:1.0~1.2用绿色(本想用蓝色,但蓝色LED灯点亮需要的电压高,对最小功率要求相应就高,因而放弃了),1.2~1.5也用绿色,1.5~2.0用黄色,2.0~3.0用橙色,3.0以上用红色。实际使用中,只要看LED的发光颜色就可以判断天线驻波的大小了。

运算放大器和LED工作必须要有适当的电源,该电源供应来自于射频窃电电路。射频窃电电路由VD2、VD3、VD5、VD6、E1、E2组成,该部分电路将来自于三磁环定向耦合器的正向信号和反向信号整流为正、负双电源,给运放IC使用。运放IC可以在±1.5~±15V的范围工作,所有的运算都是比值运算,与电压的绝对值无关,因此电源电压的变化,不会影响驻波比值的定标,只会对LED灯的亮度有较大影响。根据LED亮度的变化,我们也可以在一定范围内判断射频功率的变化。

制作过程

笔者将整个指示器装在了一个25mm×25mm×40mm的标准铝合金型材屏蔽盒内,结构紧凑。

笔者设计的PCB为双面,两面都有元件。一般先焊有IC的一面,要按照原理图和PCB的丝印将相应的元件焊好,不要有虚焊和短路,然后焊PCB另一面的51Ω的电阻和IN60,见图2.
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图2 在PCB上焊接IC


将LED的引脚在距根部1mm处弯成直角,注意长脚为正,给LED引脚成型后,按需要的安装高度(引脚垂直长4.5mm)将LED焊好,并适当调整,排列整齐,见图3.
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图3 PCB上焊接LED的那面
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图4 将焊好的PCB装入屏蔽盒中
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图5 安装于屏蔽盒两端的接头
将焊好的PCB装入屏蔽盒中,见图4.将两个SL16-KF头法兰后的部分锉去镀层上锡,将接头安装于屏蔽盒两端,见图5.
打开后半个屏蔽盒,先将PCB和接头上锡的部位焊起来,再将前半个屏蔽盒也拆下,将LED灯侧的PCB和接头上锡的部位焊起来,见图6.
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图6 将PCB和接头上锡的部位焊起来

用直径0.33mm的聚胺酯漆包线,在10×6×5的镍锌磁环上穿绕20圈,共绕3个,绕向要一致、均匀,松紧适当,见图7.取50-3的同轴电缆3cm,按图中所示切割成型,穿于一个磁环中,见图8.
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图7 绕指磁环
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图8 将同轴电缆穿过磁环

按原理图和图中所示将3个磁环焊好,其中电缆的屏蔽层只能单端接在接头外的导体上。用热熔胶将3个磁环固定。把屏蔽盒装回,并固定好接头法兰的螺丝。一个小巧精致的LED驻波指示器就做好了,见图9.
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图9 安装好的指示器电路及外观

测 试

只要组装无误,这个驻波指示器就可以正常使用,电路的IN端接发射机,OUT端接天线或负载,有发射就有灯亮(射频功率>5W)。为了验证驻波比指示的是否正确,可以使用假负载(SWR为1.0)和一些电阻,如68Ω(SWR约1.3),82Ω(SWR约1.6),30Ω(SWR约1.7),100Ω(SWR约2.0),16Ω(SWR约3.2)等,功率要大些,也可以用多个电阻并联,但不要串联。在20MHz以下,一般引脚的电阻并联可以减小分布电感的影响,改善高频响应,而串联则使频率特性更差。如果指示灯显示不正确或偏差很大,则需打开屏蔽盒,对照原理图,认真检查,排除错误。
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图10 实测图片
图10是笔者测试时的一些照片。实际测试表明,最小的LED点灯功率要5W以上,插损小于0.3dB.由于这个驻波指示器的体积小,结构紧凑,建议最大功率不超过50W,其使用频率可以覆盖短波段和6m波段,如果耦合器做得好,高频端可以超过160MHz.
本帖最后由 Jarfaders 于 2015-12-23 13:28 编辑

l83429276
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LV7
实习版主
  • 2015-12-23 16:09:49
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楼主,人才啊。膜拜,求带。。。
wangdongchun
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LV10
总工程师
最新回复
  • 2015-12-23 20:12:15
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不服都不行呀   楼主威武
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