HF-Pegelmesser

Prototyp mit aktueller Software

Ein H21-Projekt: Entwicklung eines HF-Pegelmessers

Mit diesem eher langfristigen Projekt in unserem OV H21 verfolgen wir folgende Ziele:

  • Didaktische Ziele
    • HF-Leistungsmessung
      • Messverfahren
      • Powersplitter
      • Einheiten
        • Watt
        • dBm
        • Average
        • RMS und TRMS
        • PEP
    • Aufbau eines Arduino
    • Programmierung eines Arduino
    • Schaltungssimulation mit LTSpice
    • PCB-Routing mit Target






  • Technische Ziele
    • HF-Pegelmessungen
      • Messbereich: ca. -75dBm bis +17dBm
      • Anzeige: Watt (PEP, Average), dBm
      • Frequenz und Genauigkeit
        • 1 bis 100 MHz, +/- 0,3dB
        • 100 bis 500 MHz, +/- 1dB (darüber mit verminderter Genauigkeit)
    • Feldstärkemessungen (mit entsprechenden Messantennen)
      • Direkte Anzeige in A/m und V/m
    • Verschiedene Signalauswertungen im Zeit- und Frequenzbereich
    • Stromversorgung mit LiPo-Akku
    • Einfache Bedienung über Touchscreen
    • Gut ablesbares Display
    • Steuerung und Messdatenübertragung via WLAN oder BT
    • Prozessor: ESP32
    • Software: Arduino-Eigenentwicklung

Blockschaltbild


Der logarithmische Verstärker ist ein AD8307.

Der logarithmische Verstärker ist ein AD8307

Der logarithmische Verstärker und die Trennstufe (Buffer)


Die Messkanäle und die LTSpice-Simulation


Die Schaltung der Messplatine

Prototyp

Das Bild zeigt den aktuellen Aufbau ohne aufgestecktes Display. Auf der Trägerplatine sind unten der ESP-32 und oben die Hauptplatine zu sehen. Das Display wird über die oben rechts befindliche Pfostenleiste aufgesteckt.

Die finale Trägerplatine wird gerade entwickelt. Sie wird zusätzlich einen Piezo-Schallwandler und die LiPo-Ladeschaltung enthalten.

Zur Zeit nutzen wir den direkten Ausgang und den MAX11613. Im ESP werden dann die Messwerte ausgewertet und die PEP-, die RMS- und die minimale Leistung berechnet. Das analoge Messinstrument hat drei Zeiger, welche diese drei Größen dann auch visualisieren. Neben der Konfiguration gibt es zur Zeit zwei Seiten. Die eine zeigt die Messwerte in dBm an, die andere in Watt.

Das Akkumanagement

Eintonaussteuerung

Zweitonaussteuerung

Die beiden Bilder zeigen den aktuellen Stand unseres HF-Pegelmessers. Die Grundplatine mit der Ladeelektronik ist nun fertig und funktioniert einwandfrei. Unser Aufwand , den wir hinsichtlich Rauschen betrieben haben scheint sich ebenfalls auszuzahlen. Wir erreichen einen Dynamikbereich von -80 dBm bis +15 dBm!

Spannend war der erste Test am Zweitonsignal. Links liegt ein mit einem Sinuston moduliertes SSB-Signal von -30 dBm an. Rechts wird der Sender mit einem zweiten Sinussignal anderer Frequenz, aber exakt gleicher Amplitude ausgesteuert. Die entstehende Schwebung der Hüllkurve wird schön im Zeitbereich (Oszilloskop) dargestellt. Wichtiger ist aber, dass die Gesamt-HF-Leistung auf den vierfachen Wert ansteigen muss... und das tut sie: von -30 dBm steigt sie auf - 23,9 dBm, was 6,1 dB bzw. der vierfachen Leistung entspricht! Auch der Mittelwert wird mit 2,9 dB Anstieg nahezu exakt angezeigt.