Mini mW-Meter 100kHz bis 500MHz mit AD8307 und AD8361

Ich habe ein kleines mW-Meter konstruiert mit einem logarithmischen Wandler AD8307 und einem linearen Wandler AD8361. Der Messbereich des HF-Pegels vom AD8307 geht von etwa -75dBm bis etwa +10dBm und der Messbereich vom AD8361 ist viel geringer, von -10dBm bis +5dBm. Aber dafür misst er mit sehr hoher Auflösung um den 0dBm Bereich herum und der Frequenzgang des AD8361 ist sehr linear bis weit über 1GHz hinaus. Beide ICs ergänzen sich in diesem mW-Meter. Als Stromversorgung benutze ich wieder einen USB-Anschluss 5V.

• Etwa 0dBm von meinem Doppel-DDS-VFO mit dem AD8307 im mW-Meter gemessen.
• Etwa 0dBm von meinem Doppel-DDS-VFO mit dem AD8361 im mW-Meter gemessen.
• Schaltbild des HF-Messkopfes mit der OLED-Anzeige 0,96 Zoll
• Schaltbild des DC/DC Wandler 5V/9V. Den DC/DC Wandler habe ich eingesetzt um eine stabile und genaue 5Volt Stromversorgung für die AD8307 und AD8361 zu haben.
• Die 3D-Darstellung der Leiterplatte aus Kicad 7. Zuerst die Oberseite.
• Und die 3D-Darstellung der Leiterplatte aus Kicad 7, die Unterseite.

Ich habe die Stromversorgungsplatine noch mit einem FT232RNL ergänzt. Somit ist es möglich eine Datenverbindung zum PC herzustellen. Ein kleines PC-Programm, welches unter Windows und auch Linux läuft zeigt alle Messwerte übersichtlich an.

• Schaltbild des USB-Modules mit Datenverkehr
• Die 3D Darstellung aus Kicad7. Leiterplatte von oben.
• Die 3D Darstellung aus Kicad7. Leiterplatte von unten.
• Ansicht des PC-Programmes. Die Daten werden über die USB-Schnittstelle übertragen.
• Ansicht des PC-Programmes zum Update der Firmware. Ab der FW 1.07 ist ein Update über USB möglich.

Kurze Stichpunkte zu den technischen Daten:

1. Beide ICs sind am Eingang parallel geschaltet und messen den HF-Pegel gleichzeitig.
2. AD8307: Frequenzbereich von etwa 100kHz bis 500MHz. Pegelbereich -75dBm bis +10dBm.
3. AD8361: Frequenzbereich bis etwa 2,5GHz. Pegelbereich -10dBm bis etwa über 0 dBm.
4. Der AD8361 wird vorzugsweise zu Pegel-Vergleichsmessungen genutzt. Die hohe Auflösung bei 0 dBm ermöglicht sehr genaue Vergleichsmessungen. Der AD8361 wird auch benutzt um den Frequenzgang des AD8307 zu korrigieren.
5. Als Mikrocontroller wird ein PIC18F26K80 mit AD-Wandler 12Bit Wandlerbreite verwendet. Die Messauflösung ist dadurch sehr hoch und beträgt bei einer Änderung von 1 Digit beim AD8307 +/-0,032dB und beim AD8361 +/-0,0043dB (bei HF-Pegel von etwa 0 dBm). Durch Mittelwertbildung werden (eine Messung besteht aus 64 Einzelmessungen) auch noch Zwischenwerte angezeigt.
6. Mit einem externen Attenuator können auch sehr hohe Leistungen bis in den kW-Bereich gemessen werden. Siehe Beispiel weiter unten.
7. Die OLED-Anzeige kann per Software um 180 Grad gedreht werden, was unter anderem für Linkshänder optimal ist.
8. Für eine genaue Referenzspannung des AD-Wandler im PIC habe ich eine temperaturstabile und genaue Referenzspannungsquelle 3,3V mit einem IC ADR4533 eingesetzt.

Messbeispiele für größere Leistung mit externen Attenuator:

1. Im Menu lässt sich der Wert des externen Abschwächers einstellen.
2. In unserem Messbeispiel habe ich eine Dummyload 200W mit Messausgang -40dB verwendet. Zusätzlich noch ein SMA Dämpfungsglied 10dB. Das sind zusammen 50dB Dämpfung
3. Sendesignal-Dauerton aus meinem TRX PicAStar. Das Messgerät ermittelt keine PEP-Leistung. Dafür ist die HW nicht ausgelegt. Foffset zeigt die Pegelkorrektur (Frequenzgangkorrektur) in dB an. Im KW-Bereich brauchen wir aber keine Pegelkorrektur.
4. Die Messung von 295 Watt habe ich simmuliert und meinen DDS-Generator direkt angeschlossen, aber die Attenuator-Einstellung auf 50dB gelassen. Dadurch brauche ich nur +4,69dBm einspeisen. Ext. ATT 50dB und 4,69dBm ergeben zusammen 54,59dBm (295 Watt).
5. Für die Simulierung noch höherer Leistungen habe ich den externen Attenuator auf 58dB eingestellt. Speise ich +0,84dBm am Messgerät ein, zeigt das mW-Meter 58,84dBm an. Das sind umgerechnet 765 Watt Sendeleistung.
6. Bei Einspeisung von +4,69dBm steigt jetzt die Anzeige auf +62,69dBm. Das sind 1,86kW Sendeleistung. Auch das funktioniert gut.

Messbeispiele für Messungen auf 2m (145MHz) und 70cm (450MHz):

1. Die Anzeige habe ich so eingestellt, dass ich die dBm-Werte vom AD8307 und AD8361 gleichzeitig sehen kann. Ich habe 145 MHz am Messgerät eingespeist und noch keine Pegelkorrektor fü den AD8307 vorgenommen. Der AD8307 zeigt nur -0,72dBm an und der AD8361 +1,017dBm. Das ist der richtige Pegel. Der AD8361 hat im Frequenzgang nur eine Abweichung von +/- 0,25dB, laut Datenblatt.
2. Liegt der HF-Pegel um etwa 0 dBm herum (-5dBm bis +3dBm) können wir im Menu die automatische Pegelkorrektur starten.
3. Die SW nimmt an, dass der dBm-Wert des AD8361 der richtige Wert ist und berechnet die Pegelkorrektur für den AD8307 automatisch. Siehe Anzeige. In der obersten Zeile steht der Wert von 1,75dB für die Pegelkorrektur.
4. Die zweite Möglichkeit ist die Eingabe der Messfrequenz im Menu. Ich habe Stützwerte der Pegelkorrektur im Eeprom abgelegt. Daraus wird durch Interpolieren die passende Pegelkorretur berechnet und verwendet.
5. In unserem Fall habe ich 140MHz eingestellt. Es werden +1,69dB für die Korrektur berechnet und verwendet.
6. Jetzt stimmt die dBm-Anzeige füf den AD8307 wieder, bis auf wenige hunterstel dB.
7. Zum Schluss noch eine Messung der HF-Pegels im 70cm Band. 450MHz habe ich als Messfrequenz eingestellt. Auch bei dieser hohen Frequenz von 450MHz zeigt der AD8307 den richtigen dBm-Wert an.

Messbeispiele für die Messung mit AD8361. Ich möchte die Kabeldämpfung eines Messkabels bei 10MHz bestimmen:

1. Das Messkabel ist ein industrielles Produkt mit 2 SMA-Stecker. Das Koaxkabel ist hochwertig, doppelt geschirmt, RG400.
2. Zuerst schliessen wird das mW-Meter direkt an unsere Referenzpegelquelle 10MHz, 0,0dBm an. Wir sehen eine kleine Abweichung, +0,014dBm. Diese werden wird zuerst korrigieren durch Nachkalibrieren.
3. Dazu gehen wir in das Menü und wählen AD8361 Nachkalibrieren aus. Es wird ein Offset gemessen, dass in Zukunft immer mit eingerechnet wird.
4. Sichtbar ist das Vorhandensein eines Offsets am dBm. Über dem m vom dBm ist ein waagerechter Strich.
5. Jetzt können wir das Messkabel zwischen Referenzpegelquelle 10MHz und mW-Meter einfügen. Im Display können wir ablesen, die Dämpfung des Messkabels beträgt 0,081dB. Die Messauflösung des AD8361 ist sehr hoch.

Beim Nachbestellen der Bauelemente musste ich leider feststellen, dass die Preise etwas höher geworden sind. Ich musste die Stücklisten entsprechend anpassen. In diesem Zusammenhang will ich erwähnen, dass ich alles zum Selbstkostenpreis weiter gebe!

minimwmeter_neu_erweitert.pdf Beschreibung der Hardware und Software. (14.02.2024)
mini_mw_usbmodul_stueckliste_dl4jal.ods Stückliste Libreoffice. (23.01.2024)
mini_mw_usbmodul_stueckliste_dl4jal.pdf Stückliste PDF. (23.01.2024)
mc_v1_11.hex Die HEX-Datei für den PIC18F26K80 für Update per PC-SW (14.02.2024)

Mit dem alten PC-Programm zum Programmieren Pickit3 Programmer v3.10 wird der PIC18F26K80 bei mir nicht erkannt. Ich habe die MPLAB X IDE 6.20 installiert. Mit der MPLAB IPE v6.20 funktioniert das Programmieren. In den Programmer Pickit3 wird aber eine andere Firmware geladen. Nachteil, diese Firmware ist nicht kompatibel mit der PC-Software Pickit3 Programmer v3.10.

mc_v1_11_mit_bootloader.hex

mini_mw_meter_v1_11.zip

Ich hoffe das neue Windows 10 SETUP läuft jetzt ohne Probleme.

minmwmeter_setup_v1_04_03.exe PC-Software für Windows10 64Bit. SETUP für das Anzeigeprogramm und Firmware-Updater (14.02.2024)
mini_mw_meter_v1_04_amd64.deb PC-Software für Linux-Mint 64Bit. Debian Packet für das Anzeigeprogramm und Firmware-Updater (29.01.2024)

mini_mw_meter.v1_04.tar.gz Quellen für Linux und Windows, Anzeigeprogramm, zum selbst kompilieren (03.03.2024)
hfmw_fwloader.v1_03.tar.gz Quellen für Linux und Windows, Firmware-Updater, zum selbst kompilieren (03.03.2024)

HF_Messkopf.zip Messplatine Kicad 7 Projekt als ZIP. (21.11.2023)
usb_modul.zip USB DC DC Wandler mit Datenschnittstelle zum PC, Kicad 7 Projekt als ZIP. (21.11.2023)

Alle Platinen sind mit Kicad 7.0 entworfen. In der ZIP-Dateie befinden sich alle Dateien die zum Aufbau nötig sind.

Inhalt der ZIP:

• bom

  Im Verzeichnis ist die PDF mit dem Schaltplan. Die Datei ibom.html kann mit jedem Internetbrowser geöffnet werden. Ganz oben sind Buttons mit den man die Ansichten ändern kann. Mit dem ganz linken Button kan man separate Listen und Bilder für die Bestückung erzeugen.

• production

  Im Verzeichnis befindet sich die GERBER-Datei für die Produktion der Leiterplatte bei der Firma JLCPCB.

• sonstige Dateien

  Wer Kicad 7.0 hat kann natürlich auch direkt die Leiterplatte und das Schaltbild in Kicad anschauen.

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Ich habe Platinen fertigen lassen.

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Eventuelle Nachfragen bitte per E-Mail DL4JAL@t-online.de

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