Nachbau Richtkoppler + Messplatine von DL4JAL

    Hallo liebe OMs,

    bin neu hier im Forum. Ein Dankeschön für die freundliche Aufnahme an Jürgen dl1jgs . Ich bin gerade dabei, den Richtkoppler von DL4JAL nachzubauen und habe noch bissel Schwierigkeiten, es zum Laufen zu bringen. Ich scheitere in der Inbetriebnahme der Messplatine. Wie man die Kalibriergerade für den AD8307 aufnimmt, berechnet und in eine Software packt, ist mir ziemlich klar. Allerdings bekomme ich es nicht hin, dass mir einigermaßen passende Sendeleistungen angezeigt werden. Ich gehe derzeit mit den Ausgangssignalen der Messplatine auf einen 16bit ADC (hatte ich noch in der Kiste) und der wiederum ist mit einem ESP32 verbunden.


    Ich hatte schon direkten Kontakt mit Andreas, DL4JAl, der mir auch geduldig gute Tipps gegeben hat. Herzlichen Dank nochmal.

    Aber ich komme leider nicht weiter und möchte ihn auch nicht weiter mit meinen Fragen nerven. Über eine Internetrecherche mit bestimmten Schlüsselwörtern kam ich dann zu diesem Forum. Ich habe hier dann so einige tolle Selbstbausachen entdeckt, so dass ich mich entschlossen habe, mich hier anzumelden.


    Nach 25 Jahren AFU-Abstinenz habe ich vor wenigen Jahren wieder mit dem Hobby angefangen und wieder richtig Lust am Selbstbau bekommen. Leider habe ich vieles vergessen und arbeite mich Schritt für Schritt wieder in die Themen ein. Bin kein Elektroniker, schon gar kein HF-Techniker und komme aus dem Maschinenbau und mache das als leidenschaftliches Hobby :)


    Nun wollte ich einfach mal fragen, ob hier schonmal jemand diesen Wattmeter für KW "1mW bis 1,5 KW" nachgebaut und in Betrieb genommen hat. Wenn ja, dann würde ich gerne gezielt über meine Probleme und Verständnisfragen diskutieren wollen.

    Ich würde mich sehr freuen, wenn ich dieses Selbstbauprojekt zum Laufen bekäme.


    Da ich eine PA habe, die max. 700 Watt kann, würde mir auch eine Anzeige/Auswertung von 1 Watt bis 1000 Watt reichen. Das ist das Projekt von DL4JAL: https://www.dl4jal.de/stationswattmeter/wattmeter.html

    Andreas hat sich hier viel Mühe gemacht und alles für jedermann bereitgestellt. Finde ich echt klasse. Dankeschön!


    Freue mich auf Rückmeldungen :)

    vy73, Markus

    Hallo Markus,


    ich habe den Messkopf ohne Elektronik gebaut. An den Messkopf habe ich ein Kreuzzeigerinstrument angeschlossen. Ich kann damit Leistung bis 100W anzeigen und das SWR.

    Mit dem Messkopf hatte ich keine Probleme.

    Woran fehlt es bei Dir?


    73 & 73

    de Jürgen, DF3OL

    Hallo Jürgen,

    danke für die Rückmeldung. Der Messkopf funktioniert bei mir auch. Es geht nur um die Messplatine:

    Messplatine: mich würde es interessieren, bei welchen Eingangsspannungen (mit Signalgenerator und z.B. bei 3,6 MHz) welche Ausgangsspanungen für Vorwärts und Rückwärts erzeugt werden, bei jemandem, bei dem die Messplatine im Einsatz ist. Also eine Wertetabelle. Die Werte sollten so von klein nach groß gesteigert werden, bis an den Ausgängen ca. 2,4 V entstehen, was fast die max. Ausgangsspannug des AD8307 wäre. Dann kann ich Werte vergleichen. Mit diesen Ausgangsspannungen geht's ja dann auf den AD-Wandler.


    Ich kann auch gerne mal eine Wertetabelle erzeugen und hier reinstellen. Vielleicht kann dann auch schon einer der Kollegen hier sagen, ob das alles so passt.


    vy73, Markus

    Hallo Markus,

    ich hätte da noch eine Idee.

    Dein Messkopf mit Messplatine ist ja in Ordnung. Ich hatte ihn ja auf meinen Tisch und durchgemessen.


    Um auszuschließen, dass in deiner Elektronik (A/D-Wandler Microkontoller usw.) ein Fehler ist oder fehlerhafte Messungen durch Einstrahlung müsstest du alles mal mit Gleichspannung simulieren und den Fehler eingrenzen.

    Zuerst berechnest du die Konstanden mkx und mky nicht mit den A/D-Wandler-Werten sondern mit der Gleichspannung, die aus der Messplatine kommt.

    Bei mir sind das ohne Richtkoppler:

    -30dBm = 0,895 Volt; 0dBm=1,661Volt

    In die Formel eingesetzt:

    mkx = 30dB(Volt0dBm - Volt-30dBm) = 30/(1,661-0,895) = 39,1645

    mky = Volt0dBm * mkx * -1 = 1,661 * 39,1645 * -1 = -65,05

    Bei 500Watt Sendeleistung liegen bei mir am Ausgang der Messplatine 2,326 Volt an. Das habe ich mit meinem Messkopfsimmulator ermittelt. Ich weiss, dass das stimmt, den Messkopf und Stationswattmeter zeigen das auch an, wenn ich mit meiner LD-MOS-PA mit 500 Watt sende.

    Setzen wir das in die Formel für die Berechnung der dBm ein:

    dBm = volt * mkx + mky = 2,326 * 39,1645 + (-65,05) = 26,047 dBm

    Rechnest du die Auskoppeldämpfung des Richtkopplers hinzu kommst du auf:

    26,047dBm + 31,1dB = 57,147 dBm. Das sind umgerechnet 10^(57,147/10) = 518441 mW = 518,441 Watt


    Du baust dir einen Messkopfsimmulator, der mit Gleichspannung arbeitet und kannst damit deinen A/D-Wandler, MC, Software usw.. überprüfen.

    Mein MK-Simulator dient der Überprüfung des Stationswattmeters. Mit den 2 Potis kann ich jede beliebige Gleichspannung zwischen 0 V und U(referenz) einstellen. Damit kannst du ausschliessen, dass vagabundierte HF deine Messwerte verfälscht. Bei über 100W geht das ganz schnell, dass alles falsch angezeigt wird.


    Also zuerst die Gleichspannung an der Messplatine bei 0dBm und -30dBm messen. mkx und mky berechen. Dann kannst du zurück rechnen wie hoch die Spannung bei 500 Watt sein müsste:

    500W = 500000mW = log(500000) * 10 = 56,9897 dBm

    Die Auskoppledämpfung des Richtkopplers subtrahieren:

    57dBm - 31,1dB = 25,9 dBm

    Das in Gleichspannung umrechen:

    (25,9 - mky)/mkx = (25,9-(-65,05)/39,1645= 2,32223 Volt (müssten bei 500W an der Messplatine anliegen)

    Ich habe 2,328 Volt gemessen. Das deckt sich in etwa mit dem Rechenergebnis.


    Wir haben uns ja schon endlos darüber ausgetauscht!

    So müsstest du doch die fehlerhafte Stellen in deinem Testaufbau oder Berechnungen finden können.


    Viel Erfolg, Andreas

    Hallo Andreas,

    sehr nett von dir, mir nochmals Tipps zu geben. Ich habe die Messplatine nun ausgebaut und räumlich vom Messkopf entfernt, um Einstrahlungen zu vermindern. Siehe Bilder.

    Auf die Platine habe ich dann zwei SMA-Buchsen aufgelötet, damit ich die Signale gut übertragen kann.


    Das mit der Berechnung der Geraden über die Ausgangsspannungen oder ADC-Werte ist mir klar.

    Das mit der Berechnung über die ausgegebenen Spannung bei 0dBm und -30dBm hatte ich schon gemacht.


    Ich habe mir nochmal eine Messplatine neu bestückt, da mir beim Auslöten und Experimentieren die alte kaputt gegangen ist :)


    Da ich keine 0dBm-Signalquelle habe, verbinde ich mein Signalgenerator (mit 3,65 MHz, 80m-Band) erstmal mit dem Oszi und stellt das das Ausgangssignal so ein, dass es mir 225mV Vrms anzeigt, was ja 0dBm entsprechen sollte.

    Mit diesem Signal gehe ich dann auf den Eingang FWD der Messplatine.


    Ich messe aktuell mit diesem 0dBm eine Ausgangsspannung von 1,596 V und bei -30dBm 0,841 V (Dämpfungsglied eingebaut). Daraus ergibt sich mkx = 39,73509 und mky = -63,4172

    Die Kopplerdämpfung hat 31,31 dBm, aktuell mit dem NanoVNA nochmal gemessen.


    Nun verbinde ich die Messplatine über die SMA-Buchsen und 50Ohm-Koax mit dem Messkopf (Richtkoppler) und lege am Eingang ca. 115 Watt an (KW-Transceiver, FM-Träger, max. Leistung).

    Ich messe eine Ausgangsspannung der Messplatine von 2,132 Volt.


    115 W ergeben berechnet 2,1104 V, mit meinem mkx und mky, tatsächlich kommen aber 2,132 V, was berechnet 182,3 W wären.

    Sind das zulässige Abweichungen? Ich finde die Abweichung von 182,3 W- 115 W = 67,3 W bissel viel :)

    Die Bilder zeigen meinen Messaufbau. Müsste so passen, oder?


    Welche Spannung gibt deine Messplatine aus, wenn kein Signal am Eingang anliegt? bei mir sind das 0,125V. Ist das ok so oder nicht normal?



    Frage zum Messkopfsimulator:

    damit simulierst du quasi die Ausgangsspannungen der Messplatine (ca. 0 bis 2,5V), um die nachgeschalteten Komponenten wie AD-Wandler, Mikrokontroller zu testen, oder?

    Das wäre dann der nächste Schritt, wenn ich die Messplatine "im Griff" habe :)


    vy73, Markus

    Hallo Markus,

    wenn du nicht genau kalibrieren kannst, kannst du auch keine genauen Ergebnisse erwarten. 182Watt entsprechen 52,6dBm und 115Watt entsprechen 50,6dBm. Das ist nur ein Unterschied von 2dB. Weicht deine Kalibrierung nur ein wenig von der Geraden (-30dBm zu 0dBm) ab, hast ganz schnell im oberen Bereich 2dB Abweichung erreicht. Die Abweichung wird immer größer am Ende der Geraden.

    Ich kann dir nur raten einen ordentlichen Kalibriergenerator 0,00dBm zu bauen und ein genaues Dämpfungsglied zu kaufen. Die China-Dinger weichen teilweise bis zu 1dB ab. Das ist alles Schrott.

    Die Leerlaufspannung brauche ich gar nicht nachzumessen. Ein Blick ins Datenblatt von Analog reicht. Ganz links sind etwa 0,3 Volt abzulesen.

    Deine genannten 2,5V als oberste Spannung ist zu wenig. Im Datenblatt geht es bei etwa +15dBm bis etwa 2,7 Volt. Meine Referenzspannung vom A/D-Wandler ist deshalb 3,3V.

    Du betreibst doch die Messplatine mit SV 5V oder ? Bei SV 3,3V ist die große Dynamik nicht zu erreichen. In diesem Punkt "lügt" das Datenblatt.

    Und noch etwas die Auskoppeldämpfung des Richtkopplers ist rein mathematisch nicht 31,31dB sondern log(Wdg)*20dB. Das ergibt log(36)*20dB = 31,12605 dB. Allerdings weichen meine Messungen mit dem NWT2.0 auch etwas ab. Das liegt wahrscheinlich daran, dass 36Wdg gerade so die Grenze ist, dass der Richtkoppler noch frequenzlinear arbeitet. Ich brauche aber die hohe Auskoppeldämpfung damit ich bis 1,5kW sicher messen kann.

    1,5kW entspricht etwa 62dBm.

    Der AD8307 verträgt max. 17dBm. Nehmen wir mal 2dB weniger an also 15dBm. Die Eingangbeschaltung am AD8307 dämpft etwa 18dB. Der Richtkoppler hat 31,1db Dämpfung. Zählen wird alles zusammen:

    15dBm + 18dB + 31,1dB = 64,1dBm. Das entspricht 2,5kW. Aber das nur so nebenbei, damit du verstehst warum ich die Messplatine so wie sie ist, konstruiert habe.


    73 Andreas

    Hallo Markus,

    ich bin es nochmal.


    Wenn du genau weißt, dass das 115 Watt sind, die du auf den Richtkoppler gibst, dann nimm doch diesen Wert zum Kalibrieren für den oberen Messpunkt und die -30dBm für den unteren Messpunkt. Das geht auch.

    Die erweiterte Formel lautet ja:


    mkx = ([dBm von Messwert1] - [dBm von Messwert2]) / (Messwert1 - Messwert2)

    mky = (Messwert1 * mkx * -1) + [dBm von Messwert1]}


    mkx = ([50,6dBm - 31,1dB] - [-30dBm]) / ( 2,1104 V - 0,841 V) = (49,5dB) / ( 1,2694 V) = 38,9948

    mky = 2,1104 * 38,9948 * -1 + = -82,2946dB + 19,5dB = -62,7946


    So wird dein Kalibierfehler bedeutend geringer.


    Jetzt rechnen wir mit diesen Kalibrierwerten die zu erwartende Spannung bei 500 Watt aus.


    500W = 500000mW = log(500000) * 10 = 56,9897 dBm

    Die Auskoppledämpfung des Richtkopplers subtrahieren:

    57dBm - 31,1dB = 25,9 dBm

    Das in Gleichspannung umrechen:

    (25,9 - mky)/mkx = (25,9-(-62,7946)/38,9948= 2,2745 Volt (müssten bei 500W an der Messplatine anliegen)


    Alle Tolleranzen die du feststellst, musst du in dB umrechnen, sonst kommst du "ins schleudern" mit der Fehlerbetrachtung. Bei 750 W entspricht +1dB Abweichung schon 944 W. Wenn dir das nicht gefällt musst du ein anderes Messprinzip in Erwägung ziehen. Da geht aber die ganze Messdynamik verloren. Mir gefällt deshalb der Einsatz des AD8307 im "QRP-Wattmeter" und "Stationswattmeter".


    Im Datenblatt steht:

    FEATURES

    Complete Multistage Logarithmic Amplifier

    92 dB Dynamic Range: –75 dBm to +17 dBm

    to –90 dBm Using Matching Network

    Single Supply of 2.7 V Min at 7.5 mA Typ

    DC to 500 MHz Operation, 1 dB Linearity

    Slope of 25 mV/dB, Intercept of –84 dBm

    Highly Stable Scaling over Temperature

    Fully Differential DC-Coupled Signal Path

    100 ns Power-Up Time, 150 A Sleep Current


    Mein erechneten Abweichungen im Stationswattmeter sind aber geringer als 1dB. Siehe:

    stationswattmeter_firmware.pdf "Kapitel 2.4 Abschätzung der Messgenauigkeit" ab Seite 31.

    Viel Erfolg!


    vy 73 Andreas

    Hallo Andreas,


    herzlichen Dank fürs Mitdenken. Ich nehme deine Vorschläge gerne an und sehe ein, dass die Abweichungen durchaus durch meine nicht so genauen Referenzen kommen können. Ich werde demnächst zu einem OM in der Nähe fahren, der sehr genaue HF-Messgeräte hat. Die 115 Watt habe ich halt auf meinem Kreuzzeigerinstrument abgelesen. Also "genau" ist das halt auch nicht. Aber die Idee finde ich gut. Ich werde jetzt mal schauen, dass ich bei AATiS den 0-dBm-Bausatz bekomme, falls der noch lieferbar ist. Am besten schon bestückt :) Wie ich gelesen habe, ist das ja auch von dir entwickelt worden. Ich werde berichten, wenn ich wieder ein Stück weitergekommen bin.


    Ich finde, bei diesem Projekt kann man wirklich viel lernen :)


    Es würde mich interessieren, ob es hier bei den Mitgliedern auch OMs gibt, die das schon nachgebaut haben und wie deren Erfahrungen sind.


    Viele Grüße

    Markus

    Hallo Markus,


    ich kann den Aufbau der 0 dBm Quelle nur empfehlen. Nach dem Abgleich des Gerätes hat man ein unverzichtbares Hilfsmittel. Eventuell hat der DH4YM Leiterplatten für das Gerät.


    Das gleiche gilt für ein 30dB Dämpfungsglied. Da muss man einfach ein paar Euro in die Hand nehmen. Es wird dann vieles einfacher.


    Hier im Forum gibt es eine Menge OMs, die das QRP-Wattmeter vom Andreas aufgebaut haben. Eine gewisse Ähnlichkeit besteht da ja zu deinem Aufbau. Über dieses Wattmeter gibt es hier im Forum ein eigenes Thema. Eventuell kannst Du dort neue Erkentnisse sammeln.

    73, Bert DF7DJ