A ktualizováno v lednu 2020
Měření vf výkonů, měření úrovní signálů
Úvod Měření vysokofrekvenčního výkonu a měření úrovně signálu patří k základnímu měření, které v radioamatérské praxi provádíme. V tomto článku (mimo posledního příkladu) se nebudu věnovat měření velkých výkonů v řádu Wattů, ale zaměřím se na měření malých výkonů (od mikro Wattů po milliWatty). Pokud v úvodu článku hovořím o základu základů, pak k tomu mám nejméně tři důvody: 1. Přebuzení jakéhokoliv stupně, který má pracovat v lineárním režimu způsobí kompresi signálu. Velká komprese znamená generování neskutečného množství parazitních produktů, stanice potom produkuje "humare", "humus" a hamům, kteří produkují humare s oblibou říkám humusáci. Ale o tom jsem psal už kdysi třeba tady. Často se setkávám na pásmu s úrovněmi, která DX manům stačí na uskutečnění DX spojení, ale humusáci to s klidem vyprodukují jako parazitní produkt. 2. Některé polovodiče nepracují s velkou výkonovou rezervou. Po přebuzení vstupů snadno dojde k jejich průrazu, pokud nejsme opatrní při experimentech. 3. Nikdy nebylo měření vysokofrekvenčních výkonů tak jednoduché, jako dnes. Použité obvody pro měření výkonů V mé dílně se v uplynulých letech usadilo větší množství přístrojů. Např. na konci článku zde jsem v minulosti popsal jednoduchý, velice vidlácky provedený indikátor vf výkonu, který jsem používal při zkouškách kapesních radiostanic. Uměl však docela daleko od začátkun stupnice změřit úroveň 0 dBm (1 mW) a směrem k nule podstatně menší výkony. Umělá zátěž dovolila do udělátka pustit krátkodobě 20 Wattů a téměř trvale výkon do 10 Wattů. Tento bastl i celá řada dalších přístrojů má jednu věc podobnou. Tou věcí je integrovaná součástka, obvod logaritmického zesilovače s detektorem. Pro nádherný rozsah od -75 dBm do + 16 dBm a pro kmitočty od 0 do 500 MHz se často používá obvod AD8307, pro kmitočty od 1 MHz do 10 GHz se jedná o oblíbený AD8317. Ten má však menší dynamický rozsah od - 53 dBm do -3 dBm (0.5 mW). Přístroje |
Přístroje jsme schopni vyrobit svépomocí. Ty jednoduché mohou vypadat jako vidlácký indikátor, který sfoukneme za jeden večer (vpravo) nebo je koupíme nové za pár korun od Číňana (dole). Opravdu to měří od -75 dBm do +16 dBm na kmitočtech do 500 MHz, test zde. |  |  |
Stejný obvod AD 8307 je též použit ve spektrálním analyzátoru. Má tam sice omezen rozsah měření jen do cca +0 dBm. Rozhodně bych nedoporučoval přetěžovat použitý směšovač na více než +10 dBm, protože mu hrozí průraz. Navíc vám to nad 0 dBm stejně nebude měřit, protože jde o heterodyn, který má úroveň L.O. odhadem do + 4 dBm. Nicméně, měří to od cca -75 dBm, ale dynamický rozsah je ještě zmršen jen 8 bitovým ADC převodníkem mikropočítače. Ale měří to a některé SW, např. NWT4.09 nebo VMA Spectrum nabízejí funkci měření vf výkonu jako doplňkovou funkci. |  |
Měření výkonů (úrovní) na vyšších frekvencích Oblíbený AD8307 měří jen do 500 MHz. Použitím principu heterodynu se sice snížil úrovňový rozsah, ale zvýšil se rozsah frekvenční (do 4.4 GHz). AD8317 Běžně se však vyrábějí laciné logaritmické zesilovače s detektory pro GHz pásma. Ten, který jsem kdysi koupil jako první od Číňana, byl osazen obvodem AD8317. Protože destička osazená konektorem SMA měla obvod v pocínované plechové krabičce a byla lacinější než samotný polovodič, neváhal jsem. Měl jsem však možnost cejchovat převodník jen do 6 GHz. Výstup Vout je u provedení vyveden rovněž na SMA konektor, ale napájecí napětí a některá nastavení, která je možné provádět, jsou vyvedena jen na prokovené díry destičky. Rozumnou kombinací se jeví vybavení detektoru jednočipovým mikropočítačem s ADC převodníkem, případně s komunikací po LAN (WiFi, Internet) a zobrazováním naměřených hodnot na notebooku nebo tabletu. |  |  |
Měření vyšších výkonů Provozními měřidly často potřebujeme měřit i vysoké výkony. To lze rovněž snadno, pokud logaritmické zesilovače navážeme na vhodné směrové odbočnice nebo směrové vazební členy. Ty však budou předmětem jiného článku, ale uvedu zde alespoň příklad přístroje, který dálkově měří výkony od mikro Wattů po kiloWatt, má vestavěný měřicí generátor na úrovni od 0 dBm do + 13 dBm (20 miliWattů) pro kontrolu před vysíláním, atd. Přístroj obsahuje dva směrové vazební členy (každý má jiný vazební útlum), dva logaritmické zesilovače s detektory, jednočipový řídící a komunikační mikropočítač a komunikační modul Elfin. Zařízení měří u antény a naměřené výsledky se sledují v hamovně nebo v laboratoři. Dálkové měření úrovně dopředného a odraženého výkonu jsem předváděl na listopadovém (2019) setkání radioamatérů v Českých Budějovicích. Obrázek aplikace při měření na kmitočtu 7 080 kHz a s úrovní 10 dBm je dole. Mimo přímého a odraženého výkonu nám SW vypočítává další hodnoty (Return Loss a VSWR). |  |
Závěr Tento článek snad ani závěr nepotřebuje. 1. Měření úrovní a výkonů se přestěhovalo do čipů, které převedou RFin na napětí Vout. Vout převádíme v ADC převodníku jednočipového mikropočítače na digitální čísla (data), která přenášíme z měřicí sondy do našeho PC nebo zobrazujeme na displejí. Měřiče úrovní vf signálů (měřiče malých výkonů) se staly rovněž součástí složitějších analyzátorů, např. VNA nebo spektrálních analyzátorů s heterodynem. Měřiče malých výkonů jsou rovněž součástí anténních analyzátorů a SWR metrů. O tom však jindy. 2. Parametry přístrojů jsou použitými čipy limitovány, ale vlastnosti přístrojů, zejména jejich snadné a intuitivní ovládání, ale také zpracování hodnot do vhodné a srozumitelné prezentovatelné podoby souvisí s vlastnostmi použitého SW vybavení. A to byl důvod, proč jsem na svých stránkách popisoval úvodní metody o tom, jak si hodně rychle a jednoduše napsat vlastní hezkou aplikaci nebo jak zkrotit neposlušný notebook. Tyhle dovednosti jsou soudobým základem radioamatérství a zvládají je i starší pánové, kteří se tím neživili a na vojně nebo ve škole to nikdy neměli ... |
TU 73, Mira, ok1ufc