一款用5個(gè)LED燈做顯示的實(shí)用駐波指示器

筆者最近設(shè)計(jì)了一款用5個(gè)LED燈做顯示的駐波指示器。這款指示器采用了射頻竊電的方式，無(wú)需電源，體積小巧，重量輕，攜帶方便，非常適合業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者野外使用。指示器電路中的定向耦合器采用的是免調(diào)試的三磁環(huán)結(jié)構(gòu)，采用通用運(yùn)算放大器做比較器，比例電阻網(wǎng)絡(luò)做駐波比值定標(biāo)，用不同顏色的LED指示不同的駐波比范圍。整個(gè)電路沒(méi)有需要調(diào)整的元件，只要連接無(wú)誤就可以正常工作。在短波范圍內(nèi)，不需任何校準(zhǔn)和調(diào)整就可以使用，對(duì)于愛(ài)好者DIY非常簡(jiǎn)單方便。

圖1 LED駐波指示器電路原理圖

工作原理

LED駐波指示器原理圖見(jiàn)圖1，該電路由3部分組成：定向耦合器，駐波比值比較器，LED燈顯示器。

工作于短波段的定向耦合器有很多種，這里選用了無(wú)需調(diào)試的三磁環(huán)結(jié)構(gòu)，其工作原理和制作已有很多文章介紹，這里不再重復(fù)。

由定向耦合器輸出的正向信號(hào)，送到由R3、R4、R5、R6、R7、R8組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，并將對(duì)應(yīng)駐波比為1.2、1.5、2.0、3.0的分壓比分別給4個(gè)運(yùn)放的“+”輸入。定向耦合器輸出的反向信號(hào)，經(jīng)R1，R2分壓后同時(shí)送4個(gè)運(yùn)放的“-”輸入。

通用運(yùn)放構(gòu)成4個(gè)簡(jiǎn)單的比較器，當(dāng)反射信號(hào)超過(guò)對(duì)應(yīng)駐波比的正向參考值時(shí)，運(yùn)放輸出接近正電源的電壓；當(dāng)反射信號(hào)沒(méi)達(dá)到對(duì)應(yīng)駐波比的正向參考值時(shí)，運(yùn)放輸出接近負(fù)電源的電壓。如果在4個(gè)運(yùn)放的輸出端接上指示燈，就可以顯示>1.2、>1.5、>2.0、>3.0這4段駐波比值范圍了，只要低于最大駐波比的指示燈都會(huì)點(diǎn)亮，但這種方式不利于射頻竊電供電的情形，點(diǎn)亮的燈多，電流就大，射頻損耗就將加大。在實(shí)際電路中，筆者采用了原理圖中的LED接法，只點(diǎn)亮一個(gè)對(duì)應(yīng)駐波比范圍的LED，即增加了一段駐波顯示，還減少了損耗。5個(gè)LED分4種顏色：1.0~1.2用綠色（本想用藍(lán)色，但藍(lán)色LED燈點(diǎn)亮需要的電壓高，對(duì)最小功率要求相應(yīng)就高，因而放棄了），1.2~1.5也用綠色，1.5~2.0用$，2.0~3.0用橙色，3.0以上用紅色。實(shí)際使用中，只要看LED的發(fā)光顏色就可以判斷天線駐波的大小了。

運(yùn)算放大器和LED工作必須要有適當(dāng)?shù)碾娫?，該電源供?yīng)來(lái)自于射頻竊電電路。射頻竊電電路由VD2、VD3、VD5、VD6、E1、E2組成，該部分電路將來(lái)自于三磁環(huán)定向耦合器的正向信號(hào)和反向信號(hào)整流為正、負(fù)雙電源，給運(yùn)放IC使用。運(yùn)放IC可以在±1.5~±15V的范圍工作，所有的運(yùn)算都是比值運(yùn)算，與電壓的絕對(duì)值無(wú)關(guān)，因此電源電壓的變化，不會(huì)影響駐波比值的定標(biāo)，只會(huì)對(duì)LED燈的亮度有較大影響。根據(jù)LED亮度的變化，我們也可以在一定范圍內(nèi)判斷射頻功率的變化。

制作過(guò)程

筆者將整個(gè)指示器裝在了一個(gè)25mm×25mm×40mm的標(biāo)準(zhǔn)鋁合金型材屏蔽盒內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。

筆者設(shè)計(jì)的PCB為雙面，兩面都有元件。一般先焊有IC的一面，要按照原理圖和PCB的絲印將相應(yīng)的元件焊好，不要有虛焊和短路，然后焊PCB另一面的51Ω的電阻和IN60，見(jiàn)圖2。

圖2 在PCB上焊接IC

將LED的引腳在距根部1mm處彎成直角，注意長(zhǎng)腳為正，給LED引腳成型后，按需要的安裝高度（引腳垂直長(zhǎng)4.5mm）將LED焊好，并適當(dāng)調(diào)整，排列整齊，見(jiàn)圖3。

圖3 PCB上焊接LED的那面

圖4將焊好的PCB裝入屏蔽盒中

圖5 安裝于屏蔽盒兩端的接頭

將焊好的PCB裝入屏蔽盒中，見(jiàn)圖4。將兩個(gè)SL16-KF頭法蘭后的部分銼去鍍層上錫，將接頭安裝于屏蔽盒兩端，見(jiàn)圖5。

打開(kāi)后半個(gè)屏蔽盒，先將PCB和接頭上錫的部位焊起來(lái)，再將前半個(gè)屏蔽盒也拆下，將LED燈側(cè)的PCB和接頭上錫的部位焊起來(lái)，見(jiàn)圖6。

圖6 將PCB和接頭上錫的部位焊起來(lái)

用直徑0.33mm的聚胺酯漆包線，在10×6×5的鎳鋅磁環(huán)上穿繞20圈，共繞3個(gè)，繞向要一致、均勻，松緊適當(dāng)，見(jiàn)圖7。取50-3的同軸電纜3cm，按圖中所示切割成型，穿于一個(gè)磁環(huán)中，見(jiàn)圖8。

圖7 繞指磁環(huán)

圖8 將同軸電纜穿過(guò)磁環(huán)

按原理圖和圖中所示將3個(gè)磁環(huán)焊好，其中電纜的屏蔽層只能單端接在接頭外的導(dǎo)體上。用熱熔膠將3個(gè)磁環(huán)固定。把屏蔽盒裝回，并固定好接頭法蘭的螺絲。一個(gè)小巧精致的LED駐波指示器就做好了，見(jiàn)圖9。

圖9 安裝好的指示器電路及外觀

測(cè) 試

只要組裝無(wú)誤，這個(gè)駐波指示器就可以正常使用，電路的IN端接發(fā)射機(jī)，OUT端接天線或負(fù)載，有發(fā)射就有燈亮（射頻功率>5W）。為了驗(yàn)證駐波比指示的是否正確，可以使用假負(fù)載（SWR為1.0）和一些電阻，如68Ω（SWR約1.3），82Ω（SWR約1.6），30Ω（SWR約1.7），100Ω（SWR約2.0），16Ω（SWR約3.2）等，功率要大些，也可以用多個(gè)電阻并聯(lián)，但不要串聯(lián)。在20MHz以下，一般引腳的電阻并聯(lián)可以減小分布電感的影響，改善高頻響應(yīng)，而串聯(lián)則使頻率特性更差。如果指示燈顯示不正確或偏差很大，則需打開(kāi)屏蔽盒，對(duì)照原理圖，認(rèn)真檢查，排除錯(cuò)誤。

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圖10 實(shí)測(cè)圖片

圖10是筆者測(cè)試時(shí)的一些照片。實(shí)際測(cè)試表明，最小的LED點(diǎn)燈功率要5W以上，插損小于0.3dB。由于這個(gè)駐波指示器的體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，建議最大功率不超過(guò)50W，其使用頻率可以覆蓋短波段和6m波段，如果耦合器做得好，高頻端可以超過(guò)160MHz。