I. Wiadomości ogólne.
Jednym z najtrudniejszych zagadnień w budowie amatorskich urządzeń nadawczych jest prawidłowy pomiar mocy. Pomiar w zakresie kilku miliwatów, zwłaszcza przy częstotliwościach powyżej 100 MHz (np. przy uruchamiania generatorów), może stanowić poważny problem. Najprostszym rozwiązaniem jest pomiar napięcia w.cz. na rezystorze pomiarowym o znanej impedancji równej impedancji linii przesyłowej i impedancji wyjścia źródła sygnału. Stosowane tutaj różne rodzaje detektorów diodowych mają jednak z reguły poważne wady. Dokładne pomiary małych napięć utrudnione są przez bardzo nieliniową charakterystykę diody w tym zakresie i nawet stosowanie szerokopasmowych wzmacniaczy nie pozwala zupełnie uniknąć tego efektu. Skalowanie miernika punkt za punktem i to dla każdego zakresu, staje się nieodzowne. Dużym problemem jest również kształt i czystość mierzonego sygnału. Miernik diodowy skalowany jest co prawda w wartościach skutecznych, w rzeczywistości jednak mierzone są napięcia szczytowe wraz z harmonicznymi i wszystkimi ewentualnymi produktami. Pomiar mocy wskazujący na nieomal 100% sprawność mierzonego stopnia jest często typowym zjawiskiem, HI. Pojemność wewnętrzna diody detektora w.cz. stanowi równolegle obciążenie rezystora pomiarowego. W zależności od typu zastosowanego półprzewodnika jego odporność pojemnościowa Xc już przy kilkuset megahercach ma wartość niższą oporności rezystora obciążenia, wpływając na wynik pomiaru. Ponadto indukcyjności pasożytnicze tworzą z pojemnościami przypadkowe obwody rezonansowe, które skutecznie ograniczają górną częstotliwość pracy miernika.
Inną metodą pomiaru mocy jest pomiar cieplny. Bardzo skomplikowane urządzenie tego typu znajdują się dzisiaj w standardowej ofercie prawie wszystkich producentów urządzeń pomiarowych. Odpowiednio skompensowane mierniki umożliwiają pomiar mocy rzędu nanowatów i to z dużą dokładnością. Jakości tej nie da się naturalnie osiągnąć w amatorskim wykonaniu, jednak niżej opisany miernik posiada zupełnie zadowalające parametry.
II. Schemat blokowy
III. Metoda pomiaru.
W obwód wysokiej częstotliwości jako obciążenie urządzenia włączony jest bezindukcyjny rezystor pomiarowy. Przyrost temperatury rezystora spowodowany przez wydzieloną na nim moc, mierzy się mostkiem pomiarowym, z odpowiednimi termistorami. Pomiar przebiegów o dowolnym kształcie, nawet napięć nałożonych na siebie, jest zawsze wskazaniem wartości skutecznej. Zbyt wysokie wskazania miernika, możliwe w prostownikach diodowych, są już z zasady wykluczone. Zalety tak skonstruowanego miernika to duża dokładność pomiarów w zakresie od DC do kilku gigaherców, możliwość skalowania napięciem stałym, liniowość skali do górnej granicy mocy strat oraz zakres pomiarowy (pełne wychylenie wskazówki) 300 µW do 300 mW. Dalsze zwiększenie zakresu pomiarowego jest osiągane przez zastosowanie dodatkowych tłumikowych lub sprzęgaczy pomiarowych. W mierniku zastosowano płytkę z laminatu szklanoepoksydowego 1,5 mm i termistory SMD. Komercyjne pomiary tak dokonanego miernika (pomiar SWR lub współczynnika S22) wskazują na zadowalające parametry do częstotliwości ok. 6 GHz. Granice te wyznaczają głównie straty w płytce drukowanej oraz jakość użytego złącza (gniazdo N).
Kompletny miernik umieszczony jest na trzech płytkach drukowanych z dwustronnego laminatu. Jedynym obwodem w.cz. jest ścieżka o impedancji 50Ω, na której umieszczony jest rezystor obciążenia. Płytka wmontowana jest w obudowę z aluminium. Na końcu ścieżki wejściowej umieszczony jest rezystor SMD R1, wlutowany warstwą oporową do góry. Tuż za rezystorem od strony masy połączono obie strony płytki. Przed osadzeniem termistora T1 należy do niego przylutować dwa cienkie druty o średnicy nie większej niż 0,1 mm. T1 przyklejony jest jak najmniejszą ilością kleju żywicowego bezpośrednio na rezystorze w sposób zapewniający maksymalną powierzchnię styku obu elementów (ma to decydujący wpływ na szybkość działania miernika). Po wlutowaniu termistora kompensacyjnego T2 łączymy tę część mostka z resztą układu za pomocą 3 łączówek i zalewamy opornik kompensacyjny większą ilością wymienionego kleju.
Cały układ zasilany jest z zasilacza 10 V. Dla układów IC1 i IC2 konieczne jest napięcie ujemne wytwarzane przez układ IC3. Napięcie zasilające mostek pomiarowy stabilizuje układ IC5 (78LO5). Miernik pracuje dobrze bez wpływu na dokładność pomiaru w zakresie napięć zasilających 7,5...12 V. Rezystory nastawcze P4...P10 umieszczone są bezpośrednio na zaciskach przełącznika zakresów, ich wartości określają zakres pomiarowy. Potencjometr P1 (regulacja zera) powinien być wieloobrotowy. Rezystory nastawcze P11 i P12 muszą być dobrane do czułości zastosowanego miernika (napięcie wyjściowe obwodu IC1 wynosi przy pełnym wychyleniu wskazówki około 5,5 V). Kondensator C3 zapobiega niekontrolowanym wskazówki miernika podczas zmiany zakresu.
Uruchomienie układu ogranicza się do wstępnego ustawienia "0" potencjometrem montażowym R3 przy środkowym położeniu potencjometru P1 oraz do skalowania miernika prądem stałym. Podając na wejście układu napięcie stałe 2 V miernik powinien wskazywać 80 mW na zakresie 100 mW.
Największą wadą zastosowanej metody pomiaru jest stosunkowo duża bezwładność całego pomiaru spowodowaną bezwładnością termiczną ok. 2 sekund. Mechaniczne połączenie blaszanej puszki układu z metalową obudową miernika poprawia stabilność układu.
Przy pomiarach nie należy zapominać, że kabel koncentryczny (a zwłaszcza cienki, jaki stosuje się często przy pomiarach) wnosi pełne tłumienie. Fakt ten należy naturalnie uwzględnić przy wykonywaniu pomiarów. Dla przykładu metalowy odcinek kabla o średnicy 5 mm (np. RG58) przy częstotliwości 1300 MHz ma tłumienie ok. 0,7 dB.
Do analogowego układu pomiarowego podłączony została jeszcze wewnętrzny przetwornik A/C z układu ATMEGA128. Po przetworzeniu sygnału analogowego mikrokontroler sprawdza, jaki zakres został wybrany i według tego wyświetla odpowiednią wartość na wyświetlaczu graficznym 128x64. Wartość ta wyświetlana jest w dwóch jednostkach tj. W i dBm. W zależności od mocy sygnału wynika automatycznie przeliczany jest na µW albo na mW. Dodatkową funkcją, jaka posada procesor to pomiar temperatury na głowicy pomiarowej za pomocą czujnika DS18B20. Wyniki ten również jest wyświetlany na wyświetlaczu. Układ posiada możliwość podłączenie go pod komputer PC i odlania wyniku pomiaru na monitorze komputera.
Pomimo prostej konstrukcji miernika i pewnych wad metody pomiaru jest to jedna z najlepszych możliwości dokonania pomiarów mocy amatorsko wykonanym urządzeniem. Opisany miernik umożliwia wykonanie pomiaru z dokładnością lepszą niż 5% jeszcze w częstotliwości 6000 MHz i ułatwi na pewno uruchomienie niejednego amatorskiego urządzenia.
IV. Zdjęcia - płyta czołowa jest jeszcze w trakcie nanoszenia opisów dlatego dołączę ją jak najszybciej będzie można, podejrzewam ze około środy
Głowica pomiarowa
Głowica pomiarowa
Blok pomiarowy - analogowy
Przetwornik cyforyw z blokiem zasilania
Jednym z najtrudniejszych zagadnień w budowie amatorskich urządzeń nadawczych jest prawidłowy pomiar mocy. Pomiar w zakresie kilku miliwatów, zwłaszcza przy częstotliwościach powyżej 100 MHz (np. przy uruchamiania generatorów), może stanowić poważny problem. Najprostszym rozwiązaniem jest pomiar napięcia w.cz. na rezystorze pomiarowym o znanej impedancji równej impedancji linii przesyłowej i impedancji wyjścia źródła sygnału. Stosowane tutaj różne rodzaje detektorów diodowych mają jednak z reguły poważne wady. Dokładne pomiary małych napięć utrudnione są przez bardzo nieliniową charakterystykę diody w tym zakresie i nawet stosowanie szerokopasmowych wzmacniaczy nie pozwala zupełnie uniknąć tego efektu. Skalowanie miernika punkt za punktem i to dla każdego zakresu, staje się nieodzowne. Dużym problemem jest również kształt i czystość mierzonego sygnału. Miernik diodowy skalowany jest co prawda w wartościach skutecznych, w rzeczywistości jednak mierzone są napięcia szczytowe wraz z harmonicznymi i wszystkimi ewentualnymi produktami. Pomiar mocy wskazujący na nieomal 100% sprawność mierzonego stopnia jest często typowym zjawiskiem, HI. Pojemność wewnętrzna diody detektora w.cz. stanowi równolegle obciążenie rezystora pomiarowego. W zależności od typu zastosowanego półprzewodnika jego odporność pojemnościowa Xc już przy kilkuset megahercach ma wartość niższą oporności rezystora obciążenia, wpływając na wynik pomiaru. Ponadto indukcyjności pasożytnicze tworzą z pojemnościami przypadkowe obwody rezonansowe, które skutecznie ograniczają górną częstotliwość pracy miernika.
Inną metodą pomiaru mocy jest pomiar cieplny. Bardzo skomplikowane urządzenie tego typu znajdują się dzisiaj w standardowej ofercie prawie wszystkich producentów urządzeń pomiarowych. Odpowiednio skompensowane mierniki umożliwiają pomiar mocy rzędu nanowatów i to z dużą dokładnością. Jakości tej nie da się naturalnie osiągnąć w amatorskim wykonaniu, jednak niżej opisany miernik posiada zupełnie zadowalające parametry.
II. Schemat blokowy
III. Metoda pomiaru.
W obwód wysokiej częstotliwości jako obciążenie urządzenia włączony jest bezindukcyjny rezystor pomiarowy. Przyrost temperatury rezystora spowodowany przez wydzieloną na nim moc, mierzy się mostkiem pomiarowym, z odpowiednimi termistorami. Pomiar przebiegów o dowolnym kształcie, nawet napięć nałożonych na siebie, jest zawsze wskazaniem wartości skutecznej. Zbyt wysokie wskazania miernika, możliwe w prostownikach diodowych, są już z zasady wykluczone. Zalety tak skonstruowanego miernika to duża dokładność pomiarów w zakresie od DC do kilku gigaherców, możliwość skalowania napięciem stałym, liniowość skali do górnej granicy mocy strat oraz zakres pomiarowy (pełne wychylenie wskazówki) 300 µW do 300 mW. Dalsze zwiększenie zakresu pomiarowego jest osiągane przez zastosowanie dodatkowych tłumikowych lub sprzęgaczy pomiarowych. W mierniku zastosowano płytkę z laminatu szklanoepoksydowego 1,5 mm i termistory SMD. Komercyjne pomiary tak dokonanego miernika (pomiar SWR lub współczynnika S22) wskazują na zadowalające parametry do częstotliwości ok. 6 GHz. Granice te wyznaczają głównie straty w płytce drukowanej oraz jakość użytego złącza (gniazdo N).
Kompletny miernik umieszczony jest na trzech płytkach drukowanych z dwustronnego laminatu. Jedynym obwodem w.cz. jest ścieżka o impedancji 50Ω, na której umieszczony jest rezystor obciążenia. Płytka wmontowana jest w obudowę z aluminium. Na końcu ścieżki wejściowej umieszczony jest rezystor SMD R1, wlutowany warstwą oporową do góry. Tuż za rezystorem od strony masy połączono obie strony płytki. Przed osadzeniem termistora T1 należy do niego przylutować dwa cienkie druty o średnicy nie większej niż 0,1 mm. T1 przyklejony jest jak najmniejszą ilością kleju żywicowego bezpośrednio na rezystorze w sposób zapewniający maksymalną powierzchnię styku obu elementów (ma to decydujący wpływ na szybkość działania miernika). Po wlutowaniu termistora kompensacyjnego T2 łączymy tę część mostka z resztą układu za pomocą 3 łączówek i zalewamy opornik kompensacyjny większą ilością wymienionego kleju.
Cały układ zasilany jest z zasilacza 10 V. Dla układów IC1 i IC2 konieczne jest napięcie ujemne wytwarzane przez układ IC3. Napięcie zasilające mostek pomiarowy stabilizuje układ IC5 (78LO5). Miernik pracuje dobrze bez wpływu na dokładność pomiaru w zakresie napięć zasilających 7,5...12 V. Rezystory nastawcze P4...P10 umieszczone są bezpośrednio na zaciskach przełącznika zakresów, ich wartości określają zakres pomiarowy. Potencjometr P1 (regulacja zera) powinien być wieloobrotowy. Rezystory nastawcze P11 i P12 muszą być dobrane do czułości zastosowanego miernika (napięcie wyjściowe obwodu IC1 wynosi przy pełnym wychyleniu wskazówki około 5,5 V). Kondensator C3 zapobiega niekontrolowanym wskazówki miernika podczas zmiany zakresu.
Uruchomienie układu ogranicza się do wstępnego ustawienia "0" potencjometrem montażowym R3 przy środkowym położeniu potencjometru P1 oraz do skalowania miernika prądem stałym. Podając na wejście układu napięcie stałe 2 V miernik powinien wskazywać 80 mW na zakresie 100 mW.
Największą wadą zastosowanej metody pomiaru jest stosunkowo duża bezwładność całego pomiaru spowodowaną bezwładnością termiczną ok. 2 sekund. Mechaniczne połączenie blaszanej puszki układu z metalową obudową miernika poprawia stabilność układu.
Przy pomiarach nie należy zapominać, że kabel koncentryczny (a zwłaszcza cienki, jaki stosuje się często przy pomiarach) wnosi pełne tłumienie. Fakt ten należy naturalnie uwzględnić przy wykonywaniu pomiarów. Dla przykładu metalowy odcinek kabla o średnicy 5 mm (np. RG58) przy częstotliwości 1300 MHz ma tłumienie ok. 0,7 dB.
Do analogowego układu pomiarowego podłączony została jeszcze wewnętrzny przetwornik A/C z układu ATMEGA128. Po przetworzeniu sygnału analogowego mikrokontroler sprawdza, jaki zakres został wybrany i według tego wyświetla odpowiednią wartość na wyświetlaczu graficznym 128x64. Wartość ta wyświetlana jest w dwóch jednostkach tj. W i dBm. W zależności od mocy sygnału wynika automatycznie przeliczany jest na µW albo na mW. Dodatkową funkcją, jaka posada procesor to pomiar temperatury na głowicy pomiarowej za pomocą czujnika DS18B20. Wyniki ten również jest wyświetlany na wyświetlaczu. Układ posiada możliwość podłączenie go pod komputer PC i odlania wyniku pomiaru na monitorze komputera.
Pomimo prostej konstrukcji miernika i pewnych wad metody pomiaru jest to jedna z najlepszych możliwości dokonania pomiarów mocy amatorsko wykonanym urządzeniem. Opisany miernik umożliwia wykonanie pomiaru z dokładnością lepszą niż 5% jeszcze w częstotliwości 6000 MHz i ułatwi na pewno uruchomienie niejednego amatorskiego urządzenia.
IV. Zdjęcia - płyta czołowa jest jeszcze w trakcie nanoszenia opisów dlatego dołączę ją jak najszybciej będzie można, podejrzewam ze około środy
Głowica pomiarowa
Głowica pomiarowa
Blok pomiarowy - analogowy
Przetwornik cyforyw z blokiem zasilania
Cool? Ranking DIY
