วันเสาร์ที่ 30 ธันวาคม พ.ศ. 2566

SWR meter ทำงานอย่างไร



SWR meter เป็นเครื่องมือลำดับแรกๆ ที่นักวิทยุสมัครเล่นต้องพยายามหามาใช้รองลงไปจาก เครื่องวิทยุ, ภาคจ่ายไฟ สายนำสัญญาณ สายอากาศ และเสาอากาศ  ไม่ว่าจะเป็นนักวิทยุฯ ที่ชอบทำสายอากาศใช้เองหรือแม้แต่ซื้อมาใช้ล้วนอยากรู้ว่า สายอากาศของตัวเองมีค่า VSWR เท่าไร*  

* ในความเป็นจริงแล้ว สายอากาศไม่ได้มี VSWR ในตัวของมันเอง แต่ VSWR นั้น เกิดบนสายนำสัญญาณที่มาต่อกับสายอากาศนั้น ต่างหาก  และค่าจะมากหรือน้อยก็ขึ้นกับว่าอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศต่างจากความต้านทานจำเพาะของสายนำสัญญาณที่นำมาต่อเข้าด้วยกันอยู่เท่าไร


เครื่องวัด VSWR

VSWR meter ที่นักวิทยุสมัครเล่นใช้กันส่วนมากจะใช้หลักการของ Directional Coupler (ดูหมายเหตุด้านล่าง)   คือเขาทำวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นลวดลายของสายนำสัญญาณที่มีอิมพิแดนซ์จำเพาะของระบบ (Zo, characteristic impedance, ทำนองเดียวกับของสายนำสัญญาณแหละ เช่น 50Ω) 

จากนั้นก็ "coupling" (เหนี่ยวนำ) สัญญาณออกมาโดยใช้ลวดลายวงจรพิมพ์ที่วางไว้ใกล้ๆ กัน (sensing line)  โดยการ coupling นี้กำหนดทิศทางได้ว่าเป็นคลื่นที่วิ่งไปข้างหน้าหรือไปข้างหลังด้วยการวางทิศทางของไดโอด  ดูรูปที่ 1 

รูปที่ 1 วงจรง่ายๆ ของ VSWR meter
เครดิตภาพ: wikipedia

สัดส่วนของโวลเตจที่วัดได้ระหว่างคลื่นที่ไปข้างหน้ากับไปข้างหลังคือ Г (แกมมา ตัวหนังสือภาษากรีก หมายถึงสัมประสิทธิการสะท้อนกลับ  จริงๆ เป็นปริมาณเวคเตอร์ มีทั้งขนาดและทิศทาง อาจจะเขียนในรูป phasor ได้เป็น Г=|Г|∠θ) 

จากนั้นเราจะคำนวณ SWR จากเฉพาะขนาดของ Г คือ (1 + |Г|)/(1 - |Г|)  ซึ่งใน SWR meter ที่นักวิทยุสมัครเล่นใช้กันอาจจะอาศัยเข็มไขว้แล้ววาดแนวเส้น SWR (จะเห็นว่าเส้น SWR บนหน้าปัดของมิเตอร์แบบเข็มไขว้เป็นเส้นโค้ง คือไม่เป็นเชิงเส้น เพราะสมการ SWR = (1 + |Г|)/(1 - |Г|) ไม่ใช่สมการเชิงเส้น)  ถ้าเป็นแบบเข็มเดี่ยวก็ใส่วงจร calibrate เข้าไป

จะเห็นว่าที่จริงก็เป็นวงจรง่ายๆ (และที่ยกตัวอย่างมานี้เป็นเพียงรูปแบบเดียวเท่านั้น ยังมีอีกหลายรูปแบบมากซึ่งคงนำมาให้ดูไม่ครบ แต่เทคนิคการทำให้ดีคือขนาดของลายเส้น ตำแหน่งต่างๆ และอุปกรณ์ที่ใช้ต้องดี (แหมก็มันมีอยู่แค่นั้นอะนะ 55)

หมายเหตุ

คำว่า Coupling (คับปลิ้ง) นี้ นักวิทยุฯ นักอิเล็กทรอนิกส์ คงจะได้ยินบ่อย  ซึ่งหมายถึง “การเชื่อมโยงทางไฟฟ้า/แม่เหล็ก/พลังงานใดๆ (เช่น แสง) อาจจะโดยตรงคือมีการสัมผัสกัน, ผ่านอุปกรณ์บางอย่าง (เช่น L, C, R), หรือผ่านการเหนี่ยวนำแบบไม่สัมผัส ก็ได้” 

Directional coupling (ไดเร็กชันนั่ล คับปลิ้ง) คือการเชื่อมโยงแบบมีทิศทาง  คือ จะเชื่อมเฉพาะทิศที่ออกแบบไว้เท่านั้น    

ในกรณีของ SWR meter นี้คือเชื่อม 2 ทิศทางแยกกัน ทั้งไปข้างหน้า (forward) และไปข้างหลัง (backward ซึ่งคือ reflect)   นั่นเอง