Homebrew SWR Meter

SWR Front Panel

Satu lagi alat ukur dasar yang sangat diperlukan oleh para Amateur Radio ataupun Homebrewer yang bekerja pada Rafio Frequency adalah SWR Meter atau kadang ada yang menyebut dengan lengkap VSWR Meter.

Sebelum membicarakan cara membuat SWR/VSWR meter ini, supaya kita sedikit memiliki bekal knowledge tentang SWR/VSWR dalam dunia per-radio-an ini akan disinggung tentang SWR/VSWR.

SWR atau lebih lengkapnya VSWR adalah singkatan dari Voltage Standing Wave Ratio, atau kalau diterjemahkan secara bebas adalah, Perbandingan Tegangan Gelombang Berdiri. Mungkin kata “berdiri” di sini akan menimbulkan kesan atau pertanyaan tersendiri.

Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah transmitter RF yang dilalukan sebuah transmisi line (misal: cable coax, feeder, dll) tidak lagi memiliki bentuk sebagai sinyal sinusoidal yang sempurna, namun mirip dengan sinyal sinusoidal yang telah disearahkan oleh sebuah diode rectifier, dimana porsi negatif dari sinyal sinusoidal dibalik menjadi positif semua, makanya kesan pertama yang bisa dilihat oleh para researcher saat itu adalah berdiri atau “Standing Wave”.

Sifat dari gelombang elektromagnetik ini adalah dapat terpantul (reflected) bila menemui impedansi yang tidak sama (matched) dengan impedansi saluran transmisi yang dilaluinya. Sesuai dengan kaidah “Setengah Daya Maksimum”, dimana daya di beban akan maksimum pada saat impedansinya sesuai dengan impedansi saluran transmisi. Atau dengan kata lain, tidak ada gelombang terpantul yang kembali ke saluran transmisi, yang mengakibatkan transceiver menjadi saturasi atau efeknya transistor final akan “jebol”.

Pada kondisi impedansi antenna dan impedansi saluran transmisi tidak sesuai (matched), biasanya ditunjukkan dengan VSWR > 1, maka beberapa efek berikut akan dirasakan:

• Daya RF yang sampai di antenna tidak optimum, sehingga pancaran tidak akan jauh/optimum.
• Bercampurnya gelombang maju (forward) dan gelombang pantul (reflected) kemungkinan akan mempengaruhi kualitas suara pancaran, mungkin saja terdengar parau atau tidak bulat.
• Nilai VSWR yang terlalu tinggi (VSWR > 2), akan membuat RF Linear Amplifier mengalami saturasi, yang biasanya terasa “over heating” dan bila dibiarkan terus-terusan akan membuat rusak komponen di Final.

Dalam notasi matematis, VSWR atau SWR tidak memiliki dimensi karena merupakan perbandingan 2 buah variable yang berdimensi sama (voltage). Dengan rumus sebagai berikut:

SWR = [1 + Rc] / [1 - Rc]

Dimana:

• RC = | [ZL - Zo] / [ZL + Zo] |
• ZL = impedansi input antenna (beban)
• Zo = impedansi saluran transmisi (coax, feeder, dll)
• Bila ZL atau Zo merupakan bilangan imajiner atau khayal, maka ZL atau Zo ini merupakan magnitudo dari bilangan tersebut.

Kita ambil contoh:

Contoh 1: Zo (Transmittion Line) = 50 Ohm, ZL (Antenna) = 50 Ohm

Maka, RC = [50-50]/[50+50]=0, maka SWR=[1+0]/[1-0]=1 (kondisi ini disebut matched)

Contoh 2: Zo = 50 Ohm, ZL = 100 Ohm, maka SWR = 2

Contoh 3: Zo = 50 Ohm, ZL = 25 Ohm, maka SWR = 2

Sebuah antenna dipole 1/4 lambda (masing-masing sayap panjangnya 1/4 lambda, total kedua sayap 1/2 lambda) memiliki impedansi input yang hampir murni dengan nilai mendekati 50 Ohm, makanya antenna ini akan memberikan pembacaan VSWR atau SWR mendekati 1 (matched).

Setelah refreshing di atas saya akan ceritakan pengalaman saya melakukan modifikasi total atau bisa dikatakan merakit sebuah SWR meter dengan bahan-bahan yang sangat mudah diketemukan di kotak komponen kita.

Awal mulanya saya pernah membeli sebuah SWR meter buatan lokal dengan harga yang sangat miring yaitu hanya Rp.125.000,- saja. Pertama saya penasaran dengan kemampuan SWR meter ini. Sampai rumah saya langsung mencobanya dengan menggunakan batuan homebrew RF dummy load saya, pada band HF (0.3 – 30MHz) dan VHF (145 MHz).

Hasilnya, untuk kedua band tersebut, dengan RF Dummy Load yang sama, menghasilkan sebuah angka yang sama pula, SWR = 1.5. Yang lebih mencengangkan, saat RF Dummy Load saya lepas (hati-hati melakukan ini, pastikan power output < 10 Watt saja, kalau tidak transistor final anda menjadi taruhannya), hasilnya tetap SAMA. Akhirnya saya putuskan untuk melakukan modifikasi, sehingga alat ukur ini tidak sia-sia saya beli.

SWR Schematic

Langkah awal yang saya lakukan adalah melakukan searching ke NET untuk mencari referensi rangkaian SWR lain yang mudah dibuat dan dapat masuk dalam box SWR tersebut. Akhirnya saya pilih rangkaian berikut (lihat skema). Rangkain tersebut menggunakan “directional coupler” yang sangat konvensional yaitu menggunakan kabel coax yang berimpedansi 50 Ohm, bisa menggunakan RG-58 atau RG-8, perbedaanya RG-8 bisa menghandle daya yang lebih besar dibanding RG-58. Saya menggunakan RG-8, sepanjang 12-an cm.

Untuk rangkaian pencuplik sinyal RF (RF sampler), saya memakai diode germanium (lupa tipenya, namun semua tipe diode bisa digunakan, bedanya sensitivitas pengukuran saja), namun harus dipilih 2 diode yang hampir identik caranya, begini:

• Cari 2 buah diode yang sama persis tipenya, misal 1N60, 1N4148,dll
• Dengan menggunakan multimeter, pilih pengukuran diode, cari 2 diode dengan impedansi majunya (forward resistif) hampir sama.

Original Directional Coupler (Not Worked)

Sebagai penyeimbang jembatan SWR, saya menggunakan resistor trimpot 100 Ohm (biru kotak) yang saya paralel dengan resistor 50 Ohm, sehingga bisa swing antara 0 – 33 Ohm, pada kondisi seimbang menunjukkan angka sekitar 30-an Ohm. Resistor paralel dengan nilai 50 Ohm tersebut bisa diganti dengan nilai yang lain, ini dilakukan untuk menambah sensitivitas harga resultan resistif. Do “Trial & Error … for this”.

Kita perlu menambahkan sebuah trimpot sebesar 50K secara serial antara R5 dan R7 (sebut saja trimpot ini sebagai reverse adjuster) sebagai kompensasi ketidakidentikan rangkaian sampler yang dibangun oleh diode dan kapasitor di dua sisi, untuk sampling “forward wave” dan “reverse wave”.

New Directional Coupler (Worked Well)

Rangkaian SWR meter yang saya gunakan adalah seperti pada gambar, cukup sederhana, baik konstruksinya maupun cara kerjanya. Perlu saya catat disini, proses merangkai SWR meter ini tidaklah kritis, demikian juga pemilihan bahannya.

Cara Kerja Rangkaian

Cara kerja rangkaian ini adalah, pertama melakukan pencuplikan (sampling) terhadap kedua gelombang berdiri araf forward dan reverse. Selain mencuplik, diode tersebut berfungsi juga sebagai penyearah (rectifier), kemudian “shunt” kapasitor menahan laju gelombang tersebut dari AC menjadi DC. Tegangan DC ini menimbulkan arus DC pada kedua titik pengukuran, yang kemudian dibandingkan keduanya ke dalam sebuah DC ampere meter.

Cara Alignment Rangkaian

1. Putar trimpot reverse adjuster ke posisi minimum, artinya tidak ada redaman terhadap arus menuju DC ampere meter reverse.

2. Atur trimpot penyeimbang jembatan pada posisi tengah.

3. Atus posisi potensiometer forward dan reverse pada posisi maksimum.

3. Pasang RF Dummy Load dengan Watt secukupnya, lebih baik watt-nya lebih besar dibanding RF output dari transmitter.

3. Pasang Transmitter dengan power secukupnya untuk membuat jarum forward mendefleksi secara penuh (5 Watt sudah cukup), dengan modulasi AM, FM atau CW.

4. Lakukan adjustment pada potensiometer forward dan reverse sampai jarum forward tepat pada skala maksimumnya.

5. Lakukan adjustment pada trimpot penyeimbang jembatan sampai jarum reverse mencapai titik minimum.

6. Lakukan adjustment pada trimpot reverse adjuster sampai jarum reverse menyentuh skala NOL.

7. Bila perlu ulangi langkah 4 s/d 6, sampai benar-benar OK. Namun hati-hati jangan terlalu lama menyalakan transmitter, dan selalu periksa apakah RF dummy load tidak over-heating.

8. Selamat, anda sudah menyelesaikan penalaan dengan sempurna. Tutup directional coupler dengan box yang telah dibuat.

Cara Menggunakan SWR Meter

1. Atus posisi potensiometer forward dan reverse pada posisi maksimum.

2. Pasang antenna anda pada jack yang disediakan.

3. Pasang Transmitter dengan power secukupnya untuk membuat jarum forward mendefleksi secara penuh (5 Watt sudah cukup), dengan modulasi AM, FM atau CW.

4. Amati defleksi pada jarum reverse. Secara kasar korelasi antara jarum forward dan reverse dengan SWR adalah sebagai berikut:

SWR Tabel

5. SWR meter ini aman digunakan untuk QSO walaupun tetap terpasang pada saluran transmisi, namun ada RF power yang hilang beberapa dB dalam rangkaian directional coupler dan loss connector, namun kita dapat terus mengamati SWR kita sambil QSO.

6. Pastikan SWR < 2, untuk keamanan pesawat anda, daya pancar yang tidak optimum, kemungkinan interferensi, dll.

Okay, mudahkan membuat SWR meter. See U again !