0 bis 127dB-Stufenabschwächer
Erstellt: DL6GL, 13.09.2017, letzte Änderung
Um bei Hochfrequenzmessungen wohlproportionierte Pegel einzustellen, ist ein Stufenabschwächer unentbehrlich. Selbstbau wie hier ist machbar, stößt aber spätestens jenseits des 2m-Bandes an seine Grenzen. Da hilft nur noch Klotzen mit einem Profi-Gerät wie dem Weinschel 3200-1 Attenuator [1].
Das mit [1] zu apitech.com neu verlinkte Datenblatt beschreibt eine neuere Generation mit Index E (3200-1E). Hier wurde der Vorläufer eingesetzt. Als Gebrauchtgerät ist dieser Abschwächer mit etwas Glück für unter 100 US$ zu bekommen. Fehlt nur noch eine Steuerung mit einem Atmel-Controller.
1 Weinschel 3200-1 Attenuator
Hier die wichtigsten Daten:
- Impedanz 50Ω
- Einstellbereich 0 bis 127dB in 1dB-Schritten
- Frequenzbereich DC bis 2GHz
- Belastbarkeit 1W
- Maximales SWR 1,35
- Genauigkeit der Abstufungen < 0,3dB
- Relaissteuerung 12V/14mA je Stufe
2 Schaltung
Abb. 1: Gesamtschaltung.
Steuerung und Anzeige besorgt ein ATmega48. Ohne zeitkritische Aufgaben reicht der interne 8MHz RC-Generatortakt des Controllers.
Der 8 Bit breite Port D steuert die Relais im Attenuator. Die Gates der P-Channel MOSFETs BSS84 sind im Ruhezustand über R2 bis R9 mit +12V vorgespannt, so dass die Relais im Attenuator stromlos sind. Jedes an den Ports PD0 bis PD7 gesetzte Bit steuert einen Darlington-Treiber im ULN2803 auf. Die nunmehr negative Gate-Source-Spannung macht den MOSFET leitend und lässt das zugehörige Relais im Attenuator anziehen.
Die Dämpfungsstufen werden entsprechend der binären Wertigkeit (1 = 20 dB, Pin 2, bis 32 = 25 dB, Pin 1) von 1 bis 63dB eingestellt. Ab 64dB beginnt diese Stufung neu nach Setzen der Pins 4 und 8 (64dB), siehe Abb. 1 rechts unten. Die Einstellung wird mit dem Drehencoder wahlweise in 1 oder in 10dB-Schritten vorgenommen.
Die Stromversorgung ≥15V DC erfolgt über eine Hohlbuchse extern. Für den Schutz der Relais sorgt ein 12V-Regler.
3 Realisierung
Bei der Auslegung von Gehäuse und Platine waren die Maße des Attenuators einschließlich SMA-Buchsen bestimmend. Anders als im vergleichbaren Projekt von Hans-Peter, DL2KHP [2], waren möglichst kleine Abmessungen das Ziel. In einem Gehäuse TEKO B4 (143x72x43mm) war schließlich alles unterzubringen. Die beiden SMA-Buchsen wurden mit Male-Female-Adaptern verlängert.
Abb. 2: Platine.
R2 bis R9 sind in einem neunpoligen Widerstandsnetzwerk kombiniert (Abb. 2, Mitte). Links daneben werden mit einer neunpoligen Stiftleiste, oben mit einem Draht verlötet, die Sourcen von T1 bis T8 mit +12V verbunden.
Abb. 3: Innenansicht.
Die Adern im Flachkabel zählen vom Dreieckskennzeichen für Pin 1 von rechts nach links aufsteigend, in Abb. 3 also 1 = weiß (rechts) bis 10 = grau (links).
Zur Befestigung des Attenuators sind Schrauben 4-40 UNC-2B x 0.24 notwendig.
Vor dem Aussägen des Durchbruchs für das Display sollte dessen Positionierung unbedingt ausgemessen werden. Je nach Typ und Hersteller gibt es hier merkbare Unterschiede. Auf die zugehörigen Maßzeichungen ist auch nicht immer Verlass.
4 Software
Die Software wurde mit BASCOM-AVR erstellt. Quelle, .hex, Kurzbeschreibung und Excel-Rechenschema im Download.
Natürlich habe ich zunächst bei Hans-Peter [2] nachgeschaut, wie er die Steuerung vorgenommen hat. Er hat die einzelnen Bit-Patterns zur Relaisschaltung im EEPROM abgelegt. Mein Ansatz, zunächst in Excel probiert, ist die direkte Berechnung mittels umgekehrtem Horner-Schema, z.B. [3], zur binären Darstellung des gewünschten Dämpfungswertes, passend zur Pin-Anordnung des Attenuators.
Abb. 4: Berechnung des Bitmusters mit Excel.
Die Bedienung erfolgt nur mit dem Drehencoder, der drei Funktionen bereitstellt:
- Drehen zur Einstellung des Dämpfungswertes 0 bis 127dB,
- kurzer Druck zum Wechsel zwischen den Schrittweiten 1 und 10dB,
- langer Druck zur Darstellung des Relativpegels in Bezug auf die aktuelle Dämpfung als Offset.
Die dritte Funktion erleichtert z.B. Abgleicharbeiten, indem eine beliebig einstellbare Dämpfung als Bezugspunkt dient, um den Relativpegel in dBm bezogen auf diesen Offset in der ersten Displayzeile anzuzeigen. Wenn z.B. der HF-Generator 10dBm Pegel liefert und der Offset ebenfalls auf 10dB eingestellt wird, zeigt das Display in der Funktion 3 folgerichtig 0dBm an.
Abb. 5: Offset-Einstellung.
Mit jeder Änderung der Dämpfung wird damit der Ausgangspegel hinter dem Attenuator unmittelbar in dBm angezeigt.
Referenzen
[1] https://www.apitech.com/globalassets/documents/products/rf-microwave-mi…
[2] http://www.dl2khp.de/projekte/attenuator.html
[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Horner-Schema
Downloads
Hier sind die Downloads mit Schaltbildern, Platinenlayouts, Firmware und weiteren Beschreibungen.
Wie immer: Das beschriebene Mustergerät wurde eingehend getestet, es gibt aber weder Gewährleistung noch Garantie.
Auch wie immer, die Downloads sind frei für den privaten Gebrauch entsprechend der GNU-Lizenz. Eine kommerzielle Nutzung ist nicht gestattet.
Update 21.02.2019:
Bei Nachbauern arbeiten nicht alle eingesetzten Encoder zufriedenstellend. Es stehen nun zwei Versionen zur Verfügung:
(1) Ohne Auswertung von Zwischenschaltstufen,
(2) mit Auswertung von Zwischenschaltstufen, Dateiname "...Step1".
Siehe auch hier.
Update V1.01, 14.06.2019
Die 10dB-Schritte stoppen nun, wenn der nächste Schritt die untere oder obere Grenze (0/127dB) überschreiten würde. Damit bleibt das Raster erhalten.
Update V1.02, 07.07.2019
Reine Kosmetik: Die umständliche Programmierung der Schrittweitensteuerung 1/10dB bereinigt.
Download
attenuator_mega48_firmware_v102.zip