MESSEN&TESTEN

12 Elektor 10/2002

Digitales HF-WattmeterHF-Leistungsmessung von 1 kHz bis 1 GHz

Entwurf von Thomas Scherrer OZ2CPU www.webx.dk

Ein präzises HF-Wattmeter ist ein relativ kostspieliges Messgerät. Dasgilt aber nicht für den hier vorgestellte Selbstbau-Wattmeter. Es verfügtmit einem Frequenzbereich von 1 kHz bis 500 MHz (Relativmessung bis1 GHz) und einem Dynamikbereich von 90 dB über professionelleEigenschaften und ist trotzdem erschwinglich. Die Anzeige erfolgtsowohl digital als auch analog auf einem zweizeiligen LC-Display.

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1310/2002 Elektor

Dezibelmilliwatt (dBm)

Analog zum Dezibel in der Pegelmessungverwendet man für die logarithmische HF-Leistungsmessung dBm als Einheit. 0 dBmsind dabei 1 Milliwatt an 50 Ω. Größere Lei-stungen werden auch in dBW angegeben,wobei 0 dBW eine Leistung von 1 Watt an 50W ist. Entsprechend sind: +10 dBm =10 mW; +20 dBm = 100 mW; +30 dBm =0 dBW = 1 W und so weiter.Neben der relativen Leistungsangabe in‘dBm’ ist das digitale HF-Wattmeter auch inder Lage, gleichzeitig die Absolutwerte an50 Ω anzuzeigen, also die Leistung in Wattund ebenso die Signalspannung als Effekti-vwert (Veff).

Der AD8307Wie das Blockschaltbild (Bild 1) erkennenlässt, handelt es sich beim AD8307 von Ana-log Devices im Wesentlichen um einen inte-grierten logarithmischen Verstärker. DerAD8307 ist laut Datenblatt auch „kostenef-fektiv“, in der Praxis liegt der Einzelstück-preis unter 15 . Die vom Entwicklerursprünglich vorgesehene DIL-Version desICs ist zwar einfacher in der Handhabungund Montage, zeigt aber aufgrund der viellängeren Anschlusspins bei Frequenzen über500 MHz und mit Einschränkungen bis 1GHz verwenden lässt, insbesondere nachmehrfacher Optimierung des Platinenlayouts.Allerdings ändert auch ein optimales Layoutnichts an der Tatsache, dass der Dynamikbe-reich des ICs bei sehr hohen Frequenzenzurückgeht. Über 300 MHz sollte die Ein-gangsleistung nicht höher als +20 dBm (100mW) sein, um die Messgenauigkeit zu erhal-ten. Dieses gut dokumentierte Manko desAD8307 ist aber kein großes Problem, wennman es weiß und für entsprechendeAbschwächung am Eingang sorgt. Der Autordankt an dieser Stelle befreundeten HF-Ent-wicklern und Funkamateuren, die mit Rat, Tatund Messgeräten mit dazu beigetragenhaben, die Eingangsschaltung zu optimieren.

Die SchaltungDer Schaltplan des HF-Wattmeters in Bild 2lässt sich in vier Baugruppen unterteiltbetrachten. Der geringe Schaltungsumfangergibt sich dadurch, dass alle wesentlichenFunktionen mit zwei Komponenten realisiertwerden, nämlich mit IC1 und IC2.Die gesamte analoge Signalaufbereitung, diefür die Genauigkeit des Ergebnisses maß-geblich ist, übernimmt die separat darge-stellte Messwandlerschaltung mit IC1, demAD8307. Dieses IC wandelt die HF-Spannung

Als Messwandler dient in diesemMessgeräte-Projekt ein AD8307, des-sen Signal von einem PIC-Mikrocon-troller mit 10-bit-A/D-Wandler aus-gewertet wird. Der AD8307 ist fre-quenzkompensiert und bieteteingangsseitig ein optimales Steh-wellenverhältnis (SWR) über einenweiten Frequenzbereich.Als Mikrocontroller wird einPIC16F876 verwendet, der übereinen eingebauten 10-bit-Analog/Digital-Wandler verfügt.

Mit Hilfe von Lookup-Tabellen wan-delt der Controller die dBm-Werte ineine Anzeige der HF-Spannung inVolt und der HF–Leistung in Watt.

Die Anzeige aller Werte (inklusiveBalkenanzeige) erfolgt auf einemzweizeiligen Flüssigkristall-Display(20×2) mit Hintergrundbeleuchtung.Weitere Funktionen sind zum Bei-spiel ein DC-Messbereich mit Spei-cherfunktion (siehe Kapitel Software-Beschreibung).

BANDGAP REFERENCEAND BIASING

SIX 14.3dB 900MHzAMPLIFIER STAGES

MIRROR

INPUT-OFFSETCOMPENSATION LOOP

COMMON

–INPUT

+INPUT

SUPPLY ENABLE

INT. ADJ

OUTPUT

OFS. ADJ.

AD8307

7.5mA

1.15k Ω

3

2

2µA/dB

12.5kΩ

COM

NINE DETECTOR CELLSSPACED 14.3dB

INT

ENB

OUT

020026 - 11

OFSCOM

INM

INP

VPS

Bild 1. Blockschaltbild des AD8307.

SpezifikationenFrequenzbereich: 1 kHz bis 500 MHz (kalibriert)

1 kHz bis 1000 MHz (unkalibriert, für Relativmessungen)

Nenn-Eingangsimpedanz: 50 ΩEingangs-Leistungsbereich: –60 dBm bis +30 dBm

(1 Nanowatt bis 1 Watt).Eingangs-Leistungsbereich mit externem 50-dB-Abschwächer: bis zu 100 kWDynamikbereich: 90 dB (bei gut abschirmendem Gehäuse)Auflösung: 0,1 dBm (Balkenanzeige 1 dBm)Eingangs-Reflexionsverlust/Input return loss: @300kHz: –35dB

@100MHz: –27dB@500MHz: –25dB

EIngangs-SWR: @ 300kHz: 1,036@100MHz: 1,094@500MHz: 1,12

Genauigkeit ohne Abgleich: ±1 dB von 1 MHz bis 450 MHz.Genauigkeit nach Abgleich: ±0,2 dB bei AbgleichfrequenzDC-Volt-Messbereich: 0 bis 20 VDC-Volt-Auflösung: 20 mVDC-Volt-Genauigkeit nach Abgleich: ±20 mVBetriebsspannung: 9 bis 20 V GleichspannungStromaufnahme: 30 mA ohne Displaybeleuchtung;

120 mA mit normaler Displaybeleuchtung

am Eingang K4 in eine logarithmisch abge-stufte Gleichspannung, die zwischen 0 V und2,5 V verläuft und am Ausgang K5 anliegt.Das Widerstands-Netzwerk am Eingang bil-det die im HF-Bereich übliche Standard-Ein-gangsimpedanz von 50 Ω und ist bis zu 1 Wbelastbar. C1 und L1 dienen der Anpassungund sorgen durch Kompensation von Streu-kapazitäten und Induktivitäten für eine Opti-mierung des SWRs (Stehwellenverhältnisses)am Messeingang bei hohen Frequenzen.Den Rest der Signalverarbeitung besorgt IC2,der Mikrocontroller PIC16F876, der mit Hilfe

der vom Entwickler geschriebenenSoftware die folgenden Funktionenrealisiert:

– Digitalisierung der vom AD8307gelieferten Gleichspannung

– Umwandlung in die genanntenAnzeige-Einheiten

– Steuerung des Displays– Abfrage der Bedienelement (Taster

S1 und S2 sowie Drehenkoder K2).

Der PIC wird beim Einschalten über

R9 und C8 zurückgesetzt (Power-on-reset). Seine integrierte Oszillator-schaltung erzeugt in Verbindung mitdem externen Keramikresonator eineTaktfrequenz von 4 MHz.Die dritte Baugruppe ist das LC-Dis-play. Mit zwei Zeilen zu 20 Zeichenhandelt es sich um ein marktgängi-ges Display, das in dieser Form vonverschiedenen Herstellern gefertigtwird. Der Kontrast lässt sich miteinem externen Trimmpotentiometereinstellen.

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14 Elektor 10/2002

C10

100n

X1

4MHz

K2ENKODER

ENKODER

12

34

56

78

910

1112

1314

K3

1516

R10

1k

R11

1k

C9

100n

+5V

K1 +5V

K6

+5V

R15

12

0k

R16

10

k

R17

18

0k

C7

100n

PIC16F876

RA3/VREF

RB0/INT

RA5/AN4

RA1/AN1

RA0/AN0

RA2/AN2

RA4/T0

RC6/TX

RC7/RX

MCLRIC2

OSC2

OSC1

RC0

RC3

RC4

RC1

RC2

RC5

RB1

RB2

RB3

RB4

RB5

RB6

RB7

20

10

28

27

26

25

24

23

22

21

11

12

13

14

16

15

17

18

198

1

9

3

2

4

6

5

7

R9

47

kC8

1n

+5V

R14

10

Ω

+5V

+5V

10k

P1

C14

100n

S1 S2

MENUSELECT

D1

D2

D3

D4

RS

D0

RW

E

D5

D6

D7

RS

E

D1

D3

D5

D7

RW

D0

D2

D4

D6

+5

0

A

DC

LED1LED2

LCD

LED

2

LED

1

VS

S

VD

D

LCD Display 2 x 20 Zeichen

VO

RS

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

10111213141516

RW

E

123456789

K3

BOURNS3315Y-1-016

7805

IC3

C11

100n

C13

100µ25V

C12

10µ16V

D1

1N4001

+5VDC

150mA

VOLTMETERDC

AD8307

IC1INP

OUTINM

OFS

INT

COM

SUP EN

8

7

2

41

6

3

5

R8

47

0k

R4

39

Ω

R5

33

Ω

R7

47

Ω

R1

100Ω

R2

100Ω

R3

100Ω

R6

68Ω

C1

8p2

L1

3T

Ø 3mm

C6

100n

C4

100n

C5

100n

C2

100n

K5

+5V'

+5

0

AK4 8...16V

020026 - 12

EINGANG

Bild 2. Schaltbild des HF-Wattmeters. Die wichtigsten Bauteile sind der AD8307 als Signalkonverter am Eingang und der MikrocontrollerPIC16F876 für die digitale Signalaufbereitung und Displaysteuerung.

Als vierter und letzter Schaltungsteilist die völlig konventionelle Strom-versorgung mit IC3 zu nennen. Der5-V-Spannungregler ist am Eingangdurch eine Diode (D1) vor Verpolungder angelegten Gleichspannunggeschützt. Der Eingang ist für denAnschluss eines einfachen Stecker-netzteils ausgelegt, das eine Gleich-spannung im Bereich zwischen 8und 16 V bei einer Belastbarkeit von150 mA liefert.

PIC16F876Den Anforderungen für dieses Pro-jekt kommt ein preiswerter Mikro-controller mit integriertem 10-bit-A/D-Converter (ADC) sehr entgegen.Für die einfache Entwicklung sollteer möglichst auch über ein entspre-chendes Programmierinterface undeinen Flash-Programmspeicher ver-

fügen. Wichtig ist auch die Anzahlder verfügbaren digitalen I/O-Lei-tungen. Benötigt werden zwei Ein-gänge für die beiden Taster und wei-tere zwei für den Drehenkoder sowiesieben Ausgänge für das LC-Displayim 4-bit-Modus oder 11 Ausgänge im8-bit-Modus. In der PIC-Familie vonMicrochip kommen dafür die Typen16F873 und 16F876 in Frage. Diesebeiden Mikrocontroller unterschei-den sich nur in der Größe des Flash-Programmspeichers (4 oder 8 kB). Dader preisliche Unterschied nicht sehrgroß ist, wird in der Schaltung derController mit dem größeren Flash-speicher eingesetzt.Der 16F876 hat fünf analoge Ein-gänge und einen Wandler mit 10 bitAuflösung. Der Eingangsspan-nungswert im Bereich zwischen 0und 5 V wird in Zahlenwerte von 0bis 1023 umgesetzt. Der AD8307 lie-fert aber eine Spannung zwischen 0

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1510/2002 Elektor

(C) ELEKTOR020026-1

C1

C2

C3

C4C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11C12

C13

C14

D1

H1

H2

IC1 IC2

IC3

K1K2

K5

K6L1 P1

R1 R2

R4

R5R6R7

R8R9

R10

R11

R14

R15

R16

R17 X1

+0

020026-1

+5

+5

0

0

DC

A

IN

A

K3

(C) ELEKTOR020026-1

Bild 3. Die doppelseitige und durchkontaktierte Platine des digitalen HF-Wattmeters, die in Eingangs-Platine und Controller-Platine aufgeteilt wird.

Stückliste

Widerstände:SMD-Bauform 1206 oder 0805:R1,R2,R3 = 100 ΩR4 = 39 ΩR5 = 33 ΩR6 = 68 ΩR7 = 47 ΩR8 = 470 kR9 = 47 kR10,R11 = 1 kR15 = 120 kR16 = 10 kR17 = 180 kR14 = 10 Ω/1 WP1 = 10 k Trimmpotentiometer

Kondensatoren:SMD-Bauform 1206 oder 0805:C1 = 8p2C2-C7,C9,C10,C11,C14 = 100 nC8 = 1 nC12 = 10 µ/16V stehendC13 = 100µ/25V stehend

Spule:L1 = Luftspule, mit 3 Wdg. 0,5-mm-CuL

und 0,5mm Windungsabstand auf 3-mm-Wickeldorn wickeln

Halbleiter:D1 = 1N4001IC1 = AD8307AR (SMD)IC2 = PIC16F876-04/SP, programmiert, EPS

020026-41*IC3 = 7805

Außerdem:K1 = 5-polige StiftleisteK2,K5 = 3-polige Stiftleiste K3 = 16-polige Stiftleiste, einreihig K4 = BNC-Buchse mit FlanschK6 = 4-polige StiftleisteS1,S2 = Taster, 1-polig, SchließerPC1,PC3,PC8,PC10,PC12 = LötnägelX1 = 4-MHz-Keramikresonator (siehe Text)LCD-Modul mit 2 Zeilen zu 20 Zeichen, z.B.

LM032L (PC2002LRS-BEA-C)Drehenkoder Typ 3315Y-1-016 (Bourns)Steckernetzteil-Buchse für Platinenmontage28-polige IC-Fassung, schmalPlatine EPS 020026-1Diskette mit Quellkode EPS 020026-11

(Disketteninhalt auch als Gratis-Downloadverfügbar)*

*Programmierte Controller, Platinen,Disketten und Gratis-Downloads sieheServiceseite in der Heftmitte und Websitewww.elektor.de

und 2,5 V. Um trotzdem die volle Auflösungdes ADCs im PIC zu nutzen, besteht die Mög-lichkeit, den Bereich durch eine externe posi-tive Referenzspannung anzupassen. Diesgeschieht mit Hilfe des Spannungsteilers R10und R11, der aus der 5-V-Betriebsspannungder Schaltung 2,5 V ableitet. Der absoluteWert der Spannung ist nicht kritisch, da einOffset beim Abgleich des 0-dBm-Punkts inder Software korrigiert werden kann.Als Programmer für den PIC eignet sich sehrgut der von Johann Aichinger entwickelte

PROPIC. Schaltung und Software kön-nen von folgender Webadresse her-untergeladen werden:http://jaichi.virtualave.net/Es gibt natürlich auch andere PIC-Programmer, die den 16F876 unter-stützen, wie beispielsweise der ‘IC-PROG’ von Bonny Gijzen, der sehruniversell ausgelegt und beiwww.ic-prog.com zu finden ist. DieSoftware für das HF-Wattmeterwurde mit der PIC-Entwicklungs-

umgebung ‘MPLAB’ von Microchipin Verbindung mit dem externen C-Compiler PICC von HI-Tech ent-wickelt. Bei www.htsoft.com isteine kostenlose Demo-Version desCompilers verfügbar. Wenn man dieSoftware des Wattmeters recompi-liert, kann man beispielsweise denEröffnungstext auf dem Displayändern und den eigenen Namenoder das eigene Rufzeichen einbrin-gen. Der Quellkode der Wattmeter-Software steht auf dem Elektor-Web-site (www.elektor.de) zum kosten-losen Download zur Verfügung. Dieentsprechende Download-Datei hatdie Nummer 020026-11 und ist in derListe zu Elektor Oktober 2002 zu fin-den. Natürlich gibt es diese Softwareauch auf Diskette, falls benötigt(siehe Service-Anzeige in der Heft-mitte).

PraxisDie Praxistauglichkeit eines Selbst-bau-Messgeräts hängt maßgeblichvon der mechanischen Konstruktionab. Bei einem HF-Projekt kommt esnatürlich immer auch auf die richtigeAbschirmung an. Ausgangspunkt für den Aufbau istdie doppelseitige und durchkontak-tierte Platine (Bild 3), die vor derBestückung in zwei Teilplatinen(Controller- und Eingangs-Platine) zutrennen (sägen) ist.

Eingangs-PlatineDiese Platine (Bild 4) wird wegender besseren HF-Eigenschaften mitSMDs (surface mount devices)bestückt. Im Folgenden einige Hin-weise zur SMD-Bestückung:Wenn Sie mit der rechten Handlöten, zuerst ein klein wenig Zinn aufdie rechten Löt-Pads aufbringen.Dann das SMD-Bauteil mit der linkenHand mit einer Pinzette aufnehmen,in Position bringen, gerade haltenund auf der rechten Seite festlöten.Damit ist das Bauteil auf der rechtenSeite fixiert und kann nun einfachauch auf der linken Seite gelötetwerden.Für das Einlöten des AD8307 bringtman zuerst ein klein wenig Zinnmöglichst schnell und präzise auf dasLötpad für Pin 3 des ICs auf. Danndas IC in Position bringen, anpressenund die Lötstelle für Pin 3 kurzerwärmen, so dass Pin 3 des ICs mit

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Bild 4. Die Eingangs-Platine mit angelötetem BNC-Buchsen-Flansch.

Bild 5. Die Controller-Platine wird auf der Rückseite des LCD-Moduls montiert.

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1710/2002 Elektor

dem Lötpad verlötet wird. Gegebe-nenfalls dabei die Position des ICskorrigieren und anschließend dieanderen Pins verlöten.Das Layout der Eingangsplatine istso ausgelegt, dass SMD-Bauteile derBauformen 1206 und 0805 verwen-det werden können. Die Spule L1besteht aus 3 Windungen mit 0,5-mm-CuL und einem Wicklungs-durchmesser von 3 mm, derAbstand der Windungen beträgtetwa 0,5 mm.Die Eingangs-Platine wird direkt amFlansch einer BNC-Buchse montiert,zur Befestigung dienen M2,5-Gewin-debohrungen. Bei einigen BNC-Buchsen ist der mittlere Pin miteinem 3-4 mm langen Teflonstück

ummantelt. Diese Isolation mussentfernt und der mittlere Anschluss-pin auf etwa 2 mm Länge gekürztwerden.Die Flansch-Rückseite muss sichverlöten lassen. Eine eventuell vor-handene Isolierschicht ist daher zuentfernen. Die Buchse ist mit beidenPlatinenseiten zu verlöten, dabeisollte man nicht zu sparsam mit Löt-zinn sein.

Controller-PlatineEin früher Prototyp dieser Platine istin Bild 5 zu sehen. Für denPIC16F876 sollte eine hochwertige

Fassung (gedrehte Pins) verwendetwerden. Im Prinzip kann man denController auch direkt in die Platinelöten, da er sich in-circuit updatenlässt, wenn man über geeignete Pro-grammierwerkzeuge verfügt. Aller-dings sollte man damit noch warten(siehe Kapitel „Hardwaretest).Außerdem erschwert ein eingelöte-ter Controller die Fehlersuche, da einAustausch des ICs oder ein Testaußerhalb der Platine ein Aus- undEinlöten mit den damit verbundenenRisiken für Controller und Platineerfordert.Die Frequenz des Keramikresonatorsvon 4 MHz ist nicht besonders kri-tisch. Normalerweise wird eine 2-polige Ausführung verwendet. Ver-

zichtet man auf den optionalen seri-ellen Ausgang (siehe Textkastenüber die Menübedienung), kannman auch einen 3-poligen Resonatormit integrierten Kondensatoren ver-wenden.Die Controller-Platine wird auf derRückseite des LCD-Moduls mit zweiAbstandshaltern von etwa 10 mmoder mehr montiert. Für die Montagedes LCD-Moduls auf der Gehäuse-Frontplatte benötigt man vierAbstandshalter. Der Widerstand R14für die Hintergrundbeleuchtung isteine 1-W-Ausführung. Ein Wert von10 Ω ergibt gute Helligkeit, wenn

man (Batterie-) Strom sparen möchte, kannman auch 20 Ω einsetzen und einen Schalterfür die Beleuchtung vorsehen.Der Spannungsregler 7805 wird etwas heiß,wenn das Steckernetzteil mehr als 10 V lie-fert. In diesem Fall ist für Kühlung zu sorgen(Kühlkörper oder Montage am Metall-gehäuse).

Drehenkoder und SchalterDer einfache und preiswerte Drehenkoder hateinen Doppelkontakt und liefert Gray-Code.Er wird zur Auswahl von Menüpunkten undfür Einstellungen verwendet (siehe Soft-warebeschreibung). Wenn die Drehrichtungnicht zu stimmen scheint, sind die Anschluss-drähte an den beiden Datenausgänge ver-tauscht.Der Taster S1 dient zur Bestätigung (Aktivie-

rung) von Menü-Optionen, mit S2 erfolgt derMenü-Aufruf.

Hardware-TestDieser Abschnitt setzt voraus, dass beide Pla-tinen sorgfältig bestückt und kontrolliert wur-den. Der PIC sollte noch nicht bestückt bezie-hungsweise eingelötet sein. Man beginnt mitdem Test des Controllerboards, das mit dem7805 bestückt ist. Nach Anlegen von 9 V andie Platine wird die 5-V-Spannung am 5-V-Anschlusspunkt für die Eingangs-Platine (inder Nähe von C12) gemessen sowie die Span-nung von 2,5 V, die an der Fassung von IC1(Pin 5) anliegen sollte. An Pin 1 von IC1 sollten

Bild 6. Vorschlag für ein abschirmendes Gehäuse aus einseitig beschichtetem Platinenmaterial.

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Menüs der Software V. 1.03Die vom Entwickler geschriebene Software für den Mikrocontrol-ler PIC16F876 realisiert und steuert die meisten Funktionen desHF-Wattmeters. Der Quellkode der Wattmeter-Software kannvom Elektor-Website (www.elektor.de) kostenlos heruntergela-den werden. Die entsprechende Download-Datei hat die Num-mer 020026-11 und ist in der Liste zu Elektor Oktober 2002 zufinden. Natürlich gibt es diese Software auch auf Diskette, fallsbenötigt. Ebenfalls erhältlich sind fertig programmierte Controller(EPS 020026-41, siehe Service-Anzeige in der Heftmitte).

Die Begrüßungs-Anzeige auf dem LC-Display sieht so aus:

Die Haupt-Start-Anzeige enthält die Angaben:dBm, status, HF-voltage Bargraph, HF-power watts

Wird keine Abschwächung verwendet, erstreckt sich der dBm-Messbereich von –63 dBm (Rauschboden) bis +30 dBm (1 W).Die Status-Anzeige zeigt den gewählten Frequenzbereich (fre-quency band) und den Abschwächungs-Modus (attenuationmode). Mit dem Drehgeber erfolgt die Auswahl der folgendenFrequenzbereiche mit den zugehörigen Abgleich-Speichern (cali-bration memories): LF, HF, VHF, UHF und SHF. Es wird empfoh-len, die jeweiligen 0-dBm-Punkte bei folgenden Frequenzen abzu-gleichen: LF = 3,5 MHz, HF = 14 MHz, VHF = 145 MHz, UHF= 430 MHz, SHF = 440 MHz. Natürlich kann man auch beianderen Frequenzen abgleichen, wenn man den Referenzpunkt in

einem bestimmten Frequenzabschnitt innerhalb des Bereichshaben möchte.Im Wattmeter-Menü aktiviert das Drücken des SELECT-Tastersden RELATIVE-Modus. Im Gegensatz zur gleichzeitigen Anzeigevon dBm und Bar-Graph (Balken-Anzeige) zeigt in diesem Modusnur der Bar-Graph die Leistung, während die dBm-Anzeige aufNull bleibt.

Das MenüUm zu menu/settings zu gelangen, betätigt man den MENU-Taster(S2). Innerhalb eines Menüs erfolgt mit dem Drehenkoder dieAnwahl der gewünschten Einstellung, deren Aktivierung noch einDrücken des Tasters SELECT erfordert und auf dem Displaybestätigt wird.

Verfügbare Menüpunkte:0: 0 dB, kein externer Abschwächer, 1 W max.1: –10 dB externer Abschwächer, 10 W max.2: –20 dB externer Abschwächer, 100 W max.3: –30 dB externer Abschwächer, 1 kW max.4: –40 dB externer Abschwächer, 10 kW max.5: –50 dB externer Abschwächer, 100 kW max.6: DC-Voltmeter, aktueller Wert und Min. und Max.7: HF-Power-Meter, voreingestellte Startanzeige

(default start up screen)8: SSB-PEP- (Peak Envelope Power) Wattmeter, mit Peak-hold

und variablem Decay.9: Reflexionsverlust mit SWR-Anzeige (nur in Verbindung mit

SWR-Brücke verwendbar)10: 0-dBm-Abgleich im gewählten Frequenzbereich11: Lese alle Abgleichwerte12: Lösche alle Abgleich-Speicher.13: Zeige Update-delay 2-80 ms, Peak-hold und Decay-speed14: About-Info, zeigt Software-Version etc.

DC-VoltmeterDer Eingang ist verpolungsfest, aber nicht überspannungsge-schützt. Die DC-Voltmeter-Anzeige umfasst den aktuellen Wertsowie Maximal- und Minimalwert (Max./Min.-Speicherfunktion).Das Löschen der gespeicherten Max./Min.-Werte erfolgt mit demSELECT-Taster. Mit dem DC-Voltmeter kann man zum Beispiel beiBatteriebetrieb die Batteriespannung messen. Der Messbereichbeträgt 0-20 V bei einem Eingangswiderstand von etwa 80 kΩ.

ExtrasFür einen seriellen Ausgang gibt es an Pin 17 des PICs ein seriellesSignal, das mit dem bekannten Pegelkonverter MAX232 zu einemRS232-kompatiblen Ausgangssignal aufbereitet werden kann.Damit ist ein Anschluss an jeden PC mit seriellem Port möglich.Jedes übliche Terminal-Programm wie zum Beispiel HyperTermi-nal kann die Werte dann einlesen und anzeigen. Die Einstellungder COM-Schnittstelle: 38400 Baud, 8-bit-ASCII, keine Parität, 1Stopp-Bit (Kurz: 38K4 8 N 1).

der 10-MΩ-Widerstand parallel zu R16geschaltet. Vor dem Löten wird die Spannungvom Eingang genommen und das Wattmeterausgeschaltet. Bei 20 V am Eingang kann einKurzschluss der Widerstände R15 oder R17den Mikrocontroller killen, weil dann 20 V anseinem Pin 2 anliegen.

WarnungenHohe HF-Spannungen von Sendern könnenVerbrennungen und andere Hautschäden ver-ursachen, im UHF- und Mikrowellenbereichgenügen dafür schon einige Volt. DasBerühren von Leitungen und Anschlüssen,die das Ausgangssignal eines stärkeren Sen-ders führen, ist daher unbedingt zu ver-meiden. Der AD8307 nimmt schon Schaden, wennman seinen Ausgang versehentlich an +5 Vlegt. Man sollte beim Anschluss an die Con-trollerplatine die Verbindungen daher sehrgenau kontrollieren.Die Eingangsplatine verträgt maximal 1Watt Leistung am Eingang. Das Display gibtkeine Warnung, bei einer Überlastung desEingangs geht der angezeigte Displaywertsogar zurück! Zu viel Power am Eingang wirdden AD8307 zerstören, und zwar schon langebevor die Widerstände zu rauchen beginnen.Es gibt keinen Eingangs-Überlastschutz,weder am DC-Voltmeter-Eingang noch amHF-Eingang.Für Messungen an Sendern mit mehr als 1 WLeistung benötigt man daher einen geeigne-ten Abschwächer oder Koppler mit gleicherFunktion. Informationen über die vom Autorgebauten und verwendeten Abschwächer fürVHF/UHF (30 dB, max. 50 W) und Kurzwelle(50 dB, max. 1 KW) sind auf seiner Website zufinden.

Zum SchlussDas Mustergerät ist seit über einem Jahr inBetrieb und hat sich in dieser Zeit sehr gutbewährt. Bei nur geringen Unter-schieden bei Genauigkeit sowie Frequenz-und Dynamikbereich ergibt sich gegenüberprofessionellen HF-Leistungsmessern eineKostenersparnis um den Faktor 20 bis 40.Als künftige Erweiterung ist die Verwendungvon zwei Eingangsplatinen denkbar, um inVerbindung mit einer entsprechenden Ergän-zung der Software eine Differenzmessung(Eingang A minus Eingang B) zu ermöglichen,wodurch sich neben dem berechneten SWRauch die reflektierte Leistung anzeigen lässt.Prophylaktisch hat der Autor bei seinemMustergerät schon eine zweite Eingangs-buchse vorgesehen, die aber noch nichtbelegt ist... (020026-1e)

ebenfalls 5 V anliegen.Ist so weit alles in Ordnung, kannman die 9-V-Spannung wieder ent-fernen, den PIC einsetzen, das LCD-Modul anschließen und die 9-V-Span-nung wieder anlegen.Mit P1 wird jetzt der Display-Kon-trast entgegen dem Uhrzeigersinnauf Maximum eingestellt (0 V an Pin3), um zu sehen, ob das Displayfunktioniert. Anschließend P1 aufbeste Ablesbarkeit der Anzeige ein-stellen. Die Hintergrundbeleuchtungsollte ausreichend hell sein (eventu-ell Wert von R14 überprüfen).Als Erstes zeigt das Display dieBegrüßungsmeldung des Mikrocon-trollers (siehe Textkasten). Wennman jetzt den Anschlusspunkt „A“für die Eingangsplatine mit dem Fin-ger berührt (und somit Brummspan-nung an Punkt „A“ anlegt), sollte aufdem Display eine Reaktion sichtbarsein. Damit ist der Test der Control-lerplatine vorerst beendet, die 9-V-Spannung wird wieder entfernt.Auf der Eingangs-Platine kontrolliertman zuerst noch einmal alle Lötstel-len am AD8307 und den anderenBauteilen, bevor man die Platine andie Controller-Platine anschließt. Fürdie Signalverbindung kann man ambesten normales abgeschirmtes NF-Kabel verwenden. Jetzt wieder die9-V-Betriebsspannung anlegen unddie Stromaufnahme überprüfen, dieunter 150 mA liegen muss.Wenn kein HF-Generator zur Verfü-gung steht, kann man ersatzweisefür einen ersten Test auch ein Hand-funkgerät verwenden. Ein StückDraht als Antenne am BNC-Eingangder Eingangs-Platine sorgt dafür,dass das Funkgerät beim Senden einEingangssignal für das HF-Wattme-ter liefert. Je kleiner der Abstand,desto höher wird naturgemäß derempfangene Pegel sein.Lässt sich so die prinzipielle Funk-tion feststellen, ist es jetzt unum-gänglich, für den genauen Abgleicheinen HF-Signalgenerator zu besor-gen. Vorher sollte man die Platinenaber in ein abschirmendes Gehäuseeinbauen.

GehäuseWenn man ein Gehäuse selbst anfer-tigt, kann man es den Abmessungender Komponenten anpassen. Einebewährte Lösung für HF-Geräte ist

die Verwendung von einseitigbeschichtetem Platinenmaterial, dassich einfach schneiden, bohren undzusammenlöten lässt. Etwas Sorgfalterfordert das Aussägen des recht-eckigen Display-Fensters. Das fertigeGehäuse kann man beispielsweisemit schwarzer Sprühfarbe lackierenund mit weißen Aufreibbuchstabenbeschriften, die mit einer transpa-renten Lackschicht fixiert undgeschützt werden. Das Mustergerätdes Autors ist in Bild 6 zu sehen.

HF- und DC-AbgleichDer Abgleich erfolgt über die Soft-ware durch menügesteuerte Einstel-lungen (siehe Textkasten). Dazu wirdein Referenzpegel von 0 dBm an dieEingangsbuchse angeschlossen. Fürdie Einstellung wählt man zuerst mitdem Drehenkoder den Abgleichspei-cher für den entsprechenden Fre-quenzbereich, drückt dann auf dieMenü-Taste, wählt „Calibrate 0dBm” und drückt die Auswahltaste.Der 0 dBm-Signalpegelwert wirdnun im Controller gespeichert. Indem damit abgeglichenen Frequenz-bereich liegt die Genauigkeit absofort innerhalb von ± 0,2 dB.Genau so werden jetzt auch dieanderen Frequenzbereiche abgegli-chen, insgesamt sind es fünf Fre-quenzbereiche, denen jeweils einAbgleichspeicherplatz zugeordnetist (LF, HF, VHF, UHF und SHF).Jeder einzelne Bereich kann jeder-zeit neu abgeglichen werden – sooft, wie man möchte.

Der Abgleich des DC-Messbe-reichs erfolgt hardwaremäßig durcheinen Feinabgleich des Spannungs-teilers am DC-Voltmeter-Eingang,der aus R15 mit parallel geschalte-tem Widerstand R17 als oberemWiderstand und R16 als unteremWiderstand besteht. Für denAbgleich benötigt man eine auf 20 Veinstellbare Gleichspannung und eingenaues Voltmeter (Digitalmultime-ter) zum Vergleich. Das Wattmeterstellt man mit Menu -> Dial -> Sel-ect in den DC-Voltmeter-Modus.Nach Anlegen von 20,00 V an denDC-Eingang sollte die Anzeige idea-lerweise auch 20.00 sein. Ist derangezeigte Wert kleiner, schaltetman einen 10-MΩ-Widerstand paral-lel zum oberen Widerstand R17; istder angezeigte Wert zu groß, wird

MESSEN&TESTEN

1910/2002 Elektor