Iedere amateur weet hoe belangrijk power en SWR metingen zijn voor een goed werkend amateur station, een goede meter mag daarom in geen enkele shack ontbreken. Dit ontwerp is als bouwproject op de VRZA Radiokampweek gebouwd en biedt een moderne en goed na te bouwen digitale power & SWR meter voor HF, VHF en UHF waaraan optioneel SHF toegevoegd kan worden.
Met dit instrument kunnen zowel de staande golf als het uitgangsvermogen van een zender gemeten worden. Omdat in het ontwerp gebruikt gemaakt wordt van Directionele Couplers kan de meter “real-time” en “in-line” power en SWR meten.
In veel goedkope ontwerpen wordt gebruik gemaakt van een diode als detector. Een vervelende eigenschap van een diode is dat deze zich niet lineair gedraagt over het hele detectiebereik. Daarnaast is relatief vrij veel vermogen nodig voor een goede SWR meting. In dit ontwerp is daarom gekozen voor de AD8307 van Analog Devices, een logaritmische versterker en detector. Deze biedt een gegarandeerde nauwkeurigheid van 1dB, maar de typische nauwkeurigheid is zelfs vele malen beter (tot 0,4 dB). In dit ontwerp is het bruikbare dynamische bereik meer dan 70dB.
Er kunnen 3 meetsensoren aangesloten worden. Één voor frequenties van 1 tot 54 MHz, één voor frequenties van 100 tot 500 MHz en een extra meetkop voor nog hogere frequenties. Daarnaast is het mogelijk zeer nauwkeurig heel lage vermogens te meten door geen coupler te gebruiken maar de meter direct aan te sluiten.
Alle data wordt door een microprocessor gemeten, berekent en weergegeven op het LC display. Voor een nauwkeurig meetinstrument is een goede ijking noodzakelijk. Het is dus belangrijk dat er een goede powermeter voor handen is. De kalibratie gegevens worden opgeslagen in het EEPROM geheugen en blijven ook bewaard als het apparaat langdurig spanningloos is geweest. De meetkoppen worden automatisch herkend waardoor de juiste kalibratie data automatisch geladen wordt.
In principe kan iedere HF coupler gebuikt worden die voorzien is van twee meetlussen. Hiervoor kun je het beste terecht op radiomarkten of natuurlijk op het Internet. Wil je HF metingen gaan verrichten, dan kun je de meetkop ook gemakkelijk zelf maken. Neem hiervoor ferriet kernen voor de juiste frequentie en van voldoende doorsnede. Een ontwerp voor een HF coupler staat verderop in dit artikel beschreven.
De controller print kan na opbouw met behulp van boutjes direct op de frontplaat gemaakt worden. Hierdoor ontstaat er een stevig geheel. De aansluiting voor de meetkoppen kan worden uitgevoerd met een DB9 connector waardoor er ook voldoende pinnen beschikbaar zijn voor de meetkop detectie.
Menu indeling
Na de zelftest verschijnt standaard linksboven het vermogen in Watts, linksonder het vermogen in dBm en rechtsonder de SWR verhouding. Rechtsboven staat de band die met de rotary encoder versteld kan worden. Alleen de banden die geschikt zijn voor de coupler worden getoond. De detectie van de coupler moet dus goed werken. Druk je 1 maal op de rotary encoder, dan kom je in scherm 2. Daarin kun je het forward en refelected vermogen aflezen in Watts, druk je nog een keer, kom je in scherm 3 waarin je dit in dBm’s kunt aflezen. Druk je dan nog een keer op de rotary encoder, dan wordt de return loss en de SWR verhouding weergegeven. Het is belangrijk dat deze zo hoog mogelijk is om een SWR van 1:1.1 of beter te kunnen meten. Daarna kom je in het instellingen scherm. Hier kunnen diverse instellingen worden aangepast. Bijvoorbeeld de update snelheid van de display en het kalibratie vermogen. (Zie voor meer informatie het gedeelte over kalibreren.)
Onderdeel Waarde
R1…R3 47Ω 1% 0,25W
R4, R5 68 Ω 1% 0,25W
R6, R7 33 Ω 1% 0,25W
R8, R9 39 Ω 1% 0,25W
R10…R15 100 Ω 1% 0,6W
R16, R17 470 KΩ 5% 0,25W
R19, R20 1 KΩ 1% 0,25W
R21..R23 470 Ω 5% 0,25W
R24…R29 10 KΩ 5% 0,25W
C1…C16 100 nF M.layer
C17, C18 22 pF keramisch
C19, C20 4,7 pF keramisch
C21 47uF 16V
C22 en C23 zijn vervallen !!!
D1 1N4001
D2 3mm LED rood
D3…D6 3mm LED groen
REG1 8705 spanningsregelaar
IC1 16F876A microprocessor
IC2, IC3 AD8307 log. Amplifier
X1 Low profile Kristal 20Mhz
S1 Rotary encoder met push functie (van Dijken)
L1, L2 3 windingen om 3mm met 0,8mm draad
Display 2×16 LCD display evt. met verlichting
Ferrietkernen 2x ferrietkern 1-54 Mhz
Software en updates
De software van de SWR / Powermeter is te vinden onderaan deze pagina. Hier staat ook een kopie van de bouwbeschrijving evenals de printlayouts, het schema en het ontwerp van de frontplaat. De software kan met iedere PIC programmer geprogrammeerd worden. Wel dient er rekening mee gehouden te worden dat de kalibratiedata ook meegeprogrammeerd wordt. Wil je de software van jou meter dus upgraden, let er dan op dat je hem ook weer opnieuw zal moeten kalibreren.
HF powersensor
Gebruik voor de sensor een blikken of gietaluminium doosje. Monteer allereerst twee SO239 of N chassisdelen (met soldeerlippen) in het kastje en zet ze zeer goed vast om te voorkomen dat ze losraken bij het vast- en losnemen van de coaxkabels. Beter is nog om ze vast te solderen als dat mogelijk is.
Wikkel voorts exact 27 windingen om iedere ferriet kern met het geëmailleerde koperdraad (doorsnede 0.5 mm) en verdeel de windingen netjes over de kern. Het is belangrijk dat de kernen in dezelfde richting gewikkeld zijn. Zorg ervoor dat de ferriet kernen goed vast zitten op de coax kabels omdat dit de meting beïnvloed. Zet ze bijvoorbeeld vast met wat lijm uit een lijmpistool. De signaal coax wordt aan 1 kant geaard aan de kast, de opneem coax wordt bij binnenkomst geaard. Daarna volgt een stuk waarbij de mantel los hangt van de aarde. Het is belangrijk dat de afscherming wel blijft zitten. Bouw de coupler verder op volgens de afbeelding.
De twee uiteinden van de coax kabel worden volgens het schema op de DB9-male stekker gesoldeerd. Soldeer in deze stekker ook de draadbrug die zorgt voor de juiste codering van de powersensor. Zie voor meer informatie het schema. Om te testen of de sensor juist herkend wordt koppel je deze aan de powermeter. De LED D3 (HF) moet nu gaan branden.
Kalibreren
Zorg ervoor dat je per band het exacte vermogen kent in dBm’s. Druk op de rotary encoder terwijl je de meter aanzet. Zodra er “Calibrate” op de display staat laat je hem los en je bent in het kalibratie menu.
In het normale settings menu kun je het kalibratie vermogen instellen, deze staat standaard op +40 dBm. In het kalibratie menu staat linksboven het kalibratie vermogen dat is ingesteld. Voor het kalibreren van de directe meetingang (dus zonder coupler) is het kalibratie vermogen niet instelbaar en vast ingesteld op een waarde van 0 dBm.
Genereer met de meetzender exact het vermogen dat linksboven staat. Houd er hierbij rekening mee dat de gebruikte aansluitkabel ook enige demping veroorzaakt. Voor een optimale nauwkeurigheid is daarom een gekalibreerde powermeter nodig die als referentie dient en de exacte waarde meet aan het einde van de kabel waarop ook onze powermeter wordt aangesloten!
Kalibratie wordt nu als volgt uitgevoerd:
1. Sluit de te kalibreren power sensor aan.
2. Stel de meetzender in op de middelste frequentie van de te kalibreren band
(dus bijvoorbeeld 145 MHz of 435 MHz). Stel de meetzender voorts zodanig in dat op de connector aan het einde van de kabel het vermogen exact 40dBm is. Zet de meetzender in standby mode.
3. Sluit nu de power meter aan met de TX aansluiting op de meetzender en de dummyload op de antenne aansluiting.
4. Selecteer met de rotary encoder de te kalibreren band en de richting
(eerst FWD dus) die je wil kalibreren.
5. Schakel voorts het RF power van de meetzender in en druk op de rotary encoder om de kalibratie waarde op te slaan in het geheugen. Wanneer je een waarde opslaat verschijnt er in de display een melding of dat succesvol gedaan is en daarna de opgeslagen data.
6. Schakel de meetzender weer in standby en draai nu de powersensor om (dus de meetzender aan de ANT aansluiting en de dummyload aan de TX aansluiting).
7. Selecteer met de rotary encoder opnieuw de te kalibreren band en de andere richting (REF dus) die je wil kalibreren.
8. Schakel voorts het RF power van de meetzender in en druk weer op de rotary encoder om de kalibratiewaarde op te slaan in het geheugen.
Deze hele procedure dient voor iedere band afzonderlijk uitgevoerd te worden. Dit kan op ieder willekeurig tijdstip gebeuren omdat de powermeter de waardes per band opslaat. Ook voor de directe ingang dienen deze stappen separaat uitgevoerd te worden.
Om het Kalibratiemenu te verlaten schakel je de powermeter simpelweg uit.
Veel bouw en daarna meetplezier,
Remon
PA1RUM
Links:
Printlayouts PDF 1:1 printlayouts van dubbelzijdige print:
alle printlayouts
layout achterzijde
layout componentzijde
layout voorkant
Omdat PSD Printservice de printen heeft gesponsored op de Jutberg zijn deze toen kosteloos beschikbaar gesteld door hen. Als mensen geen dubbelzijdige printen zelf willen of kunnen maken, kunnen ze een complete set bestellen bij PSD printservice.
Deze set bestaat dan uit de processorprint zoals in het ontwerp staat, maar ook de frontplaat zoals deze op de foto’s staat. Alleen nog even een kastje regelen en alles pas er zo direct in! De mensen kunnen deze set bestellen door 25 euro over te maken op gironummer 5008165 tnv PSD te Roosendaal met duidelijke vermelding van “Jutberg 2009” en NAW gegevens. Eventueel een email adres: info@psd.nl
aansluitingen Hoe de print aan te sluiten op de connectors
behuizing Behuizing waar het ontwerp voor de frontplaat direct in past
frontplaat Ontwerp voor frontplaat bij Schaeffer AG Ontwerp software is te downloaden op www.schaeffer-ag.de. (aanrader!)
schema Schema van schakeling
Software-V1.1 Software voor in de PIC.
winpic settings Instellingen voor Winpic indien nodig. (Let erop dat deze instellingen voor de Velleman programmer zijn!)
Dit project is mede tot stand gekomen door de hulp van een aantal mensen:
David (PE1MUD), Mischa (PA1OKZ), John (PD2PRT), Maarten (PE7M), Conrad Electronics, PSD Printservice en Natasja.