<<

pa0nhc HF vermogen meter
20171020-218

Voorlopige ontwikkel gegevens.

(C) The use, copy and modification of all info on this site is only permitted for non-commercial purposes, and
thereby explicitly mentioning my radio amateur call sign "PA0NHC" as the original writer / designer / photographer / publisher.


Zonder afregelen : +50dBm aanwijzing met 100W output op 7MHz.

Dit instrumentje meet het effectieve (rms) HF vermogen op een, tussen een HF bron en een externe 50 Ohm belasting, doorlopende transmissie lijn. De gevoeligheid kan in twee stappen van 20dB ingesteld worden. Het totale meetbereik is 57dB.

Het meetbare vermogen over 50 Ohm is van -4 dBm tot +53 dBm (0,4 mWrms tot 200 Wrms).

s1 s2 Min. meetbaar (-1dBm) Max. afleesbaar
-20 -20

0,41 mW = -4 dBm

2,1 mW = +13 dBm
0 -20   1,98 W = +33 dBm
-20 0   2,1 W = +33 dBm
0 0   198 W = + 53 dBm

De benodigde voeding spanning is 3,5 tot 5 Vdc. De opgenomen stroom is ca. 3 tot 8mA. Met 3 stuks AAA batterijen is hun geschatte gebruiksduur minstens 25 uur.

De schakeling geeft zonder afregelen correcte metingen, zolang de opgegeven componenten en waardes worden gebruikt. Onnauwkeurigheden door de toepassing van "standaard waardes onderdelen" zijn kleiner dan 1dB.

Een voor de aanbevolen draaispoel meter geschikte dBm meter schaal is op deze pagina te downloaden, en eenvoudig aan te brengen.

            Voorlopige ontwikkel gegevens
Het bedoelde frequentie bereik is 160kHz tot 30 MHz, en eenvoudig naar beneden uitbreidbaar tot 16 kHz.

            Speciaal ontworpen printje.

De interne transmissielijn heeft een impedantie van 50 Ohm. De ingang kan tot 500W zonder schade verdragen. In het printje worden goedkope SMD componenten en veel "vias"  toegepast, om de invloed van de zelfinductie van onderdelen en massa verbindingen te minimaliseren.

Download de onderdelenlijst
Alle weerstanden en condensatoren zijn goedkope SMD 1206 types. 


Download het schema 



 Prototype gereed.

IC1 pen1 [V] Vermogen [W] dBm mA
3,22 200 +53 0,976
2.28 100 +50 0,691
1,61 50 +47 0,488
1,14 25 +44 0,345
0,805 12.5 +41 0,244
0,57 6,25 +38 0,173
0,405 3,125 +35 0,123
0,285 1,6 +32 0,086

Deze tabel kan helpen om een meter schaal voor een afwijkend meter type te tekenen.


Download de meter schaal voor een
Voltcraft 60mm brede 1mA meter
HIER
.

Print deze PDF met afmetingen 100%.
Knip af langs de 57.1mm brede rechthoek.
Lijm het aan de achterzijde van de originele schaal.


Downmoad switch panel
PDF

Dit instrumentje meet de effectieve (rms) spanning op de doorgaande 50Ohms transmissielijn. Één van de twee BNC bussen wordt aan de HF bron aangesloten, de andere aan een externe 50Ohm belasting.

IC1 is een nauwkeurige en gevoelige breedband 2,5GHz "rms detector" SMD chip, met een conversie versterking van 7,5Vdc / Vrms. Het IC kan nog een minimale ingang spanning van slechts -30dBm of 7mVrms detecteren,  met slechts -1dB afwijking.

NB : Als de inwendige weerstand van de toegepaste meter afwijkt van 210 Ohm, moeten de waardes van R4,5 en 6 aangepast worden voor volle schaal uitslag bij 3,3V en 0,33V uitgang spanning van IC1.

Voor de tien ingang weerstanden R1 // R2 zijn 0,5W dikfilm SMD weerstanden gekozen vanwege hun geringe eigen zelfinductie en belastbaarheid. De vervanging weerstand ervan is 5,023 kOhm 5W.
Tussen 0 en 100MHz heeft de ingang impedantie van IC1 een constante waarde van 225Ohm // 1pF.

Met s1 "gesloten = ongevoelig" is de totale impedantie aan de ingang van IC1 : 22,3 Ohm. De ingang verzwakking is dan : (5,023 + 0,0223) kOhm / 0,0223 kOhm= 226,2x.
Met s1 in de stand "open = gevoelig" is de ingang verzwakking : (5,023 + 0,225) kOhm / 0,225 kOhm = 23,32x . Resulterende in 20 dB meer gevoeligheid.

De vervanging weerstand van R5//R6 is 3,083 kOhm.
Met s2 in stand "R5//R6 = ongevoelig" is bij volle schaal uitslag de uitgangspanning van IC1 : (210 + 3083) Ohm x 0,001 A = 3,293 Vdc, afgerond 3,3Vdc.
Met s2 in stand "R4 = gevoelig" is bij volle schaal uitslag de uitgangspanning van IC1 : 0,001 A x (210 + 120) Ohm = 0,33Vdc. Resulterende in 20dB meer gevoeligheid.

Het totale meetbereik is dus +53dBm - (-4dBm) = 57dB (!).

Om invloeden van storingen te voorkomen, verzwakt C2 frequenties lager dan ca. 160kHz met 6dB/okt.
Door parallel aan C2 een condensator van 100n te solderen, kan het frequentie gebied naar omlaag worden uitgebreid tot ca. 16kHz.

Het ingang circuit is ontworpen om 500W vermogen zonder schade te verdragen. D1,2 beveiligen IC1 dan tegen overbelasting. Ze beginnen pas te begrenzen nadat meter M volle schaal aanwijst, en beïnvloeden de metingen daardoor niet.

D3 beveiligt de meter tegen te grote stromen.

Het printje is ontworpen met verlengde soldeer eilandjes, voor het makkelijk verhitten van de soldeer plekken, en het goed vloeien van het soldeer. 
Het printje is verder ruim voorzien van "vias" voor kleine massa retour impedanties. Ook bij massa verbindingen naar componenten zijn beide massavlakken met via's doorverbinden .

De drie miniatuur tuimel schakelaartjes zijn gekozen voor hun kleine afmetingen en lage prijs. 
LET OP: de pen afstand van de te monteren miniatuur tuimel schakelaars is 4,15mm. RM5 schakelaars passen NIET in het printje.

Boorplannen voor een Hammond 1554EGY ABS behuizing.
Voor makkelijker montage kan het gat voor de LED ook recht boven de soldeerplek, in het bovenvlak geboord worden.


Download


Download


Download


PCB top


Montage verhoging weg gefraised

        De behuizing.
Alles past in een goedkoop klein Hammond 1554EGY ABS behuizing.   

Ik heb het printje zo ontworpen, dat het precies tussen de twee BNC bussen past.
U kunt twee verschillende type BNC bussen gebruiken :
- Met centrale moer of
- Met flens
De bij elk type BNC bus behorende gat maten staan in de tekening vermeld.

De draaispoel meter moet in het midden van het voorvlak komen. De gaten en afstanden ervoor gelden voor een Conrad 103537 60mm 1mA meter.

Boor en vijl alle gaten in het doosje.
        NB: 
- Het 5mm gaatje voor de LED kan ook in de bovenzijde van het doosje geboord worden. 
- Boor de gaten voor de drie schakelaars als 6,5mm,
- Verzink de gaten ook aan de binnenzijde van het doosje.
Dit vergemakkelijkt het plaatsen van het printje in de behuizing.

Er is aan de binnenzijde van het doosje, bij de schakelaar montage gaten, een plastic montage verhoging.
- Boor mbv. een 9mm boor in een kolom boormachine, eerst het ronde deel van de verhoging tot gelijk met het binnen vlak.
- Breek mbv. een tang de beide overgebleven verhoging randjes weg.
- Gebruik de boor als een frees. Neem het doosje in de handen, en frees mbv. de boor de resten zo goed mogelijk vlak.
        Schuur daarna de overgebleven randen vlak (zie foto rechts).

        Solderen.
Voor makkelijker voorverwarmen en solderen, ontwierp ik op het printje alle soldeer eilandjes iets langer.

       De volgende soldeer werkwijze bleek voor mij het handigst :

- Vertin de soldeer plekken op het printje eerst DUN.
        Het doel is om de plek later makkelijker te verwarmen, en het component dus minimaal te hoeven verhitten.
        Het print oppervlak dat als eerste tijdelijk aan het component gehecht gaat worden, mag iets dikker tin bevatten. 

- Verwijder daarna overtollige tin van het printje mbv. de-soldeer litze.
        Let op: haal de de-soldeer-litze los VOORDAT de tin stolt, om beschadigen van het printje te voorkomen.

- Plaats het component op het printje, en hecht één contact snel vast.
- Controleer de juiste positie van het component en corrigeer die indien nodig. Let er op dat de component contacten niet over de isolatie van de print banen heen steken.

- Soldeer het (de) andere contact(en) van het component.

- Vloei als laatste het eerst gehechte contact door. 

        Plaats als laatste het IC en neem anti-statische maatregelen :
- Hecht alleen pen 4 zoals boven beschreven (een kleine stip op het IC duidt pen1 aan).
- Na controle, de pennen 1-3 SNEL EN KORT met ruim tin met elkaar doorsolderen
- Laat goed afkoelen
- Pennen 4-6 SNEL EN KORT met ruim tin met elkaar doorsolderen
- Laat goed afkoelen
- Hierna mbv. de-soldeer-litze de overtollige tin bij pennen 1-3 SNEL verwijderen
- Laat goed afkoelen
- Hierna mbv. de-soldeer-litze de overtollige tin bij pennen 4-6 SNEL verwijderen.
- Laat goed afkoelen

        Waarschuwing : 
Voorkom problemen. Bij voorbeeld dat nadat u het geheel voltooid hebt, tot de ontdekking komt dat er iets mis is. 
Wees er zeker van, dat u elk component met de juiste waarde plaatst.
- SMD condensatoren bezitten geen opdruk. Alleen de kleur kan verschillen.
        U bent dus afhankelijk van de waarde die op de verpakking ervan is aangegeven. 
- Controleer van de SMD weerstanden de waarde opdruk. Of MEET eventueel voordat u het plaatst. 
        Er is visueel weinig verschil tussen 0,25W en 0,5W types, de laatste is mogelijk iets dikker.

          De weerstanden rijen R1 en R2 kunnen het handigst :
- allemaal eerst aan één zijde worden gehecht
- dan aan de andere zijde doorgesoldeerd
- en als laatste de eerdere hechtingen doorsolderen.

Controleer eerst mbv. een vergrootglas het goed vloeien van alle soldeer punten, speciaal die van het IC. 

Gebruik de drie schakelaar gaten in de behuizing als "richt-mal" tijdens het solderen van de schakelaars :
- Stop aan de bovenzijde van het doosje de schakelaars tijdelijk onderste boven in de gaten . 
- Plaats het printje over de schakelaar pennen, en soldeer de  schakelaars in het printje. 

Soldeer de bedrading in het printje.
Voorkom draad breuken door bij de soldeer plekken de draden aan de print te lijmen.

Schuif het printje in de behuizing, met de schakelaars en de LED in de gaten. Laat de onderste moeren van de schakelaars los zitten.

Bevestig dan pas beide BNC bussen. Gebruik indien mogelijk TWEE LANGE massa lippen per BNC bus. Zorg dat die naar de massa vlakjes aan de onderzijde van het printje gericht zijn.

De centrale pennen van BNC bussen moeten nu de soldeer vlakken aan de onderzijde van het printje raken.

Soldeer de onderzijde van het printje aan de centrale BNC bus pennen vast.
Buig de BNC bus aard lippen om, zodat ze per BNC bus twee verschillende massa soldeervlakken naast de BNC pennen raken, en soldeer ze.
TIP : Als de soldeer lippen te kort blijken te zijn, kan de-soldeer litze gebruikt worden, om de print massa vlakken met de BNC bussen te verbinden. 

Stel de de moeren van de schakelaars af en draai ze vast.

Bevestig draaispoel meter M in het midden van het voorvlak, en sluit hem aan. Laat evt. de veerringen weg om de moertjes makkelijker er op te draaien.

        Testen.
Plaats de batterijen in de houder.
- Zet S1 en S2 in de stand "0dB".
- Voer 100W HF vermogen toe. De meter uitslag moet +50dBm zijn.