Om de benadering van het ontwerp te verduidelijken wordt eerst het verschil beklemtoond tussen een RF-voltmeter en een RF-powermeter.
- De RF-powermeter gaat het vermogen berekenen door de spanning de te meten over een specifieke impedantie (bij ons amateurs meestal 50 Ohm ). We moeten dus opletten deze impedantie niet te verstoren met onze meting en zorgen dat de belasting 50 Ohm puur blijft .
- De RF-voltmeter moet de spanning meten over een ongekende impedantie met zo weinig mogelijk invloed op de meetkring , zowel resistief, capacitief als inductief. Indien we de spanning die we moeten meten kunnen omzetten naar dezelfde waarde maar met een impedantie van 50 Ohm , kunnen we onze meting herleiden tot een RF-powermeting.
En hier komt een oplossing :
We moeten dus een zwarte doos hebben met een spanningsversterking = 1 , maar met uitgangsimpedantie van 50 Ohm …
Deze zwarte doos noemen we onze RF-sonde. Een cathode-volger , een emittor-volger of een FET source-volger beantwoordt aan deze vraag.
Wij kiezen voor de meest moderne versie de FET source-volger:
De gain is nagenoeg 1 van zulke schakeling en de impedantie kan ingesteld worden door de weerstand in serie met de source. Daarbij treedt nog een voor ons doel zeer gunstige karakteristiek op , de ingangsimpedantie is zeer zeer hoog en laat dus een capacitieve koppeling toe met zeer lage capaciteitswaarde < 1 pF. Ook de keuze van een moderne Dual Gate Mosfet type BF998 , laat ons toe het spectrum vanaf enkele KHz tot boven 1 GHz te bereiken.
De zelfbouw van deze miniatuur-PCB 9mm x 57mm met SMD-componenten maat 805 , laat ik voor onze jonge bouwers met excellente ogen en vaste hand. Ik had het geluk van zo’n exemplaar gekregen te hebben van Ludo ON4AIO , tijdens het op punt stellen van onze zelfbouw RF-powermeter.
Deze bestukte PCB’s zijn nu zelfs binnen de EU te koop.
Met deze sonde hebben nemen we een goede start wat betreft karakteristieken en reproduceerbaarheid voor de bouw.
Gezien het feit dat deze opstelling ca. 25 mA opneemt is voeding uit een 9V blok niet aan te raden en moet naar een alternatief gezocht worden. Een herlaadbare 9V NiMH batterij is een mogelijkheid. Wie beter vindt zonder storing van DC-DC converter is welkom , om die oplossing hierbij online te plaatsen.
Met deze sonde werden spanningen gemeten van 6 μVpp t.e.m 2Vpp , dit afhankelijk van de gevoeligheid van de na-zet RF-powermeter. In de nood grotere spanningen te meten moeten we onze oplossing zoeken in een RF-powermeter.
Nu gaan we even naar ons tweede deel van onze opzet …de uitlezing.
De uitlezing op een RF-powermeter.
Zoals gezegd geeft onze sonde een conversie spanning naar RF-power. Het is dus logisch dat onze uitlezing op een RF-powermeter gebeurt met de uitlezing in μ- , m- , Veff of Vpp , hetgeen gangbaar is op een RF-powermeter , benevens de dBm-schaal, mocht dit in een bepaald geval niet present zijn bestaan er nog altijd rekenmachientjes , conversie-tabellen of een reken-bladen . Dit laatste is present in deze map , als afzonderlijk bestand.
Doorstroom RF-powermeters , die in serie staan met een antenne , kunnen niet gebruikt worden.
Hier enkele RF-powermeters die we wel kunnen gebruiken :
onze zelfbouw powermeter PVm
de TinySA spectrum analyser
De OLED powermeter in 3 versies 100 KHz tot 500 MHz ,
50 Mhz tot 3 Ghz,
1 Mhz tot 8000 Ghz
Deze kunnen allen maximum 10 dBm aan op hun input of dus 2Vpp. Vóór het gebruik , is er noodzaak aan de kalibratie van de RF-powermeter zelf. Gebruik hiervoor een gekend RF-niveau tussen -50 en 0 dBm en zorg dat de uitlezing hiermee overeen komt. Bij de PVm is er een voorgaande om de software attenuator op 0 dB te plaatsen en de meetfrequentie na elke spanningsonderbreking in te stellen. De visualisatie van de meting is zichtbaar in Vpp en Veff .
Bij de TinySA moet de keuze gemaakt worden tussen Low-input ( < 350 Mhz) en High-input (> 240 Mhz).
- Kalibratie van Low-input kan door het toestel zelf .
- Kalibratie van High-input moet gebeuren door een externe generator (nanoVNA bijvoorbeeld) , en in CONFIG , EXPERT CONFIG, het ingeven van dit vermogen.
- De interne attenuator kan best op een vaste waarde staan .
- Specificeer de frequentie als CENTER en beperk de SPAN
- Maak keuze op LEVEL tussen UNIT VOLT of DBM
- Op de OLED powermeters moet je de meetfrequentie instellen en nadien de OFFSET (éénmalig deze laatste) om de uitlezing in overeenkomst te brengen met het geïnjecteerde signaal uit een referentiebron.
- De uitlezing gebeurt in Vpp of dBm .
De maximum te meten frequentie hangt niet alleen af van de RF-sonde, maar ook van het meetbereik in frequentie van de RF-powermeter. Bij de PVm is dit 500 MHz , bij de TinySA is dit 900 Mhz en bij de OLED powermeters is dit 500 Mhz , of 1 Ghz. Met deze 3 toestellen was na kalibratie , meting mogelijk met een afwijking beperkt tot +/- 1% van de afgelezen spanning , (of +/- 0,1 dBm equivalent in vermogen). De meetbare amplitude ging van < 100 μV tot 2 Vpp , of 35μVeff tot 0,707 Veff.
- De prijs van de RF-sonde is ca €30,00.
- De prijs van de RF-powermeters situeert zich tevens op €30,00, behalve de TinySA die actueel op de Europese markt rond €100,00 draait taksen inbegrepen .
- Mijn raad is , koop de OLED powermeter tot 500 Mhz(de goedkoopste oplossing ), en steek je tijd in het leren meten.
- Hopend dat dit je nuttig kan zijn , en vergeet het rekenblad niet met spannings- en vermogens- conversie.
MEETPROCEDURE RF-voltmeter update 12 juni 2021 (blauwe tekst)
Voor de instelling van de TinySA heb ik een eigenaardig fenomeen opgemerkt .
Bij ATTENUATE MANUAL op 0dB gedraagt de intput van de TinySA zich niet meer stabiel als 50 Ohm ingang maar gaat oscilleren tussen 50 Ohm en een hogere waarde . Dit gebeurt ook bij lage waardes van manuele instelling . Bij 10 dB en hoger verdwijnt deze anomalie .
Dus stel ik voor de Tiny SA te gebruiken met ATTENUATE AUTO .
Hier de volgorde van instellingen:
De MODE van de ingang staat op LOW in dit voorbeeld , vanaf >250 Mhz kan MODE HIGH
Dan voert men de FREQUENCY in als CENTER en daarna SPAN
De FREQUENCY op de te meten MHz-schijf (bvb 7 MHz)
De SPAN heb ik op 2 MHz gekozen
In LEVEL zetten we ATENUATE op AUTO
Tevens zetten we in LEVEL , EXTERNAL AMP zetten op 0 dB
Tot slot gaan we naar CONFIG van het hoofdmenu en kiezen EXPERT CONFIG
Hierin gaan we SAMPLE REPEAT instellen op minstens waarde 8
Dit laat toe de meetwaarden te stabiliseren op het gemiddelde van het ingestelde metingen Bij afwezigheid van deze parameter wordt 1 enkele meting verricht , hetgeen schommelingen teweeg brengt in de meetresultaten
De TinySA sluit de RF-bron af op 50 Ohm door zijn ingangsimpedantie dus geen bijkomende 50 Ohm.
Doe de eerste meting met galvanische koppeling en deze geeft een vermogen van X1 dBm
Bij de tweede meting moeten we de bron afsluiten met 50 Ohm omdat de SONDE hier gaat gebruikt worden , en die heeft een zeer hoge impedantie . Deze tweede meting na de 50 Ohm belasting geeft ons een vermogen van X2 dBm
Een betere nauwkeurigheid is te bekomen door tijdens uw kalibratie en metingen de optie in DISPLAY , CALC te gebruiken IN AVG 16 mode en even geduld te hebben tot de uitlezing stabiliseert .
Ook een ZERO SPAN met aangifte van de exacte meetfrequentie kan helpen om nauwkeuriger resultaten te bekomen bij de TinySA .
door Willy, ON5KN