Feldstärkemessge. mit Fernablesung

Ein Feldstärkermesser mit Fernablesung
Bernd Kernbaum, DK3WX, Ruppinstr. 13, 15749 Mittenwalde Germany
.t-online.de)
dk3wx @ darc.de und http://www.dk3wx
Für Antennenabgleicharbeiten und dem Ausmessen einer Richtantenne ist ein Feldstärkemesser ein
sehr gutes Hilfsmittel. Mit wenig Aufwand lässt er sich aufbauen und liefert bessere Ergebnisse als so
manch Empfänger mit einem Balken S-Meter. Dabei geht es oft nicht um einen genauen absoluten
Messwert, sondern um ein gesuchtes Maximum oder Vor/Rück-Verhdltnis oder den besten
Abstrahlwinkel.
./\/,\
tc2
tc2
rci
tc3
*EWruH
Messantenne Detektor
fuD
Wandler
Kodierer
Sender
I
Sendeantenne
Bild2 Blockschaltbild des Feldstärkemessers
Schaltungsbeschreibung
Die gesamte Schaltung konnte mit drei integrierlen Schaltkreisen aufgebaut werden. Die Hilfsantenne
und die Selektion werden an Buchse X1 angeschlossen, sie sind nicht Bestandteil des Gerätes und
werden je nach Messaufgabe außen angeschlossen. Als Detektor wird der AD8307 von Analog
Devices in der Grundschaltung verwendet. Dieser Schaltkreis ist sehr empfindlich und liefert am
Ausgang eine Gleichspannung, die dem Logarithmus der HF Eingangsspannung proportional ist. Diese
Gleichspannung im Bereich von ca. 0,2 bis 2,3Y entspricht dem Eingangspegel von -70 bis +10 dBm.
Als Analog-Digital-Wandler wird der integrierte 10 Bit Wandler eines PICI2F675 Mikrocontrollers
verwendet. An Pin 6 wird eine Referenzspannung über R3 und R4 eingespeist, damit die 10 Bit des
Wandlers genau über den Spannungsbereich des Detektors liegen. Im gleichen Controller wird dann
der ermittelte digitale Messwert so umkodiert, dass er über das Pin 5 den Sender Tasten kann. Über
einen Jumper besteht die Möglichkeit verschiedene Sendeprotokolle zu wählen. Für das einfache
Sendeprotokoll wird der interne RC Taktgenerator verwendet, wird ein exakter Takt benötigt kann an
PIN 2 und 3 ein Quarz angeschlossen werden. Als Sender wurde eine einfache Schaltung im 70 cm
Band gewählt. Der winzige Schaltkreis }dAX1044 war schon von DL2JWL, tnx Wolfgang, auf einer
kleinen Leiterplatte montiert. Er benötigt einen 13,56 MHz Quarz, eine interne PLL erzeugt dann das
32Fache als Sendefrequenz. Der PAAusgang am Pin 4liefert bei 3,6 V Versorgungsspannung etwa 20
mW (13 dBm ) an die Antenne an Buchse X2. Andert sich der Pegel am Modulationseingang nicht
mehr, schaltet sich der Sender innerhalb von von ca. 5 ms automatisch ab. Dieser Effekt, kein
dauerhaftes Sendesignal zu erzeugen, war für mich der Grund die Schaltung für eine andere
Anwendung nicht zu verwenden und so landete sie in die Bastelkiste. Nun ist er sehr hilfreich, nach
der Datenübertragung wird der Sender abgeschaltet und nach kurzer Zeitkann mit dem Messen der
Feldstärke ohne Beeinflussung begonnen werden. Die maximale Versorgungsspannung des MAX7044
mit 3,6 V wird dann auch gleich für den Rest der Schaltung verwendet. Hier kommt ein abgelegter
Handyakku zum Einsatz.
Anstelle des beschriebenen Sender ICs kann eventuell ein altes Funkthermometer als
B auelementequelle dienen.
Im Bild 3 wurde eine Stabantenne, z. Z. mchl ausgezogen, und ein Resonanzkreis im 2m Band
aufgesteckt. Eine Halterung für das Fotostativ, die auch zum Befestigen auf einen Glasfibermast
gedacht ist, komplettiert das Gerät.
T1S'
CI
O
tqoF
ztzz
4()OO
=OLJ
Bild 4 Schaltung
Bauteile
Bauelement
Wert
lc1
4D8307
tc2
Ptc12F675
tc3
l\44X7044
c1, c2, c3, c4, 100 nF
c7, cg
c5, c6
12 pF
R1
50 Ohm
R2
4,7 kOhm
R3
2,7 kohm
R4
4,7 kohm
L1
27 nH
L2
16 nH
Q1
13,56 MHz
Das Sendeprotokoll
Auch dieses Problem konnte durch einen Griff in die ,,Software-Bastelkiste" schnell gelöst werden.
Um beim Dekodieren auf der Empfangsseite keinen zusätzlichen Aufwand zu haben wurde auf
Altbewährtes zurückgegriffen. Das Messergebnis wird einfach zurück gemorst. Das AD-WandlerErgebnis wird durch ein Dual-Dezimal-unterprogramm in den Zahlenbereich von 0 bis 1023
gewandelt und anschließend tastet ein weiteres Programmteil mit dieser Zahlenfolge einen internen
Tongenerator. Der sonst als Mithörton verwendete Ausgang versorgt nun den DATA Eingang des
Senders. Alles Software die schon in vielen Keyer und TRX Projekten verwendet wurde. Gesendet
wird ein A2A Signal mit einem lo07o Modulationsgrad. Empfangen kann man dies mit jedem AM,
SSB oder CW RX im 70 cm Band.
Natüriich wurde auch an ein richtiges Datenprotokoll für die Übertragung gedacht. Erfahrungen mit
dem FS 20 Protokoll, wie es bei vielen Funkschaltsystemen namhafter Hersteller verwendet wird,
liegen vor aber dies erfordert etwas mehr Aufwand beim Empfang und der Auswertung. Dieses wird
wohl erst nach einer längeren Testphase implementiert.
Aufbau
Plc12F675
Bild 5 Musteraufbau
Das Bild 5 zeigl den Musteraufbau. Alle Bausteine wurden auf kleine Subplatinen gelötet, die
anschließend eingeklebt wurden. Kurze Masseverbindungen garantieren trotzdem einen HF gerechten
Aufbau. Der Eingangswiderstand für den AD8307 wurde nicht fest eingefügt sondern auf die
Messantennenbuchse aufgesteckt. So kann er den Messbedingungen angepasst werden. Der Akku
befindet sich in einer Kammer auf der Rückseite.
Bei einem SMD Aufbau kann das Gerät um ein Vielfaches leichter und kleiner Aufgebaut werden.
Messung und Auswertung
Bevor es an die Antennenmessung geht ist eine geeignete Antenne für den Feldstärkemesser zu
konstruieren. Wegen der hohen Empfindlichkeit des Detektors sollte sie nicht zu groß sein und ggf.
einen Selektionskreis besitzen. Ist die Sendeleistung an der zu messenden Antenne groß genug kann
am Feldstärkemesser zusätzlich ein Dämpfungsglied eingesetzt werden.
Bevor das Diagramm aufgenommen wird,
wird die Richtantenne auf den
Feldstärkemesser ausgerichtet und die
0
Sendeleistung so weit erhöht bis der
Feldstärkemesser Werte im Zahlenb ereich Z
um 1000 (.U =ZllO23+2,35) zurücksendet.
Dies ist kurz vor der oberen
Aussteuerungsgrenze. Mit abgeschalteten
40
Stationssender sollten dann die gemorsten
-50
Werte unter 200 liegen. Ist dies nicht der Fall
ist zu klziren wodurch es zu einer
{0
Einstrahlung kommt.
-74
Im Bild 6 ist der Zusammenhang zwischen
Zahlenw ert Z, der entsprechende
1.1
06
18
0.2
Spannungswert am AD-Wandlereingang und
dem Pegel in dB.
100 200 300 .100 50C S00 70C 800 9CC '1000
Die Spannungswerte werden dann im
Rechenblatt in Dezibel umgerechnet, der
Wert 94 dB wird ggf. variiert, bis der größte
gemessene Wert 0 dB ergibt. Es werden nur
relative Pegel gemessen das Maximum ist der 0 dB Bezugspunkt. (dB =U/0,025-94 dB)
Ap\ryen
Die empfangenen Werte können in einem Kalkulationsprogramm (LibreOffice, OpenOffice oder
Excel) in einem Kreisdiagramm dargestellt werden. Die Dezimalwerte werden in Spalte C eintragen, in
Spalte D wird die Spannung und in Spalte E der Pegel daraus berechnet.
Gräd
lsdB
D€zimsl
2
C
10
1t23
1t23
s9
2l
s
mc
4C
50
568
6C
479
7C
370
BO
152
152
152
90
100
110
24C
124
230
130
220
r40
152
152
152
152
15C
174
1il
1S
1tc
207
2f,1
180
170
t80
2C1
19C
zo7
1m
2D7
174
1S
152
22A
152
152
250
152
26C
152
270
280
290
152
152
370
300
479
310
320
588
751
ffi0
330
34C
350
s9
1
023
35 '=D20 02tS
235
235
2 225
1.375
1 72a
135
11
c.85
0.35
c.35
G.35
0.35
0.35
035
c 35
04
0.475
0 475
a.475
0 475
0 475
a.4
0 35
c35
c35
035
c 35
N 35
c 35
0.85
11
135
1 725
r s75
2225
235
0
0
-5
-15
-25
40
-5C
-60
-8C
-80
80
-m
-80
€0
-80
-74
-75
7a
-73
,75
-fE
-78
,AC
2S
2m
8C
274
2m
1ft
Ic
€0
-m
80
-80
-80
-80
$0
-50
4C
,22
-15
'5
C
Bild 7 Rechenblatt und Kreisdiagramm
Ausblick
In meinem ersten Aufbau macht der Akku und die angesteckten Buchsen und Stecker den Hauptteil
des Gewichtes von ca. 1009 aus. Mit wenig Aufwand kann hier optimiert werden und ein besonders
leichtes Gerät entwickelt werden, welches dann mit einem Fluggerät, z. B. Quadrocopter, um die
Antenne geflogen werden kann. So können auch feste Antennen und/oder Vertikaldiagramme
ausgemessen werden.

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