Ein vielseitiges Wattmeter mit einer Anzeige von (5Watt) 10Watt bis 2000Watt Andreas Lindenau DL4JAL DOK:S43 Loheweg 5 09573 Schellenberg E-Mail: DL4JAL@darc.de WWW: www.dl4jal.eu
Was ist die PEP-Leistung und wie wird sie gemessen?
Was ist die PEP-Leistung und wie wird sie gemessen? Die PEP-Leistung ist die Spitzen-Hüllkurvenleistung. Das ist die Leistung für den höchsten Punkt der Hüllkurve. Die Leistung wird immer als Effektivwert angegeben.
=282 V In diesem Bild sehen wir das Oszillogramm am Ausgang einer PA mit 2-Ton Aussteuerung. Wir wollen nun die PEP-Leistung dieser Kurve bestimmen. Uss = 282 Volt. Aus diesem Spitzenwert müssen wir die effektive Spannung errechnen. Zur besseren Verständlichkeit gehen wir in kleinen Umrechnungsschritten vor. Es wird nur eine Halbwelle zum Rechnen gebraucht (U= Uss / 2) 282 / 2 = 141 Volt und die effektive Spannung davon (Ueff = U / 2 ) 141 / 2 = 99,7 Volt eff Die Leistung an 50 Ohm beträgt also ( P = U2 / 50 Ohm) 99,72 / 50 = 198 Watt
Jetzt wissen wir die PEP-Leistung aus einem Oszillogramm heraus berechnet werden kann. Jetzt brauchen wir noch einen Messkopf, der uns Ueff liefert. Dazu werden in der Praxis Richtkoppler verwendet. Der Richtkoppler ist ein Bauteil der Hochfrequenztechnik und dient dazu, aus einer Leitung einen Teil der darin laufenden elektromagnetischen Wellen richtungsabhängig auszukopplen. An den Auskoppelstellen werden unsere Meßschaltungen angeschlossen. In unserem Fall ist das eine einfache Diode mit einer geringen Schleusenspannung (Schwellspannung). Ich verwende einen Richtkoppler mit Transformatorauskopplung für Strom und Spannung. Dieser Richtkoppler ist leicht nachzubauen und braucht wenig Abgleich, da das Auskoppelverhältnis durch die Windungszahl auf den Ringkernen festgelegt ist. Auf der folgenden Seite sehen wir das Schaltbild.
Die Messung des Richtkopplers nach der Kompensation. Gemessen wurde mit dem NWT01 vom Funkamateur. Bei 30MHz erreiche ich noch 48dB Rückflussdämpfung. Die SWR Messgrenze liegt also bei etwa 1.01. Das ist sehr gut.
Wie wir im Schaltbild gesehen haben habe ich zur Ermittlung der Spannungswerte eine Einweggleichrichtung mit einer Diode vorgesehen. Nach der Diode liegt die gleichgerichtete Spitzenspannung U an und wird vom einem A/D Wandler im PIC Mikroprozessor ausgewertet. Nachdem die Spannung U bekannt ist berechne ich im PIC genau nach der Formel, wie in unserer Beispielrechnung, die Leistung. Ich fasse die Formel zusammen ohne Ueff erst als Zwischenschritt zu berechnen. Ppep = U2 / ( 50 Ohm * 2) Im Beispiel unserer PEP-Berechnung ist das 141 * 141 / ( 50 * 2 ) = 198,81 Watt
Der Richtkoppler liefert uns 2 Messwerte die aus den Indifferenzen der Strom- und Spannungsauskopplung entstehen. 1. Messausgang: Transmission (Abstrahlende Leistung / Vorwärtsleistung) 2. Messausgang: Reflektion (reflektierte Leistung / Rücklaufleistung) Wie die 2 Spannungswerte im Richtkoppler entstehen, habe ich auf meiner Internetseite im PDF-Dokument unter http://www.dl4jal.eu/palcdswr/messkopf.pdf Seite 9 leicht verständlich mit einfachen Worten beschrieben. Die beiden Messausgänge des Richtkopplers werden an die Baugruppe des PEPWattmeters angeschlossen. Auf der Baugruppe befinden sich 2 mal 2 Operationsverstärker für die analoge Aufbereitung der zwei Spannungen. Der erste OPV dient der Logarithmierung der ankommenden Spannungswerte. Der zweite OPV realisiert eine einfache Sample & Hold Funktion. So das wir wirklich die PEP-Leistung (eff. Spitzenleistung der Hüllkurve) erkennen und auswerten können.
Hier das Schaltbild eines Spannungskanals. IC2B dient der genannten Logarithmierung der Messspannungswerte, so dass wir Leistungen von 10 Watt bis 2000 Watt auswerten können. Der IC2A hat die Sample & Hold Funktion. Über die Diode D7 wird der Elko C14 ständig nachgeladen und hält somit die Spitzenspannungswerte die vom IC2B kommen, für eine Zeit. Über R16 wird die Messspannung in den A/D Wandler des MC geführt.
Aus den beiden Spannungen Transmission und Reflektion können wir im PIC das SWR errechnen SWR = ( Utrans + Uref ) / ( Utrans Uref ) Damit haben wir alle Parameter, die uns interessieren, beisammen und können die Ergebnisse zur Anzeige bringen. Das zeige ich ein paar Folien später.
Nun kommen wir zur Software dieser Baugruppe In der Grundeinstellung des SETUP können wir 3 verschieden Anwendungsbereiche einstellen. Wattmeter PTT-Kontr. Diese Einstellung ist das externe Wattmeter mit PTT-Kontrolle. Die PTT für die PA wird über das Wattmeter geschleift. Wird eine eingestellte SWR-Grenze oder Rücklaufleistung-Grenze überschritten, zieht das PTT-Relais und unterbricht die PTTWeitergabe an die PA. Wattmeter ohne PTT-K Simples externes Wattmeter. PA-LCD 30/35 Grad LCD-Anzeige für eine PA mit Temperaturkontrolle. Zeitgesteuerter Netzteilhochlauf. Lüfter voller Betrieb ab 35 Grad. Lüfter halber Betrieb kleiner 30 Grad. PA-Abschaltung bei Überhitzung (grösser 75 Grad). PA-LCD 35/40 Grad wie oben nur andere Lüfteraktivierungsbereiche PA-LCD 40/45 Grad wie oben nur andere Lüfteraktivierungsbereiche PA-LCD 45/50 Grad wie oben nur andere Lüfteraktivierungsbereiche PA-LCD 50/55 Grad wie oben nur andere Lüfteraktivierungsbereiche
Baugruppe als externes PEP-Wattmeter. In Ruhestellung. Wattmeter zeigt 853 Watt Vorlauf und 6 Watt Rücklauf an. Diese Werte wurden mit meinem Testsimulator erzeugt. Der Stern zeigt die gedrückte PTT an. Nur dann erfolgt die SWR-Kontrolle in der SW.
Baugruppe in einer Arno-PA eingebaut. Hier werden noch zusätzlich angezeigt: - Gatespannung für den entsprechenden Ruhestrom der PA - Drainspannung/Betriebsspannung der PA - Temperatur des Kühlkörpers für die Lüftersteuerung und Notabschaltung - und natürlich Pvor, Prück und das SWR - in der unteren Zeile ist eine schnelle Bargraphanzeige für das SWR. Diese Anzeige dient als Abstimmhilfe für den Antennentuner.
PA beim Senden. Der Stern vor dem *SWR bedeutet die PTT ist aktiv. Die Anzeige erscheint in Wirklichkeit ruhiger. Im Foto wird ja nur ein Moment festgehalten. Bei Power ON werden alle wichtigen Parameter angezeigt. Es folgen die Anzeigen als LCD-PA mit aktiverter Steuerung der LED-Poweranzeige.
SWR-threshold / SWV-Schwellwert 10Watt = Ab 10 Watt Vorlauf wird das SWR berechnet Hangtime / Hängezeit 4,0 Sek = Der max Pvor-Wert wird 4 Sek zur Anzeige gehalten SWR-Hang EIN = Die SWR-Anzeigedauer wird mit an die Hängezeit gekoppelt LED-Bereich 750W = Zusatzbaugruppe LED-Powermeter mit 750W Vollaussteuerung
SWR-Limit / SWV-Grenze 2,50 = SWR über 2,5 löst den PA-Schutz aus RX TX Delay 30 = Beim Übergang von RX zu TX wird 30 msek der SWR-Schutz deaktiviert TX RX Delay 100 = Beim Übergang von TX zu RX wird 100 msek der SWR-Schutz deaktiviert Power-Limit / Power-Grenze 1250 W = Pvor über 1250W löst den PA-Schutz aus Cool-Trig. / LüfterTemperatur 55 / 50 = Über 55 Grad läuft der Lüfter voll und sinkt die Temperatur wieder unter 50 Grad geht der Lüfter wieder in den langsamen Lauf über.
Als letzter Parameter wird angezeigt wann der Lüfter in den Vollbetrieb schalten soll (55 Grad) und bei 50 Grad fällt das Relais wieder ab und der Lüfter läuft wieder im Ruhebetrieb, ja nach Beschaltung der HW.
Stellen wir die Baugruppe als normales externes Wattmeter ein, sind es nicht so viele Paramter die bei Power ON aufgelistet werden.
Das externes Wattmeter sieht im normalen Betrieb so aus und unten beim Senden mit PTT aktiv (der Stern hinter der SWR Anzeige).
Die RESET-Taste hat mehrere wichtige Funktionen Durch kurzes Drücken wird der SWR/Prück-Schutz deaktiviert. Das wird für das Tunen gebraucht. Da soll ja nicht jedes mal die PA abschalten. Die vier Sterne zeigen die Deaktivierung. Kurzes drücken aktiviert den Schutz wieder.
Der PA-Schutz wird nach 15 Sekunden Leerlauf wieder automatisch aktiviert. Es kann ja sein das es vergessen wurde den PA-Schutz wieder zu aktivieren!!! Die Sterne verschwinden wieder und es wird wieder auf die SWR-Grenze oder POWERrück-Grenze (je nach Einstellung) beim Senden geachtet.
Ist die Steuerung der LED-Poweranzeige aktiv LED-Power EIN, dann sieht das Display beim Drücken der RESET-Taste etwas anders aus. Lassen wir den Taster während der 11111 los wird wieder der PA-Schutz deaktiviert. Lassen wir den Taster während der 22222 los, haben wir den Einstieg die Leistungseinstellung der LED-Poweranzeige. Zum Beispiel 1000 W.
Drücken wir den RESET-Taster ganz lange bis die ganze Zeile 2 mit Zeichen gefüllt ist haben wir die 3. Funktion erreicht den Einstieg in das SETUP. Je nach Baugruppenvariante haben wir bis zu 16 Parameter zu Einstellung.
Hier die Übersicht aller Anschlüsse der Baugruppe. Noch nicht mit eingezeichnet ist der Stecker für die max. Powereinstellung der LED-Zeile.
Für das Wattmeter extern mit PTT-Kontrolle sind kaum weiter Bauelemente nötig. Wir brauchen eine rote LED und den Resettaster (hier nicht mit eingezeichnet. Ausserdem wird noch ein Relais zur PTT-Abschaltung benötigt und 2 Buchsen (ich nehme dazu Cinchbuchsen) für die PTT-Weiterschaltung zur PTT der PA.
Wie schon mehrfach erwähnt kann das Wattmeter durch eine Anzeige mit einer LED-Zeile ergänzt werden. Wobei die Spitzenanzeige durch die oberste LED die ganz langsam zurückläuft dargestellt wird. Das ist die sogenannte PEAK & HOLD Darstellung.
Für die LED-Poweranzeige gibt es 2 verschiedene Varianten für die Festlegung der maximalen Vollaussteuerung. Einmal können wir die Vollaussteuerung mit einem Poti stufenlos einstellen. Völlig unabhängig vom LCD-Wattmeter. Bei dieser Variante brauchen wir nur als Verbindung 3 Drähte. Das sind 12V, Masse und Uvor, die Spannung für die Vorwärtzleistung. Das Poti für die Einstellung der maximalen Vollaussteuerung wir am Stecker J1 angeschlossen. Die zweite Variante ist die Einstellung der Vollaussteuerung durch die LCD-Baugruppe oder mit einem HEX-Codierdrehschalter. Damit ergeben sich 16 verschiedene Vollaussteuerungen: 5 Watt 10 Watt 15 Watt 25 Watt 50 Watt 75 Watt 100 Watt 150 Watt 250 Watt 500 Watt 750 Watt 1000 Watt 1250 Watt 1500 Watt 1750 Watt 2000 Watt
Ganz raffiniert ist die Einstellung der Vollaussteuerung mit vom Wattmeter vorzunehmen. Dazu werden die vier Drähte die eigentlich an den Codierdrehschalter angeschlossen werden an die PINs des PIC gelötet. Welcher Draht wohin kommt wird in der Beschreibung http://www.dl4jal.eu/palcdswr/ledzeile.pdf genau beschrieben. Wird diese Variante genutzt muss im SETUP der Punkt LED-Power auf EIN eingestellt werden. Mit dem Resettaster können wir dann im laufenden Betrieb die Vollaussteuerung der LED-Zeile festlegen.
Hier ist das Schaltbild dieser kleinen Zusatzbaugruppe. Die LEDs werden direkt vom PIC angesteuert.
So könnte das Wattmeter aussehen, wenn es fertig ist und die PEP-Leistung anzeigt
Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! 73 Andreas DL4JAL Email: DL4JAL@darc.de Homepage: www.dl4jal.eu
Es folgen noch die restlichen Schaltbilder der LCD-Baugruppe:
Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! 73 Andreas DL4JAL Wer diesen Vortrag noch einmal nachlesen möchte. Auf folgendem Link besteht die Möglichkeit: http://www.dl4jal.eu/vortraege/vortrag_wattmeter.pdf Email: DL4JAL@darc.de Homepage: www.dl4jal.eu