Digitales SWR-/Powermeter mit PEP-Anzeige

Erstellt: DL6GL, 04.03.2017, letzte Änderung 08.06.2018

Gemeinschaftsentwicklung von DG1KPN und DL6GL.

Das auf dieser Website hier und hier und hier beschriebene SWR-/Powermeter mit Diodengleichrichtern war ein erster bescheidener Versuch, sich dem Thema zu nähern. Die Zeit war nun doch reif, den Schwächen dieses Ansatzes abzuhelfen.

1. Begrenzter Dynamikbereich der Dioden,
2. unzureichende Messung der Peak envelope Power (PEP) bei SSB-Betrieb.

Der begrenzte Dynamikbereich, insbesondere im unteren Teil der Diodenkennlinie, bedingt, dass einiges an HF-Leistung auf die Antenne gegeben werden muss, um noch zuverlässig das SWR messen zu können. Gerade die unteren Bänder sind verstopft genug, sie nicht auch noch durch mitunter langwierige Antennenabstimmungen weiter zuzumüllen.

Die bisherige Messmethode - Spitzengleichrichtung mit Dioden und nachfolgend Mittelung im Microcontroller - lässt eine Bestimmung der Peak envelope Power des mit Sprache modulierten SSB-Signals nicht zu.

Mit der nachfolgend beschriebenen Neukonzeption haben wir erreicht:

• Wahlfreie Konfiguration der zu messenden Maximalleistung über die Ringkerngröße und den Kopplungsfaktor. Auslegungshilfe in einem Excel-Sheet.
• Verwendung von logarithmischen HF-Verstärkern, AD8307 für HF/UHF,
• Zuverlässige SWR-Messung bis hinunter nach 0dBm (1mW) Eingangsleistung bei einem Mismatch von 1,1:1 mit dem realisierten 50W-Prototyp.
  Bei exakter Anpassung 1,0:1 braucht es 100mW (20dBm) für eine verlässliche SWR-Messung, was bei einer realen Antenne wohl eher selten vorkommen wird.
• Richtschärfe (Directivity) des realisierten 50W-Prototyps deutlich besser als 40dB bis 30MHz, bei 50MHz noch 36dB.
• Auswertung und Anzeige von Peak envelope Power (PEP), wahlweise gemittelter Leistung, und SWR mit einem Arduino NANO.
  Balkenanzeige bis SWR = 3 plus numerische Anzeige bis SWR = 9,99.
• Bis zu vier Koppler können konfiguriert und kalibriert werden, lineare Zweipunktkalibrierung.

In Anbetracht des z.B. bei SV1AFN aufgerufenen fairen Preises von etwas mehr als 1 EURO für einen Log Amp AD8307 (Apothekenpreise im Fachhandel 10 bis 15 EURO) gibt es keinen vernünftigen Grund mehr, sich mit Diodengleichrichtern abzuquälen.

Update V3.01 (25.08.2017): Die im Setup festgelegte untere Messgrenze wird nun dazu genutzt, ein TX on/off zu erkennen. Ist der Signalpegel im Forward-Kanal niedriger als die untere Messgrenze, wird TX off erkannt und eine SWR-Messung unterbunden. Dies verhindert eine unsinnige SWR-Messung im RX-Betrieb, wenn insbesondere abends starke Störfrequenzen aufgrund der hohen Empfindlichkeit der AD8307 Log Amps im Reverse-Kanal ein Signal erzeugen. Die untere Messgrenze kann auch innerhalb des kalibrierten Messbereiches bei ungenügender Trägerunterdrückung gesetzt werden. Ich diesem Fall wird die untere Messgrenze für den Reverse-Kanal auf den unteren Kalibrierungspunkt gesetzt.

Ergänzung Juni 2018
Die Programmbeschreibung steht nun auch in englisch im Download zur Verfügung.
The program description is now also available in English on the download page.
Das Excel-Sheet zur Auslegung des Kopplers wurde erweitert. Ab ca. 500W, abhängig vom Kopplungsfaktor, wird die Belastbarkeit der SMD 0805-Widerstände in den Eingangsabschwächern vor den Log Amps überschritten. Wahlweise können in solchen Fällen vorgeschaltete Leistungsabschwächer berechnet werden.
Es gibt nun auch eine "Mini-Version" mit einem ATmega328P in TQFP-Bauform mit einer 80x36mm großen auf ein 16x2-LCD aufsteckbaren Platine.

Referenzen

[1] http://k6jca.blogspot.de/2015/06/antenna-auto-tuner-design-part-1.html
[2] http://k6jca.blogspot.de/2015/01/notes-on-directional-couplers-for-hf.html
[3] www.sm7ucz.se/Meters/Stockton_pwr_meter.pdf
[4] https://encrypted.google.com/patents/US3426298
[5] http://www.dl8kdl.de/projekte/elektronik/richtkoppler