QRP Thermischer Leistungsmesser und Dummyload return
Thermischer Leistungsmesser und Dummyload
Projekt: QRP Thermischer Leistungsmesser
Kontakt: DL2LTO
 
Einleitende Worte:
Der hier vorgestellte QRP Leistungsmeseer wurde von Helmut, DL2AVH entwichelt und wird als Bausatz durchQRPproject vertrieben. Seine Vorteile sind ein unkomplizierter Aufbau, einfache Kalibrierung und natürlich der HAMpreis. Messen kann man mit hoher Genauigkeit die HF-Ausgangsleistung von wenigen Milliwat bis etwa 9 Watt.
Weiterhin läßt sich die Schaltung einfach als induktionsarme 50 Ω Dummyload und 20 dB Leistungsabschwächer nutzen. Der Meßvorgang muß kurz erfolgen, da die SMD Widerstände doch sehr warm werden. Generell sind die Messungen in der DIP-Schalterstellung 'ALLE OFF', kleiner 9 Watt zu beginnen!!
Hinweise zum Bau:
Alle benötigten Bauelemente kann man in einer Hand halten. Das wichtigste Bauteil ist der optische Meßwandler. Er besteht aus einer Ultra-Micro-Glühlampe, gekoppelt mit einer Spektralfilter-Fotodiode.
Bauteile im Überblick
Stromlaufplan des Leistungsmessers und Dummy Loads.
Stromlaufplan
Leiterplatte, des Bausatzes. Die Platine wird beidseitig mit SMD Bauteilen bestückt.
Leiterplatte beidseitig, unbestückt
Details der Konstruktion:
BNC Stecker
Die BNC Stecker müssen vor der Montage noch bearbeitet werden. Da diese beiden Stecker direkt auf die Leiterplatte geschoben und mit Masse verlötet werden, ist ein Schlitz zu sägen oder zu feilen. Ich habe mit einer Eisensäge den 4mm tiefen Schlitz, wie auf dem Foto zu sehen, realisiert. Der Schlitz darf nich zu tief sein, da es sonst zu fummelig wird, den Mittelstift des Steckers auf der Leiterplattenposition zu verlöten. Das merkt ihr besonders bei dem Anschluß zum 22 Ω Widerstand für die Auskoppelung des -20 dB Signals.
Wie auf den Bildern zu sehen, wurden beide BNC Steckerhälse von mir in ihrer Gesamtlänge auf 5mm gekürzt. Somit konnte ich den Schlitz fast bis zum Ende des Gewindes sägen. Hintergrund war, daß ich den Stecker etwas kürzer haben wollte, Hi. Ein kurzes Stück vollen Kupferdraht sauber an den Stift löten. Anschließend den Stift in den Stecker festdrücken. Nun den Stecker auf die Leiterplatte schieben und an allen 4 'Ecken' mit Masse verlöten. Leistungsstärkeren Lötkolben verwenden! Zum Schluß den Kupferdraht entsprechend einkürzen und an dem vorgegebenen Lötpad der Leiterplatte löten.
Bestückte LP, Draufsicht ...
Wer noch nicht SMD gelötet hat ist das Projekt ein guter Einstieg es zu probieren. Hier noch mal ein paar Hinweise, damit nichts falsch gemacht wird.
Die Mini-Dip Schalterstellungen für unterschiedliche Leistungsanzeigen sind zu beachten. Man beginne immer mit der größten zu erwartenden Leistung. 
< 2,5 Watt < 3,5 Watt < 5 Watt < 7 Watt < 8 Watt
Kalibrierungskurve bis 2,5 W Kalibrierungskurve bis 3,5 W Kalibrierungskurve bis 5 W Kalibrierungskurve bis 7 W Kalibrierungskurve bis 8 W
Bei größeren zu messenden Leistungen, den Messvorgang sehr kurz halten! Das Glühlämpchen und die SMD's werden doch recht warm.
Bestückte LP, Unterseite ...
BPW34FEines der wichtigsten Bauteile ist die Fotodiode. Es gibt zwei Möglichkeiten eine Fotodiode zu schalten. In Durchlassrichtung oder in Sperrrichtung.
Ohne Licht verhält sich die Fotodiode in Durchlassrichtung wie eine normale Diode, folglich ist die Spannung über der Fotodiode sehr klein. In Sperrrichtung fließt nur ein sehr kleiner Dunkelstrom, d.h., die Spannung über der Fotodiode ist sehr hoch, falls diese mit einem Widerstand an einer Spannungsquelle angeschlossen ist.
Mit Licht arbeitet die Fotodiode in Durchlassrichtung wie eine Fotozelle, d.h. sie generiert eine Gleichspannung in Abhängigkeit von der Lichtintensität.
Mit Licht arbeitet die Fotodiode in Durchlassrichtung wie eine Fotozelle, d.h. sie generiert eine Gleichspannung in Abhängigkeit von der Lichtintensität.
Positionierung von Fotodiode und MicrolämpchenDer Thermoleistungsmesser benutzt eine Fotodiode vom Typ BPW34F mit einem Spektralfilter und einer Microglühlampe. Fotodiode und Glühlampe, sollten währen der Messung kein Fremdlicht erhalten. Ist in der Detailansicht noch nicht realisiert. Die Fotodiode wird mit der Kathode, breiter Anschluß, auf Masse gelötet. Das Microlämpchen flach darüber. Zur Abschirmung kann eine dünne Kupferfolie darüber gelötet werden. Oder dünnen schwarzen Karton zurechtschnippeln und mit einem Tropfen Kleber fixieren. Laßt euch was einfallen, es muß aber dunkel sein.
Ich habe mit der Abdeckung von Fotodiode und Lämpchen eine einfache Lösung gefunden. Nachdem ich feststellte, daß bereits bei Tageslicht ein meßbarer Strom an den Meßbuchsen anlag, war ich mit meiner 'Verdunkelung' nicht zufrieden. Da erinnerte ich mich, wie eine Ravioli hergestellt wird. Ich nahm statt des Teiges, Hi, selbstverschweißendes Isolierband. Nach entsprechendem Zuschnitt legte ich es auf die zu verdunkelnde Fläche, drückte nur die Ränder mit einem Zahnstocher fest. Aber vorsichtig, denn die 'Füllung' darf nicht kaputt gehen. Einen Vorteil hat das Ganze, das Isolierband kann immer wieder entfernen werden. Denkt auch an die Wärmeentwicklung, besonders bei höherer Leistungsmessung! Kurze Messungen!
Man könnte das ganze während einer Messung auch in ein verschlossenes dunkles Plastegehäuse stecken.
Abdeckung von Fotodiode und Glühlämpchen
Kalibrierung
Die Kalibrierung des Thermischen Leistungsmessers wird mittels einer definierten Gleichspannung vorgenommen. Alle fünf Meßbereich müssen gesondert kalibriert werden, mit Dipschalter einzustellen. Dazu wird jeweils eine Gleichspannung an den HF Eingang gelegt. Es wird die jeweilige Spannung und der jeweilige Strom gemessen und die daraus errechnete Leistung in eine Tabelle eingetragen.
Leistung an R=50 Ω nach der Formel P=U2/R.
Die Messungen wurden mit einem analogen Multimeter 5050E, Meßbereich 300 mV ausgeführt.
P in Watt 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0
U in Volt 5,0 7,0 8,7 10,0 11,2 12,3 13,3 14,2 15,0 15,8 16,6 17,3 18,0 18,7 19,4 20,0
Die gegebene Gleichstromleistung ergibt den gleichen Strom der Fotodiode, wie eine gleich hohe HF Leistung im Bereich 1 bis 50 MHz. Der Strom der Fotodiode an den Meßbuchsen ist dann der Bezugswert. In der späteren Handhabung einfach in die Kalibrierungstabelle schauen und die ca. Leistung ablesen.
Da der Aufbau relativ induktionsarm aufgebaut wurde, kann der Leistungsmesser mit geringen Genauigkeitsabstrichen bis etwa 500 MHz benutzen werden.
Das Abdecken der Fotodiode mit Isolierband mußte noch verbessert werden, denn bei einer Eingangsspannung von Null Volt gab es bereits einen deutlichen Zeigerausschlag am Meßinstrument. Es war noch nicht mal das Tageslicht, sondern die Zimmerbeleuchtung, die Verursacher des Ausschlages war. Ich bastelte aus Fotokarton, 300 g/m2 eine passende Schachtel mit Deckel. Der Fotokarton war schwarz, intensiv durchgefärbt und hatte eine hohe Lichtundurchlässigkeit. Das Falten, Zusammenkleben und Aussparen für die BNC Buchsen und die Meßanschlußstecker dauerte nicht lange. Dazu noch einen kleinen Deckel und der TLM verschwand im Dunkel. Erst jatzt war eine reproduzierbare Kalibrierung möglich.
Zeigerausschlag bei Tageslicht darf nicht sein ...
Der Thermische QRP-Leistungsmesser, verpackt im 'dunklen Karton', ist zur Kalibrierung einsatzbereit. Links wird die Gleichspannung zugeführt und rechts wird ein Millivoltmeter angeschlossen.
TLM zur Kalibrierung vorbereitet ...
Links der Zeigerausschlag ohne Kartonverpackung und rechts war der TLM im Karton verpackt.
TLM vom Karton umschlossen + Deckel ...
Kalibrierungsdiagramme deren Leistungsangaben aber noch mit einem geeichten Meßsenders verglichen werden sollen. Aber als Orientierung schon mal brauchbar.
Kalibrierungskurve bis 2,5 W
< 2,5 Watt
Kalibrierungskurve bis 3,5 W
< 3,5 Watt
Kalibrierungskurve bis 5 W
< 5 Watt
Kalibrierungskurve bis 7 W
< 7 Watt
Kalibrierungskurve bis 8 W
< 8 Watt
Dip   < 2,5 Watt   < 3,5 Watt   < 5 Watt   < 7 Watt   < 8 Watt
1 ON OFF OFF OFF OFF
2 OFF ON OFF OFF OFF
3 OFF OFF ON OFF OFF
4 OFF OFF OFF ON OFF
Ein zweiter BNC Stecker ermöglicht es, eine um 20 dB abgeschwächte HF Leistung abzugreifen. Hier die Messkurve des Leistungsmessers in der Funktion als Leistungsabschwächer von 1 bis 150 MHz gewobbelt, erstellt von DL2FI. Da kann man doch nicht meckern.
Dämpfungskurve bei -20dB
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