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SWR-Display

Die Idee zu diesem SWR-Messgerät stammt von Norbert, DG1KPN. Die Intension war, auch sehr kleine SWR-Verhältnisse mit kleiner Leistung exakt zu bestimmen. Mit diesem SWR-Meter können beispielweise auch die Eingänge von HF-Verstärkern mit Leistungen < -20 dBm gemessen werden. Wird der Messbrücke noch ein Verstärker nachgeschaltet, so können noch kleinere Leistungen zur Messung verwendet werden.   

Für das SWR-Display sind noch folgende externe Komponenten erforderlich:

     - Messbrücke mit hoher Rückflussdämpfung
     - Logarithmischer Detektor
     - Signalgenerator zur Erzeugung des Messsignals
     - eventuell noch erforderliche Dämpfungsglieder
     - Kalibriermöglichkeit für 0 dBm und -50 dBm


Aufbau des SWR-Displays

Aufbau:
Das SWR-Display ist auf einer einseitigen Platine untergebracht. Als zentrale Einheit wird ein Arduino Nano verwendet. Hierdurch kann der Aufbau einfach gehalten werden und die Anzahl der notwendigen Bauteile wird auch etwas reduziert. Im vorliegenden Fall wurde ein Nano-Klon verwendet. Diese werden im Internet sehr preisgünstig angeboten. Die, vom externen Detektor, gelieferte Spannung wird durch einen 18-Bit Analog/Digitalwandler erfasst und mittels TWI-Bus vom Controller gelesen. Die Eingangsspannung darf 2,048V nicht übersteigen. Das ist der Betrag der Referenzspannung. Zusätzlich wird die Eingangsspannung gepuffert an einer Klinkenbuchse, für eine externe Weiterverarbeitung,  zur Verfügung gestellt. Die Bedienung erfolgt über die drei Taster Set, Up und Down. Als Versorgungsspannung kann ein interner 9V-Block, ein Akku oder ein externes Netzteil von ca. 8 bis 12V dienen. Für die Versorgung des externen Detektors werden die Spannungen von ca. 9V und 5V (geregelt) an einem dreipoligen Pfostenstecker zur Verfügung gestellt.


Lötseite des SWR-Displays


Schaltung des SWR-Displays

Extern erforderliche Komponenten:
Messbrücke:


Messbrücke mit hoher Rückflussdämpfung   (Aufbau und Foto von DG1KPN)

Die Brücke ist beschrieben in UKW-Berichte 1/1983. „Breitband-Richtkoppler zur Messung von Empfänger Komponenten“.

Es kursieren viele Varianten dieser Brücke im Netz, aber dieser Originalaufbau von Norbert, DG1KPN, hat die beste Richtschärfe und Bandbreite.


Richtschärfe der Messbrücke                          (Aufgenommen von DG1KPN)

Es kann natürlich jede Messbrücke verwendet werden. Die Qualität der Messung und die mögliche Bandbreite sind aber von der verwendeten Brücke abhängig. Um eine "0" hinter dem Komma zu messen, muss die Brücke mindestens ein Return Loss von 27dB liefern. Ein Return Loss von 40dB entspricht einem SWR von 1,02:1. Einen Vergleich zwischen der oben beschriebenen Messbrücke und einem kommerziellen Billigprodukt finden sie hier.

Logarithmischer Detektor (LogDet):


Logarithmischer Detektor mit ADL5513 von Makis, SV1AFN

Dieser Detektor ist von 1 MHz bis 4 GHz verwendbar. Der lineare Messbereich reicht von etwa -60 bis 6 dBm.


Logarithmischer Detektor mit AD8307 von Norbert, DG1KPN

Dieser Detektor ist von 100 KHz bis 500 MHz verwendbar. Der lineare Messbereich reicht von etwa -74 bis 10 dBm. Für denjenigen, der mit 500 MHz auskommt, ist dieser Detektor die bessere Wahl und er kann sehr leicht selbst gebaut werden.

Beide Detektoren sind hier beschrieben. Die dort angegebene Frequenz für den AD8307 Detektor gilt aber nur für das dort ebenfalls beschriebene Millivoltmeter bei entsprechender Kalibrierung.

Funktion, Software:
Gemessen wird, mit Hilfe des LogDet, direkt die Ausgangsleistung der Messbrücke. Im Ersten Schritt muss die maximale Ausgangsleistung der Brücke bei Totalreflektion gemessen werden. Dazu wird die Brücke einfach offen betrieben. Das DUT ist nicht angeschlossen. Die Kalibrierung der Messung erfolgt durch einen kurzen Druck auf die Taste Set. Der gemessene Wert wird jetzt für die Berechnungen zwischengespeichert. Eine Speicherung im EEPROM erfolgt aber nicht, da dieser Wert nur für die vorliegende Mess-Situation gilt und immer wieder neu ermittelt werden muss. 
 Diese Kalibrierung der Messung kann jederzeit wiederholt werden.

Nachdem das DUT angeschlossen ist, wird jetzt unmittelbar das Return Loss in dB ermittelt. Aus dem Return Loss werden jetzt alle anderen Werte nach folgenden Formeln berechnet.

VSWR = [1+10(‐Return Loss/20)] / [1‐10(‐Return Loss/20)]
Reflection Coefficient ( Γ ) = 10 (‐Return Loss/20)
Reflected Power ( % ) = 100 * Γ
2
Through Power ( % ) = 100 (1‐Γ2)
Mismatch Loss ( dB )
= 10 log(Γ2)

 Angezeigt werden folgende Messwerte:

LCD-Seite 1: 1 Return Loss, RL  (dB)
                      2 SWR

LCD-Seite 2: 3 Reflection Coefficient, RC  (Γ)
                      4 Reflected Power, RP (%)

LCD-Seite 3: 5 Mismatch Loss, ML (dB)
                      6 Through Power, TP, (%)

LCD-Seite 4: 7 Absolut Power (dBm)
                      8 Input Voltage (V/mV)

Ohne Kalibrierung der Messung kann nur die Seite 4 aufgerufen werden, da hier nur Absolutwerte angezeigt werden.  Hier kann die tatsächliche Ausgangsleistung der Brücke angezeigt und die Eingangsspannung des A/D-Wandlers kontrolliert werden. Des weiteren dient diese Seite als einfacher Pegelmesser. Hier können, unabhängig von der SWR-Messung, allgemeine Pegelmessungen vorgenommen werden. Der messbare Bereich ist abhängig vom gewählten logarithmischen Detektor.

Die Aktualisierung der LCD-Anzeige erfolgt alle 500 ms; aber auch nur dann, wenn ein geänderter Wert vorliegt.

Mit einem langen Druck auf die Taste Set gelangt man in das Frequenz-Auswahl Menü. Hier wird die passende Messfrequenz ausgewählt. Diese Auswahl wird im EEPROM gespeichert und beim Neustart wieder eingestellt.

Vor Gebrauch muss das SWR-Display kalibriert werden. Die Kalibrierung erfolgt nach der Zweipunktmethode in den Punkten 0 dBm und -50 dBm bei allen vorgesehenen Messfrequenzen. Vorgesehen sind die Frequenzen 50MHz, 145MHz, 435MHz, 1,2GHz, 2,4GHz und 3,6GHz. Zum Messen wählt man die am nächsten liegende Frequenz aus.

Eine ausführliche Dokumentation des SWR-Displays finden Sie hier.

 

SWR-Display