Ein vielseitiges Wattmeter mit einer Anzeige von (5Watt

Ein vielseitiges Wattmeter mit einer
Anzeige von (5Watt) 10Watt bis 2000Watt
Andreas Lindenau
DL4JAL DOK:S43
Loheweg 5
09573 Schellenberg
E-Mail: [email protected]
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: [email protected]
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: [email protected]
Homepage: www.dl4jal.eu