SWR計

回路図1のように、トロイダルコアを使ったCM結合器を搭載したSWR計です。

部品の吟味
トロイダルコアはFT-82-43です。0.8mmのポリウレタン銅線を10T巻きます。
コイルの長さは、波長の1/16くらいが限界のようです。
コイルの長さは0.3mですので0.3 × 16 = 4.8m ( 62.5MHzまでカバーできます )

C1、C2は最高測定周波数時のリアクタンスが500Ω以上ほしい。
54MHzまでカバーするには5.8PFです
30MHzまでカバーするには10PFです
50Ωの負荷に5KW入力すると
5000 = E * E / 50
E = 500Vですから
C1、C2の耐圧は1000Vぐらいがよいでしょう。

ダミー抵抗R1、R2を50Ωにしたら、このCM結合器は 1 / 50の電力を消費することになります。 (10：1のトロイダルトランスの場合、電流が1 / 10になりますので、ダミー抵抗での消費電力はそれぞれ、 1 / 100となり2本ありますので、全体では1 / 50となります) 5KW入れたら100WがSWR計の為にロスするということです。 5KWで連続送信するならダミー抵抗R1、R2の消費電力は50Wより十分大きい電力容量にし放熱対策も必要です。

ダミー抵抗R1、R2のロスを少なくするには、二つの方法があります。
一つはトロイダルトランスの分流比を大きくすることです。20Tにするとロス電力は 1 / 200になりますが、巻き線の線長が長くなり、高い周波数の計測が難しくなります。もう一つの方法は、ダミー抵抗を小さくする方法です。ダミー抵抗R1、R2を半分にするとロスも半分になります。
トロイダルトランス20T巻き、ダミー抵抗R1、R2を25Ωにすると、ダミー抵抗での消費電力はそれぞれ、1 / 800となり2本ありますので、全体では1 / 400となります。 5KW入れたら12.5WがSWR計の為にロスするということです。
5KWで連続送信するならダミー抵抗R1、R2の消費電力は6.25Wより十分大きい電力容量にし放熱対策も必要です。

TC1+C3、TC2+C4はTC1+C3又はTC2+C4をCg、トロイダルトランスの分流比をN、ダミー抵抗R1又はR2をR、C1又はC2をChとすると
Cg は概略 Ch * N * (50 / R) となります。
回路図1では 10PF * 10 * (50 / 51Ω)ですから約100PFです。
トロイダルトランス20T巻き、ダミー抵抗R1、R2を25Ωにすると、10PF * 20 * (50 / 25)ですから 400PFです。

R3、R4はTC1+C3、TC2+C4のリアクタンスの10倍くらい欲しいです。 TC1+C3、TC2+C4が100PFの場合10KΩで1.9MHz以上をカバーします。

トロイダルトランス10T巻き、ダミー抵抗R1、R2を51Ωの場合 (今回制作したSWR計)、
5KW入力時のVFは、500 *　1.4142 / 100 = DC 7.071V ぐらいです。
実測値は ( HF 単球送信機を7MHZで使用する)
POWER Hi (8.0W入力時) の VF は DC 1.496V
POWER Lo (3.95W入力時) のVF は DC 1.01Vです
トロイダルトランス20T巻き、ダミー抵抗R1、R2を25Ωの場合、 5KW入力時の VF は 500 *　1.4142 / 800 = 0.883Vぐらいです。

調整 (M1 100μA の電流計を使用する)
TX側にHF 単球送信機 (7MHzで使用する)を接続する。 ANTENNA側に50Ωのダミー抵抗を接続する。
SW2を回路図のようにし、メーター切り換えスイッチSW1切り換えてみると、いずれか片側のメーターの振れが少ないはずです。少ない方に切り替えた状態でメーターの振れが最小になるように50PFのトリマーを調整します。この時レベル調整用ボリュームVR1は、最大感度側に回しきり、できるだけメーターを振らせた状態で調整します。

次に入出力(TX側とANTENNA側)を逆に接続し、同じように、先ほど調整したトリマーと反対側の50PFのトリマーをメーターの振れが最小になるように調整します。

念のため、上記の調整をもう一回やります。

調整 (マイコンを使用する)
上記とだいたい同じです。感度調整は固定です。
SW2をFWD (VF)、REF (VR)の有る方に切り換える。
REF (VR) が小さくなるように TC1 50PFのトリマーを調整します。

次に入出力(TX側とANTENNA側)を逆に接続し、同じように、 FWD (VF) が小さくなるように TC2 50PFのトリマーを調整します。

念のため、上記の調整をもう一回やります。

メーター(M1 100μA の電流計を使用する)でSWRを求めるには
メーター(100μA)でSWRを求めるには、VF(進行波)を100μAにVR1であわせ VR(反射波)を表1のSWRとρ関係より読み取る。(SWRとρ関係の目盛板を作る)

コンピューターでVF、VRを読み、SWRを求めるには
マイコンでVF、VRを読む場合は式(3)よりSWRを求める。

SWR値を校正するには
表1のSWRと特性インピーダンスZ0=50Ωの場合の負荷インピーダンスZ[Ω]の関係よりSWR値を知る。

SWR = (1 + |ρ|) / (1 - |ρ)| ・・・・・・・・・(1)

ρ = (Z - Z0) / (Z + Z0) = VR / VF・・・・・・・(2)

ρ：電圧反射係数
Z0：特性インピーダンス Z：負荷インピーダンス
VF：進行波の振幅電圧 VR：反射波の振幅電圧

だから
SWR = (VF + VR) / (VF - VR) ・・・・・・・・・・(3)

Z >= Z0の場合
SWR = Z / Z0・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
Z <= Z0の場合
SWR = Z0 / Z・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)

表1 SWR、ρ、Zの関係
SWR	ρ	特性インピーダンスZ0=50Ωの場合の負荷インピーダンスZ[Ω]
1	0 (VR=0μA VF=100μA)	50
1.1	0.05 (VR=5μA VF=100μA)	55 or 45
1.2	0.9 (VR=9μA VF=100μA)	60 or 42
1.3	0.13 (VR=13μA VF=100μA)	70 or 38
1.4	0.17 (VR=17μA VF=100μA)	70 or 36
1.5	0.2 (VR=20μA VF=100μA)	75 or 33
2	0.33 (VR=33μA VF=100μA)	100 or 25
3	0.5 (VR=50μA VF=100μA)	150 or 17
5	0.67 (VR=67μA VF=100μA)	250 or 10
10	0.82 (VR=82μA VF=100μA)	500 or 5