Pegelmesser -74 bis 15 dBm

Beschreibung

HF-Pegelmesser

Autor

Hans-Peter Prast, DL2KHP

Version 3.2

Pegelmesser Seite 1 von 8 Autor: Hans-Peter Prast, DL2KHPDoku_Pegelmesser.odt Letzte Änderung: 21.08.19

Pegelmesser -74 bis 15 dBm1. VorbemerkungDer Pegelmesser wurde entwickelt, um Feldstärken mittels E- bzw. H-Feldsonden direktzu messen. Der jeweilige Messwert sollte sofort in mW, V/m oder mA/m zur Verfügungstehen. Außerdem sollte man das Gerät einfach und per Software kalibrieren können.Hierfür müssen zwei Referenzwerte zur Verfügung stehen: 0 dBm und -60 dBm.

Als Messantennen sind die Sonden von SAT-Schneider vorgesehen und in der Softwarederen Wandelfaktoren fest voreingestellt. Ebenso können die Selbstbausonden nach Tho-mas Moliere, DL7AV, verwendet werden.

2. AufbauDer Aufbau des Pegelmessers erfolgt auf eine doppelseitigen Platine mit den Maßen 86 x97 mm. Der Einbau erfolgt in ein Weißblechgehäuse oder besser noch in ein Aluminium-Gehäuse entsprechender Größe. Das zweizeilige Display mit Beleuchtung wird mit Ab-standhaltern auf die Platine aufgesetzt und mittels Pfostenleiste verbunden. Für die Kon-trasteinstellung des Displays ist ein Poti vorhanden. Die Betriebsspannung erfolgt übereinen 9 Volt-Block. Eine externe Versorgung durch ein Gleichspannungsnetzteil ist eben-falls möglich. Die interne Batterie wird dann in der Hohlsteckerbuchse abgeschaltet.

3. SchaltungDie Messung der HF-Leistung erfolgt über den Logarithmierer AD 8307. Dieser Bausteinstellt am Ausgang eine Spannung mit einer Steilheit von 25mV/dB bereit. Diese Span-nung wir durch einen Analogeingang des ATMEGA 16 gemessen. Gleichzeitig wird dieseSpannung über einen Operationsverstärker TLC272 gepuffert und über eine Klinken-Buchse 3,5 mm, für externe Verwendung, zur Verfügung gestellt. Der AD 8307 kann- zwecks Stromersparnis bei Batteriebetrieb – vom ATMEGA 16 zwischen den Messungenabgeschaltet werden. Die Eingangsimpedanz beträgt 50 Ω.

Die interne Versorgungsspannung von 5 Volt wird über einen yA 7805 erzeugt. Die Ein-gangsspannung des Reglers und die Spannung an der Buchse der externen Versorgungwerden ebenfalls durch den ATMEGA 16 gemessen und in der Software ausgewertet.Beim Absinken der Batteriespannung unter etwa 7 Volt, wird zunächst eine Warnung aus-gegeben und bei weiterem Absinken wird der Pegelmesser gesperrt, um Fehlmessungenzu unterbinden.

Die Anzeige der Messwerte erfolgt auf einem zweizeiligen LCD-Display mit Standardbele-gung und Standardcontroller (HD 44780). Die Hintergrundbeleuchtung des Displays kanndurch den ATMEGA 16, mittels PWM-Steuerung, eingestellt werden. Hierfür ist derTransistor T1 vorhanden.

Für die Messfunktionswahl und die Auswahl andere Funktionen des Gerätes sind die Tas-ten MFT (Multi-Funktions-Taste), Up und Down vorhanden. Die zentrale Verarbeitung undSteuerung erfolgt im ATMEGA 16. Der ATMEGA 16 kann über die ISP-Schnittstelle in derSchaltung programmiert werden. Der entsprechende 10pol. Stecker, mit Norm-Belegung,ist vorhanden. Ein externer Quarz ist nicht vorhanden und wird auch nicht benötigt, dakeine zeitkritischen Prozesse vorhanden sind. Die Taktung erfolgt durch den internen RC-Oszillator.

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Pegelmesser -74 bis 15 dBm4. SoftwareDie Software ist in der Programmiersprache PASCAL realisiert. Als Compiler wurde dermikroPASCAL PRO Compiler von mikroElektronika, Version 4.6 eingesetzt.

4.1 KalibrierungZum Kalibrieren müssen zwei Referenzpegel von 0 dBm und -60 dBm bereitstehen. BeimEinschalten des Pegelmessers wird die Taste „MFT“ gedrückt gehalten. Im Display er-scheint die Meldung „0 dBm anlegen“. Jetzt müssen 0 dBm an den Eingang des Pegel-messers angelegt werden. Dann wird die Taste „MFT“ gedrückt. Im Display erscheint jetztdie Meldung „-60 dBm anlegen“. Jetzt müssen -60 dBm an den Eingang des Pegelmes-sers angelegt werden. Dann wird die Taste „MFT“ erneut gedrückt. Es erscheint kurz dieMeldung „Levelmeter kalibriert“, danach ist der Pegelmesser in der Betriebsart Leistungs-messung in Betrieb.

Anzeige-Beispiel: * 0 dB anlegen ** weiter mit MFT *

4.2 BeleuchtungWenn beim Einschalten der Taster „Up“ gedrückt wird, kann die Hintergrundbeleuchtungeingestellt werden. Die Einstellung erfolgt über die Taster „Up“ und „Down“, bis der ge-wünschte Helligkeitsgrad erreicht ist. Dann wird die Taste „MFT“ gedrückt und es er-scheint kurz die Meldung „Beleuchtung eingestellt“,danach ist der Pegelmesser in der Be-triebsart Leistungsmessung in Betrieb. Der vorgewählte Wert wird abgespeichert undbeim nächsten Einschalten wieder verwendet.

Wird eine externe Spannung (> 9V) erkannt, wird die Beleuchtung auf ca. 80% der max.Helligkeit eingestellt. Nach entfernen der externen Spannung wird wieder der vorgewählteHelligkeitswert eingestellt.

4.3 MessfunktionenDie Messfunktionen werden mit der Taste „MFT“ umgeschaltet.

4.3.1 Messfunktion1, LeistungsmessungDas ist die Defaulteinstellung, die nach dem Einschalten ausgewählt wird. In dieser Funk-tion wird in der oberen Zeile der Eingangspegel in dBm angezeigt und in der unteren Zeileder Eingangspegel in Milliwatt. Eine Messbereichsumschaltung erfolgt hier nicht.

Wird die Taste „Up“ betätigt, wird ein Wert von 40dB zum Messwert addiert und ange-zeigt. In der oberen Zeile erscheint links der Text „+40dB“ vor dem Messwert. Dies Funkti -on ist vorgesehen, um über eine Dummyload mit 40 dB-Leistung-Abschwächer, auchhöhere Leistungen zu messen. Ein erneuter Druck auf die Taste „Up“ schaltet dieFunktion wieder ab. Diese Funktion kann nur in diesem Messmodus aktiviert werden.

Messfunktion 1: +40 dB -75.9 dBm mW = 0.00000

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Pegelmesser -74 bis 15 dBm4.3.2 Messfunktion 2, H-Feldmessung mit H-Feld-SondeIn dieser Funktion wird das H-Feld mittels der H-Feld-Sonde gemessen und der Wert inmA/m angezeigt.

Messfunktion 2: H-Feld / H-Sonde mA/m = 79,6

4.3.3 Messfunktion 3, E-Feldmessung mit E-Feld-SondeIn dieser Funktion wird das E-Feld mittels der E-Feld-Sonde gemessen und der Wert inV/m angezeigt.

Messfunktion 3: E-Feld / E-Sonde V/m = 30.0

4.3.4 Messfunktion 4, E-Feldmessung mit H-Feld-SondeIn dieser Funktion wird das E-Feld mittels der H-Feld-Sonde gemessen und der Wert inV/m angezeigt. Diese Messfunktion macht im Fernfeld Sinn, da der Frequenzumfang derH-Feld-Sonde wesentlich größer ist als der der E-Feld-Sonde. Im Nahfeld darf in diesemModus nicht gemessen werden.

Messfunktion 4: E-Feld / H-Sonde V/m = 30.0

5. Kalibrierung der SondenWird in einer der Messfunktionen 2 bis 4 die „Down“ Taste gedrückt, wird der Sonden-Ka-libriermodus aufgerufen und sofort der bestehenden Korrekturwert der Sonde gelöscht. Inder Messfunktion 3 wird die E-Feld-Sonde kalibriert, in den Messfunktionen 2 und 4 die H-Feld-Sonde. Im Messmodus 0 kann keine Sonde kalibriert werden.

Im Sonden-Kalibriermodus erscheint die Anzeige „30 V/m anlegen“. Jetzt muss die Sonde– unter Fernfeldbedingungen - in ein Feld von 30 V/m eingebracht werden. Wenn diesesFeld anliegt, kann der Kalibriervorgang mit einem Druck auf die „MFT“ Taste beendet wer-den. Der Korrekturwert der Sonde wird gespeichert und immer bei der Feld-Messung ver-wendet.

Als Sollwert wird ein Feld von 30 V/m angenommen. Das gilt auch für die Kalibrierung derH-Feld-Sonde. 30 V/m entsprechen einer H-Feldstärke von 79,6 mA/m. Dieser Wert wirdintern dann als Sollwert für die H-Sonde angenommen.

Zum Löschen der Korrekturwerte einer Sonde, ohne Neukalibrierung, die „Down“ Tastebetätigen und das Gerät ausschalten, wenn das Sonden-Kalibriermenue angezeigt wird.

Sondenkalibrier-Menue: 30 V/m anlegen weiter mit MFT

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AnhangStromlaufplan

Layout

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Pegelmesser -74 bis 15 dBmBilder

Mode 1 Mode 2

Mode 3 Mode 4

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Stückliste

Bat1 = 9V (Anschluß über Batterieclip, Best.Nr. CLIP 9V , Reichelt) BNC 1 = BNC-Buchse (BNC Printbuchse Metall, Best.Nr. UG 1094W1, Reichelt) C1 = 100nF (Keramikkondensator, Best.Nr. X7R-2,5 100N, Reichelt)C2 = 100nF (Keramikkondensator, Best.Nr. X7R-2,5 100N, Reichelt)C3 = 100nF (Keramikkondensator, Best.Nr. X7R-2,5 100N, Reichelt)C4 = 2,2nF (SMD1206, Best.Nr. NPO-G1206 2,2N , Reichelt)C5 = 2,2nF (SMD1206, Best.Nr. NPO-G1206 2,2N , Reichelt)C6 = 100nF (Keramikkondensator, Best.Nr. X7R-2,5 100N, Reichelt)C7 = 10µF (Miniaturelko radial, 35V, RM 2,5 mm, BestNr RAD 10/100, Reichelt)C8 = 10µF (Miniaturelko radial, 35V, RM 2,5 mm, BestNr RAD 10/100, Reichelt)C9 = 100nF (Keramikkondensator, Best.Nr. X7R-2,5 100N, Reichelt)C10 = 100nF (Keramikkondensator, Best.Nr. X7R-2,5 100N, Reichelt)C11 = 100nF (Keramikkondensator, Best.Nr. X7R-2,5 100N, Reichelt)C12 = 2,2nF (SMD 1206, Best.Nr. NPO-G1206 2,2N, Reichelt) D1 = 1N4001 (Silizium-Diode, Best.Nr. 1N 4001, Reichelt)D2 = 1N4001 (Silizium-Diode, Best.Nr. 1N 4001, Reichelt) G = 120x95 (Alu-Spritzgussgehäuse 120x95mm, Best.Nr. 52 23 95)G1 = 120 x 95 (Alu-Spritzgussgehäuse 120x95x30mm, Best.Nr. 522395, Conrad) IC2 = AD 8307 (AD 8307, log. Verstärker, Best.Nr. AD 8307 AN, Reichelt) IC 1 = ATmega16 (ATmega16, 16 MHz, DIL 40, Best.Nr. ATMEGA 16-16 DIP, Reichelt) J1 = 3,5mm (Klinkeneinbaukupplung Stereo 3,5mm, Best.Nr. EBS35 MT, Reichelt)J2 = (Einbaukupplung NEB21, Best.Nr. LUM NEB 21R, Reichelt) L1 = 10µH (Induktivität, Best.Nr. L-MICC 10y, Reichelt) LCD1 = 2x16 Zeichen (Dot-Matrix Display, HD44780 komp. Best.Nr. LCD 162C LED, Reichelt) OP1 = TLC272/1 (Operationsverstärker TLC272 Teil 1, Bestell.Nr. TLC 272 DIP, Reichelt)OP2 = TLC272/2 (Operationsverstärker TLC272 Teil 2) P1 = 10k (Trimmer, liegend10mm, Best.Nr. PT 10-L 10K , Reichelt) PL1 = (Platine Pegelmesser Version V3.2) R1 = 51 (SMD 1206, Best.Nr.SMD 1/4W 51, Reichelt)R2 = 22 (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. Metall 22, Reichelt)R3 = 10 (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. Metall 10, Reichelt)R4 = 10K (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. METALL 10,0K, Reichelt)R5 = 2,2K (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. METALL 2,20K, Reichelt)R6 = 18K (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. Metall 18,0, Reichelt)R7 = 10K (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. Metall 10,0K, Reichelt)R8 = 100 (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. Metall 100, Reichelt)R9 = 8,2K (Widerstand 1/4W, Metallfilm, RM 10, Best.Nr. METALL 8,20K, Reichelt)R10 = 2,2K (Widerstand 1/4W,Metallfilm, RM 10, Best.Nr. METALL 2,20K, Reichelt) S1 = Druckschalter (Taster 22,5mm, Best-Nr. TASTER 3FTL6, Reichelt + KAPPE 1S09-22.5)S2 = Druckschalter (Taster 22,5mm, Best-Nr. TASTER 3FTL6, Reichelt + KAPPE 1S09-22.5)S3 = Druckschalter (Taster 22,5mm, Best-Nr. TASTER 3FTL6, Reichelt + KAPPE 1S09-22.5)S4 = Schalter (1pol. Ein-Ein, Best.Nr. MS 500A, Reichelt) St1 = 10pol (Wannenstecker 10pol, Best.Nr WSL 10G , Reichelt) T1 = IRLU120 (IRLU120 HEXFET für Logikansteuerung, Best.Nr. IRLU 120N, Reichelt) VR1 = 7805 (Spannungsregler, Best.Nr. µA 7805 , Reichelt)

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Pegelmesser -74 bis 15 dBm

Technische Daten:

Eingangsimpedanz 50 Ω

Frequenzbereich 0,5 MHz bis 500 MHz (1,8 MHz bis 30 MHz für 0,2-dB Fehler)

Messbereich -74 dBm bis 15 dBm (-60 dBm bis 0 dBm für 0,4 dB Fehler)

Messfehler ± 1 dB (siehe Abschätzung unten)

Recorderausgang max. 3,5 V Impedanz 100 Ω

Spannungsversorgung 9 V-Block, extern 9 – 12V über Hohlbuchse_____________________________________________________________

Abschätzung Messfehler:

Linearität des Detektors: ±0,4 dB Frequenzgang 1,8 – 30 MHz: ±0,2 dB Temperaturgang 10°C – 45°C: ±0,3 dBQuantisierungsfehler A/D-Wandler: ±0,3 dBRundungsfehler Software: ±0,2 dB Messunsicherheit Kalibrator: ±0,7 dB

Quadratische Summenbildung:

(0,42+0,22+0,32+0,32+0,22+0,72) = ±0,954 dB (aufgerundet ±1 dB)_____________________________________________________________

Erforderlich zur Kalibrierung:

Kalibrierpegel 0dBm und -60 dBm (3,6 MHz – 10 MHz)

Optional:Kalibrierfeld für Sonden 30 V/m (TEM-Zelle, 10 MHz)

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