Deutscher Amateur-Radio-Club e.V
Ortsverband Husum M04
HF-Leistungsmesser mit einer Bandbreite von 1MHz-10GHz und einem Dynamikbereich von 55dB
Ein RF Power Meter ist ein Gerät, mit dem Sie die Leistung messen können, die ein Sender oder Signalgenerator ausgibt. Seit einiger Zeit sind auf dem Elektronikmarkt sehr preiswert Pegelmessmodule der Firma Analog Devices erhältlich, die es dem interessierten Funkamateur ermöglichen mit sehr einfachen Mitteln recht präzise Messeräte zur Leistungsmessung aufzubauen. Was vor noch nicht allzu langer Zeit für den Hobbyanwender noch unbezahlbar war, wird nun auf einmal nur noch ein kleiner Betrag mit dem die Hobbykasse belastet wird. Möglich machen dieses die rasanten Entwicklungen und Sprünge in der Entwicklung von immer neuerer, besserer und kleinerer Mikroelektronik. Der gesamte Markt wird förmlich überschwemmt. Es kommen jeden Monat neue Module, Integrierte Schaltungen und Baugruppen für zum Teil sehr kleines Geld auf dem Markt. Ein großer Faktor ist in diesem Zusammenhang auch der international mögliche Handel für jedermann mit Bestellungen und Bezahlungen über das Internet. Hier nur zu erwähnen, Ebay, Bangood, PayPal, GiroPay usw.
Der hier in diesem Fall verwendete AD8317 (Genauigkeit bis zu +/-0,25dB) ist gut für HF-Signale mit einem max. Pegel von ca. -7 bis -50dBm für Leistungsmessungen und ist für Frequenzen von 1 MHz bis zu 10GHz ausgelegt.  Der nutzbare Bereich kann bis etwa 0 bis -58dBm erweitert werden, mit einer gewissen Einschränkung der Genauigkeit.  Der größte Teil dieser Genauigkeitsreduzierung kann durch die Verwendung eines Mikroprozessors in der Software beim Lesen des A/D-Ausgangs tatsächlich kompensiert werden, da die nichtlineare Reaktion an den äußersten Enden der Skala bekannt ist (siehe Datenblatt Analog Devices AD8317). Der AD8317 ist ein demodulierender  logarithmischer Verstärker, der das zu geführte HF-Eingangssignal über den Frequenzbereich von 1 MHZ bis 10 GHz in eine Dezibel-lineare Ausgangsgleichspannung umsetzt. Der Verstärkerzweig besteht aus 6 Verstärkerstufen mit separaten Detektoren. Die Steigung der Ausgangsspannung lässt sich über einen Spannungsteiler an den Anschlüssen VOUT und VSET gegen Masse einstellen. Darüber hinaus ist eine frequenzabhängige Temperaturkompensation möglich.
Ich verwende hier in der Schaltung meines Leistungsmesser den bekannten Atmega 328, der speziell in den Ardunio Baugruppen verwendet wird. Hier den Typ Arduino Nano, der für die Rechenleistung allemal ausreicht und zudem recht preiswert erhältlich ist. Die Anzeige der Messergebnisse wird über ein 2. zeiliges LCD-Display realisiert. Diese Anzeigeeinheiten sind sehr preiswert und lassen sich dank kostenlos im Internet  erhältlicher Software Bileotheken sehr gut mit der Arduino-Entwicklungsumgebung programmieren. Die Bedienung des kleines Messgerätes erfolgt mit kleinen Kurzhubtastern , die unmittelbar auf der Platine montiert sind.
Interne Schaltung vom AD 8317 1Mhz - 10 Ghz
Spezifikationen
Wide bandwidth: 1 MHz to 10 GHz
High accuracy: ±1.0 dB over temperature
55 dB dynamic range up to 8 GHz ± 3 dB error
Stability over temperature: ±0.5 dB
Low noise measurement/controller output, VOUT
Pulse response time: 6 ns/10 ns (fall/rise)
Supply operation: 3.0 V to 5.5 V at 22 m
So sieht die kleine fertig aufgebaute Messplatine aus. Die Leiterplatte  ist eine geätzte Platine aus dem Material Fr4 und ist Durchkontaktiert, 2 seitig mit durchgehender  Massefläche , sowie Lötstopmaske und Bestückungsaufdruck. Die Bauteile sind fertig montiert, auf der Platine befindet sich ein 5 Volt Spannungsregler, so das eine Versorgungsspannung bis 6 bis 14 Volt für das Messmodul verwendet  werden kann . Die hier gezeigte Version ist schon für ca 10 Euro erhältlich. Auf jeden Fall muss bei dieser Platine der SMD-Widerstand am eingang kontrolliert werden. Hier wird vielfach vom Hersteller einfach ein Widerstand von 75 Ohm eingelötet. Dieser sollte auf jeden Fall entfernt werden und durch  einen richtigen Abschluss -Widerstand ersetzt werden. Der Hersteller schreibt hier einen Widerstand von 52,3 Ohm vor. Da dieser aber nicht so leicht erhältlich ist, verwenden ich hier die Parallelschaltung von 2 Widerständen und zwar einmal 56 Ohm und 820 Ohm beides in SMD-Größe 402. Die kleine Abweichung von 0,12 Ohm vom Idealwert habe ich hier toleriert. Beide Widerstande lassen sich gut auf der Eingangs-Stripline von der SMA-Buchse auflöten. Wer etwas mehr ausgeben möchte und das Mess-IC auf einer Leiterplatte mit abgeschirmten Gehäuse haben möchte, der  wird auf jeden Fall auch fündig bei z.B Ebay im Internet.
Der Aufbau der gesamten Schaltung stellt sich recht einfach da, da die Baugruppen hoch integriert sind und durch die Verwendung von SMD-Bauteilen auf sehr kleine Maße reduziert wird. Wir benötigen lediglich folgende Baugruppen.
Messplatine, Mikroprozessor für die Auswertung des Messwertes, ein Display für die Darstellung, einige Tasten für die Bedienung, eine Referenzdiode  sowie eine einfache Stromversorgung.
Arduino Nano Prozessor
LCD-Display 2 zeilig mit 16 Stellen
Kurzhubtasten einlötbar
Für das LCD-Display verwende ich eine kleine Zusatzplatine, damit ist es möglich das Display über den bekannten I2C seriellen Bus anzuschließen. Damit benötige ich zu Anschluss des Displays an den Mikrokontroller lediglich 4 Leitungen. Zwei Datenleitungen, Clock und Data sowie die 2 Anschüsse für die Versorgungsspannung. die Hintergrundbeleuchtung beim Display wird per Software geschaltet. Auch bei den Bedientasten ist der Anschluss an den Arduino recht einfach, Hier wird lediglich ein analoger Eingang de Prozessors benötigt, da die Bedientasten eine einfache Widerstandsmatrix nach Masse kurzschließt. Dadurch entsteht an einem widerstand ein Spannungsabfall der gemessen analog wird und durch den Prozessor ausgewertet wird. Der Eingang "Aref" als Referenzspannungseingang am Mikroprozessor wirt mit einer hochgenauen temperaturkompensierten  Referenzdiode LM336-2.5  mit einem Referenzwert von 2,50 Volt beschaltet.  Dazu muss im Programm des Controllers der Aref-Eingang auf extern programmiert werden. dieser Anschuss wird als Referenz für den internen 10 Bit AD-Wandler des Arduino-Nano versendet. Es wäre zwar möglich gewesen den Dynamikbereich des internen Ad-Wandlers von 10 Bit durch den Anschluss eines externen 12 Bit-Wandlers zu erhöhen, aber das wurde in dieser einfach gehaltenen Schaltung nicht verwirklicht. AD-Wandler vom gleichen Hersteller mit seriellem SPI-Busanschluss sind erhältlich und könnten auch zu Einsatz kommen, dann allerdings mit einer anderen Software. Das Programm für den Mikrokontroller ist in der Programmiersprache ähnlich C++ für den Atmega328 mit der kostenlos erhältlichen Entwicklungsumgebung für den Ardunio geschrieben worden. Der Programm Ursprung stammt wohl von https://www.rcom.com, er wurde aber umgeschrieben für die Benutzung des I2C-Busses und an vielen Stellen modifiziert und umgeschrieben. Die Software ist Open-Source Software und kann von jedermann verwendet werden unter Nennung der Programmierer und Quellen.
  
zum vergrößen des Schaltbildes auf die Zeichnung klicken.
Für die Hobbyelektroniker und Bastler die diese einfache Version der Schaltung gerne aufbauen möchten gibt es hier schon einmal das Schaltbild. Die dazugehörige Software für den Arduino kann beim Autor dieses Artikel angefragt werden. Sie wird nach Fertigstellung und Abschluss der Erprobungsphase  im Januar 2018 der Allgemeinheit kostenlos zur Verfügung gestellt. Gerne freue ich mich über Rückmeldungen und auch sachlicher Kritik zu diesem Projekt
Lm336 Referenz
Weiterführende Links::
AD8317 Datenblatt
LM336 Ref-Quelle Datenblatt

Pegelmessplatine
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Diplay 2x16 mit I2C-Bus
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