Hard- und Softwarebeschreibung

Über das Projekt HFM

HFM Bedienung

Register Wobbeln

Register VFO

Register Frequenzzähler

Register LC Messer

Register Leistungsmesser

HFM Einstellungen

HFM Polar-Schreiber

HFM Files

HFM Hardwarebeschaltung



Messbeispiele

Durchgangsmessungen

Reflexionsmessungen 1

Reflexionsmessungen 2

Spektralmessungen

HF Generator und VFO

Frequenzähler

LC Messungen

Leistungsmessungen

Polarschreiber



Probleme



Über das Projekt HFM

Bei meinen Amateurfunkprojekten und Abgleicharbeiten von HF Schaltungen benötigte ich dringend ein effektives Hilfsmittel. Da zu diesem Zeitpunkt recht preiswerte und für den Amateur erhältliche Bausteine wie DDS IC’s und Messdetektoren zur Verfügung standen, entstand in relativ kurzer Zeit ein Gerät, welches man als Light-Version eines Netzwerkanalysators bezeichnen könnte. Dadurch konnte ich recht einfach Filter, Hoch- und Tiefpässe ja sogar Quarzfilter ausmessen und abgleichen.

Da ich die Vorteile und Leistungsfähigkeit kommerzieller Netzwerkanalysatoren aus meiner früheren beruflichen Tätigkeit kannte, wählte ich für die erste Veröffentlichung dieses Messgerätes den bescheideneren Namen Netzwerktester kurz NWT. Wegen der großen Nachfrage vieler OM’s habe ich mich entschlossen, nach dem erfolgreichen Einsatz dieses Gerätes und vielen Erweiterungen, dieses Hilfsmittel in einem moderneren Gewand neu aufzubauen.

Zusätzlich zu den NWT Funktionen sollten nun endlich die Reflexionsmessung verändert und weitere Messfunktionen aufgenommen werden. Der NWT sollte ein kompletter Hochfrequenzmessplatz werden, der modular und in Etappen aufgebaut werden kann. Für den neuen Hochfrequenzmessplatz steht nun das Kürzel HFM

Der neue HFM hat eine überarbeitete Hard- und Software. Dabei wurde auf eine relativ einfache Schaltung mit weitgehend Standardbauelementen und damit größere Nachbausicherheit sowie auf eine moderne Bedienung wert gelegt. Trotz dieser scheinbaren Einfachheit ist der Aufbau und die Inbetriebnahme nicht trivial.

Der neue Name qrpHFM soll den Minimalismus unterstreichen, den ich bei diesem Projekt anstrebe. Es soll nicht eine möglichst hohen Genauigkeit erreicht werden, sondern dieses Gerät soll als Hilfsmittel so einfach wie möglich gehalten werden. Dabei werden Ungenauigkeiten bewusst in Kauf genommen.

Beim Programmieren gehe ich pragmatisch und nach meinen Bedürfnissen vor. Nicht alle Funktionen sind bis zum letzten Byte getestet. So können Fehler oder Ungenauigkeiten auftauchen, die ich versuche zu beheben, sobald ich sie erkannt habe. Einige Probleme bedürfen eines sehr intensiven Studiums der Programmiertricks. Nicht immer ist die Zeit und Lust da diesen Dingen nachzugehen.

Veröffentlichte Layouts folgen den gleichen Prinzipien. Es soll einfach und machbar bleiben, auch wenn dadurch nicht industrielle Spitzenwerte erreicht werden.

Dieses Projekt ist ein Amateurprojekt und ich kann nicht für eine fehlerfreie Funktion für Hard- und Software garantieren. Der NWT und der HFM wurde aber schon mehrfach erfolgreich nachgebaut und ist schon bei vielen OM‘s im Einsatz. Die erreichte Genauigkeit ist recht hoch, reicht aber nicht an die kommerzieller Geräte heran. Für eine absolute Genauigkeit ist ein recht aufwendiger Abgleich notwendig. Da auch dieser Teil einfach gehalten ist, man kommt mit einem Zweipunktabgleich aus, kann es Abweichungen von der Ideallinie geben. Ein Dynamikbereich von 80 dB wird nur bei exakter Schirmung erreicht, aber auch 40 bis 60 dB sind nicht schlecht und für viele Anwendungen ausreichend.

Es existieren gegenwärtig mehrere Hardwarelösungen, die mit dieser Software bedient werden können. Ich habe die alten NWTs mit einer neuen Firmware ausgestattet, und so können ein Teil der vorgestellten Messungen auch damit erfolgen.

Neue Hardware liegt unter den Projektbeschreibungen vor:

miniHFM34

qrpHFM

HFM3USB



Der HFM ist ein preiswertes und vielseitiges Hilfsmittel beim Aufbau und Abgleich von HF Schaltungen. Ich wünsche viel Erfolg bei allen Anwendungen.



73 Bernd DK3WX



Inhalt



HFM Bedienung

Der HFM kann in vielen Funktionen mittels Tastatur und/oder Maus bedient werden. Gerade die Tastatur erleichtert die Bedienung beim Messen. Menüpunkte werden, wie bei Windows Betriebssystemen üblich, über die Kombination Alt Taste in Verbindung mit der unterstrichenen Buchstabentaste erreicht. Softbuttons werden direkt über die Tastatur mittels der unterstrichene Buchstaben der betätigt.



Menüpunkte

Datei / Öffnen

Der HFM öffnet beim Starten die Konfigurationsdatei DEFAULT.LNG in der alle Einstellungen gespeichert sind. Neben dieser Datei können weitere Dateien mit anderen Einstellungen existieren, die über diesen Menüpunkt geöffnet werden und die HFM Software neu einstellen.



Datei / Speichern

Alle Einstellungen und die Kalibrierung sollten gespeichert werden, dies spart viel Zeit und Mühe bei unterschiedlichen Messaufgaben. Standard beim Speichern ist die Datei DEFAULT.LNG es können aber auch weitere Dateien mit der Endung *.LNG oder *.CFG vergeben werden.



Datei / Messreihe speichern

Messreihen werden als Textdatei gespeichert. Im Kopf der Datei stehen die Messeinstellungen, daran schließen sich die Messwerte an. Als Messwert wird die Frequenz und der Amplitudenwert gespeichert.



Datei / Messreihe laden

z.Z nicht implementiert. Gespeicherte Messreihen werden geladen und im Diagramm angezeigt.



Datei / Diagramm drucken

Das aktuelle Diagramm und ggf. die berechneten Max/Min und Bandbreitenwerte werden gedruckt.



Datei / Diagramm drucken

Das aktuelle Diagramm wird als *.BMP Bild gespeichert.



Datei / Beenden

Beendet das Programm. (Ist die Konfiguration gespeichert? )



Register / Wobbeln / Durchgangsmessung

Register / Wobbeln / Reflexionsmessung 1

Register / Wobbeln / Reflexionsmessung 2

Register / Wobbeln / Spektralmessung

Register / Wobbeln / Label

Diese Menüpunkte korrespondieren mit den gleichnamigen Button.



Register / VFO

Register / P-Meter

Register / Frequenzzähler

Register / LC-Meter

Register / Einstellungen

Register / Polar Schreiber

Diese Menüpunkte korrespondieren mit den gleichnamigen Registerblätter.



Kalibrieren / Durchgangsmessung

Dieser Menüpunkt ist bei der Funktion Durchgangsmessung aktiv. In zwei Schritten erfolgt eine Anpassung der Hardware an das Diagramm.

Siehe Durchgangsmessung



Kalibrieren / Reflexionsmessung 1

Siehe Reflexionsmessung 1



Kalibrieren / Linie 1 bis 7

Diese Menüpunkte sind bei der Funktion Reflexionsmessung aktiv. In mehreren Schritten erfolgt eine Anpassung der Hardware an das Diagramm.

Siehe Reflexionsmessung 1



Kalibrieren / Reflexionsmessung 2

Siehe Reflexionsmessung 2



Kalibrieren / Spektralmessung

Dieser Menüpunkt ist bei der Funktion Spektralmessung aktiv. In zwei Schritten erfolgt eine Anpassung der Hardware an das Diagramm.

Siehe Spektralmessung



Kalibrieren / Polarwinkel

Kalibrieren / Polaraplitude

Dieser Menüpunkt ist bei der Funktion Polardiagramm aktiv. In mehreren Schritten erfolgt eine Anpassung der Hardware an das Diagramm.

Siehe Polardiagramm



Kalibrieren / Taktgenerator

Der Taktgenerator des DDS Chips bestimmt mit die Genauigkeit der Frequenzeinstellungen des HFM. Seine Frequenz wird im Menüpunkt Einstellungen / Optionen vorgenommen. Oft stimmt dieser aufgedruckte Wert nicht mit dem Istwert überein, Abweichungen um mehrere 100 Hz bei der erzeugten Frequenz sind durchaus üblich. Wird dieses Menü aktiviert gibt der HFM 10 MHz aus, die mit einem guten Frequenzmessgerät kontrolliert werden sollten. Die mit dem Zähler ermittelte exakte Frequenz wird in der Maske eingetragen, wodurch eine neue Taktgeneratorfrequenz berechnet wird. Nun sollte der HFM die Frequenzen mit hoher Genauigkeit erzeugen



? / Hilfe

? / Über

Hier ist die Hilfedatei und ein Bild des Autors, aufgenommen bei einem QRP-Treffen, zu finden



Buttons

Start, Stop

Startet bzw. beendet die Messung. Während die Messung läuft sind, außer den Cursorfunktionen, keine weiteren Eingaben möglich. Nachdem die Stopptaste betätigt wurde, wird der aktuelle Messzyklus zuerst beendet, dann verschiedene Ergebnisse berechnet und danach die Bedienung wieder freigegeben. Dies kann je nach Rechenleistung des PC einen Moment dauern.

Durchgangs-, Reflexions- und Spektralmessung, VFO, Frequenz, Schrittweite, Plus, Minus, Quitt

Gleiche Funktionen wie die Menüpunkte

Label

Die Überschrift des Diagramms beinhaltet die Art der Messung sowie Datum und Uhrzeit. Dieser Titel wird beim Ausdruck als Überschrift verwendet und kann hier verändert werden.

Cursor

Bewegt sich der Mauszeiger im Diagrammfeld, werden wichtige Daten der Mausposition angezeigt.

Log.

Logarithmische Standardausgabe des Diagramms in Verbindung mit dem Messdetektor AD8307.

Lin.

Optionale lineare Ausgabe der Messwerte mit einem linearen Messdetektor AD8361.





Inhalt



Registerblatt Wobbeln



Hier werden die Funktionen aufgerufen die über einer Frequenzachse laufen. Das Diagrammblatt wird automatisch an die Größe des Bildschirmes angepasst und somit der am größten mögliche Frequenzbereich angezeigt. Da ein großer Frequenzbereich aber auch zu einem langen Wobbeldurchlauf führen kann, kann er durch Verkleinern des Anzeigefensters ebenfalls verkleinert werden.

Die Frequenzeingabe erfolgt in den dafür vorgesehenen Fenstern, die Eingaben werden mit der ENTER Taste abgeschlossen. Benutzt werden sollten vorrangig die fett gekennzeichneten Eingabefelder „Startfrequenz“ und „Schrittweite“ oder „Mittenfrequenz“ und „Schrittweite“. Je nach Eingabereihenfolge werden die anderen Frequenzen aus den bestehenden Vorgaben nach der Eingabe berechnet. Andere Reihenfolgen sind möglich, führen jedoch ggf. zu krummen Frequenzen auf der Frequenzachse. Standardmäßig werden die Frequenzen in Hz eingegeben. Es kann aber auch auf kHz und MHz verkürzt werden (Knöpfe: Hz, kHz, MHz). Aktuelle Frequenzeinstellungen können in den Speicher S1 bis S6 zwischengespeichert und durch M1 bis M6 jederzeit wieder aktiviert werden. Wird der Mauszeiger über die Knöpfe M1, M2 und M3 ... bewegt wird der aktuelle Inhalt angezeigt.



Während eines Wobbellaufes können in diesem Bereich keine Eingaben erfolgen. Mittels der linken und rechten Maustaste können zwei Cursor im Diagramm an die Stelle des Mauszeigers gesetzt werden. (linke Maustaste -> untere Frequenz Marker 1und rechte Maustaste -> obere Frequenz Marker 2) Durch Abfahren der Kurve mit dem Mauszeiger können Frequenz und Dämpfung im Anzeigefeld „Marker“ ermittelt werden.

Tastenfunktionen:



Buttons

Start, Stop

Startet bzw. beendet die Messung. Während die Messung läuft sind, außer den Cursorfunktionen, keine weiteren Eingaben möglich. Nachdem die Stopptaste betätigt wurde, wird der aktuelle Messzyklus zuerst beendet, dann verschiedene Ergebnisse berechnet und danach die Bedienung wieder freigegeben. Dies kann je nach Rechenleistung des PC einen Moment dauern.

Durchgangs-, Reflexions- und Spektralmessung, VFO, Frequenz, Schrittweite, Plus, Minus, Quitt

Gleiche Funktionen wie die Menüpunkte

Label

Die Überschrift des Diagramms beinhaltet die Art der Messung sowie Datum und Uhrzeit. Dieser Titel wird beim Ausdruck als Überschrift verwendet und kann hier verändert werden.

Cursor und Marker

Mittels des Mauszeigers kann während der Messung die Diagrammkurve abgefahren und so die genaue Frequenz und Amplitude ermittelt werden. Die Anzeige läuft im Cursorfeld.

Im Diagramm werden zwei Marker gezeichnet. Diese können während der Messung mit der linken und rechten Maustaste gesetzt werden. Nach einem Stopp werden die Frequenz- und Amplitudendifferenz zwischen den beiden Marker berechnet und im Anzeigefenster ausgegeben.

Log.

Logarithmische Standardausgabe des Diagramms in Verbindung mit dem Messdetektor AD8307.

Lin.

Optionale lineare Ausgabe der Messwerte mit einem linearen Messdetektor AD8361.





Inhalt



Registerblatt VFO

Da der HFM ein guter HF Generator ist, kann er natürlich als Steuersender oder als VFO in einem Empfänger verwendet werden. Kann die ZF eingestellt und gespeichert und die Addition bzw. Subtraktion vorgegeben werden. Mittels der Up/Down oder den Funktionstasten Tasten (unterstrichene Buchstabentasten) kann in Schritten, die durch die Schrittweite vorgegeben ist, abgestimmt werden.

Es wird jeweils die Frequenz des aktiven VFO ausgegeben. Die Einstellungen von VFO A und B können übernommen oder getauscht werden.

z.Z. Nicht aktiv (Der aktive VFO wird mittels der Scoll-Taste der Maus abgestimmt.)



Aktivierungsknöpfe VFO aktiv

Es stehen VFO A und B zur Verfügung. Beide VFO’s können aktiviert werden. Der jeweils aktive VFO kann mit der Scroll Taste der Maus in der Schrittweite abgestimmt werden.

Eingabefenster Schrittweite

Eingabe der Abstimmschrittweite in Hz

Knopf Frequenzeingabe

Eine neue Frequenz wird in Hz eingegeben.

Knopf VFO x -> VFO y

Die Einstellungen des einen VFO können an den anderen übergeben werden

Knopf VFO A <-> VFO B

Die Einstellungen VFO A und B werden getauscht.

Eingabefeld Festfrequenzen

Festfrequenzen werden über Tasten in den VFO A übernommen. Diese können in der Datei „DEFAULT.LNG“ den eigenen Bedürfnissen angepasst werden.

Eingabefeld Zwischenfrequenz

Die Einbeziehung einer Zwischenfrequenz kann aktiviert werden. Die Zwischenfrequenz die im Eingabefenster eingetragen, ist wird addiert oder subtrahiert



Inhalt



Registerblatt Frequenzzähler

Der Frequenzzähler muss gestartet und gestoppt werden. Nach dem Start stellt er die gemessene Frequenz zyklisch im Messzyklus 1 Sekunde oder 100 ms dar

Vor der Nutzung sind im Registerblatt Einstellungen folgende Parameter zu setzen:

PIC Takt – Es handelt sich hier um den internen Takt des PIC Mikrocontrollers. Bei den Typen 16Fxxx ist dies auch der von außen angelegte Takt. Hier kamen in der Vergangenheit 4 oder 10 oder 20 MHz zum Einsatz.. Bei den USB Controllern wird der außen angelegte Takt mittels einer internen PLL verändert. Intern wird ein Vielfaches von 4 MHz generiert. In der Regel habe ich 24 oder 48 MHz internen Takt eingestellt, der nun in diesem Fenster einzutragen ist. Weicht die externe Taktfrequenz ab, wird auch der Fehler multipliziert, was hier ggf. zu beachten ist.

Torzeit – hier ist ein Korrekturwert einzutragen. Die Torzeit wird aus der PIC Taktfrequenz berechnet und mittels eines Timers im Controller realisiert. Das Starten und Stoppen dieses Timers kann in unterschiedlichen Firmwarevarianten anders programmiert worden sein und wird hier in Prozessorschritten korrigiert. Sie hat bei kurzen Torzeiten leider einen größeren Einfluss.

Abgleichvorschlag

1. Messen der PIC Taktfrequenz. Dies kann bei Quarzen etwas problematisch werden, da ein Tastkopf am PIC die Frequenz verstimmt. Einfacher ist es, wenn der PIC seinen Takt von einem Quarztaktgenerator bezieht. Beim Eintragen dieser Frequenz im Registerblatt die Vervielfachung beachten, z.B. der miniHFM34 wird extern mit 4 MHz betrieben und intern mit dem Faktor 6 multipliziert, es ist ein Takt von 24000000 Hz anzugeben. (Achtung: eine Abweichung muss mit multipliziert werden)

2. Messen einer genau bekannten Frequenz mit der Torzeit 1 Sekunde. Start - Stopp nicht vergessen Die Torzeitkorrektur in kleinen Schritten (auch negative Werte sind möglich) verändern bis die Frequenz so exakt wie möglich angezeigt wird. Nach jeder Eintragsänderung ist der Knopf Uebernehmen im Registerblatt Einstellungen zu betätigen.

3. Die gleiche Prozedur wie unter 2. beschrieben mit der Torzeit 0,1 Sekunde durchführen. Der Einfluss des Korrekturwertes ist hier um den Faktor 10 stärker und es wird kaum möglich exakt auf die 10 Hz Stelle genau zu werden. Diese kurze Messzeit ist für eine schnelle Messung mit einer Genauigkeit in der Hundert Hz Stelle vorgesehen.

4. Die Korrekturwerte mittels Menü Datei/Speichern in die Konfigurationsdatei sichern.


Messkanal A

Die Frequenz wird direkt mit dem Controller gemessen. Die Grenzfrequenz liegt bei ca. 50 MHz.

Messkanal B

Die Frequenz wird über einen 6 Bit Vorteiler gemessen und das Ergebnis mit 64 multipliziert.

Messkanal C

Ein frei schwingender Oszillator, der für die LC-Messung benötigt wird, wird zu Testzwecken gemessen.

Torzeit

Es kann zwischen 1 Sekunde und 100 ms gewählt werden. Entsprechend genau ist das Zählergebnis. Mit der Torzeit 100 ms sind +/- 10 Hz und mit der Torzeit 1 Sekunde +/- 1Hz Genauigkeit möglich. Wird der Messkanal B mit Vorteiler benutzt, ist die Genauigkeit um den Faktor 64 geringer.

Frequenzablage

Dem Zählergebnis kann ein Offset addiert bzw. subtrahiert werden. (Messung eines VFO und Berücksichtigung der Zwischenfrequenz)

Im Eingabefenster wird die Zwischenfrequenz in Hz eingegeben.

Knopf Start

Startet die Frequenzmessung im ausgewählten Kanal und der eingestellten Torzeit.

Knopf Stopp

Beendet die Frequenzmessung. Dies ist notwendig um andere Registerblätter zu aktivieren.

Knopf Einzelmessung

Es wird ein Messzyklus ausgeführt.



Knopf Start/Stopp in der Aufzeichnung

Startet und stoppt eine Intervallgesteuerte Frequenzmessung. Die Messergebnisse werden in der Datei „count.csv“ gespeichert. Existiert bereits eine solche Datei wird sie überschrieben.

Eingabefenster Intervall

Abstand zweier Frequenzmessungen in Sekunden. Als kleinster Wert sind 2 Sekunden möglich. (Das Intervall darf nicht kleiner als die Torzeit werden) ??? Maximalwert.



Inhalt



Registerblatt LC Messer



Da der LC-Messer nach dem Prinzip der Frequenzverstimmung eines LC Oszillators arbeitet und dieser frei schwingt sollte vor jeder Messung eine Kalibrierung stattfinden.

Knopf Kalibrierung

Vor der Kalibrierung sind alle Messobjekte vom Eingang zu entfernen. Es wird nach dem Betätigen des Knopfes eine Frequenzmessung des Oszillators durchgeführt. Anschließend wird dem Kreis ein bekannter und genauer Kondensator ( Empfohlen 1 nF) parallel geschaltet und nochmals die Frequenz ermittelt. Aus diesen Werten werden die Schwingkreiselemente berechnet und angezeigt.

Knopf C-Messung

Nach dem Kalibriervorgang kann die Messung unbekannter Kapazitäten gestartet werden. Es wird im Sekundentakt die Frequenz gemessen und aus der Verstimmung die Kapazität des unbekannten Kondensators ermittelt und angezeigt. Da beim Kalibrieren bis zur Messbuchse alle Schaltkapazitäten einberechnet wurden ist die Kapazitätsanzeige recht genau.

Knopf L-Messung

Über ein Relais wird der Fußpunkt der Schwingkreisinduktivität aufgetrennt und an die Messbuchse gelegt und eine unbekannte Induktivität eingeschleift. Aus der Verstimmung wird die Induktivität berechnet.

Da durch das Auftrennen des Schwingkreises zusätzliche Blindelemente eingeschaltet werden, zeigt diese Messung bei einem Kurzschluss am Messeingang schon eine Induktivität an. Diese ist mit der unbekannten Induktivität zu verrechnen.

Eine Korrektur ist z.Z. nicht vorgesehen, da die Ungenauigkeit stark vom Aufbau abhängt und nur in einem weiteren Kalabriervorgang bestimmt werden kann.

Knopf Beenden

Beendet die zyklische Frequenzmessung des LC-Messer und ermöglicht die Rückkehr zu anderen Messblättern.

Knopf Quitt

Beendet das Programm

Hinweis:

Wird der LC-Messer nicht mit einer Relaisumschaltung aufgebaut kann eine manuelle Umschaltung mit entsprechenden Aufforderungen aktiviert werden.

In der Konfigurationsdatei ist dazu

Umschaltung=Hand

einzutragen



Inhalt



Registerblatt Leistungsmesser



Leistungsmessung über den log. Messkopf. Dieser Messkopf liefert eine Gleichspannung an den Controller, die linear abhängig ist vom log. der Eingangspannung. In einem Spannungsbereich, der dem Leistungsbereich plus 15 dBm bis minus 65 dBm entspricht, besteht ein guter linearer Zusammenhang. Es wird die Leistung an 50 Ohm gemessen und daraus die Leistung in Watt und die Spannung an einem 50 Ohm Widerstand berechnet.

Knopf Start

Startet die zyklische Leistungsmessung. Eine Auswahl anderer Register ist nun nicht möglich.

Knopf Stopp

Beendet die Messung. Andere Registerplätter können ausgewählt werden.

Menüpunkt Kalibrieren / P-Meter

Mittels einer genauen HF Quelle mit 0 dBm wird die absolute Verschiebung der Umsetzungskennlinie ermittelt. Ein Dämpfungsglied ( 40 dB) gestattet die Bestimmung der Steigung dieser Kurve.

  1. Schritt: Anlegen einer HF Spannung mit 0 dBm ( 0,224 mV an den 50 Ohm Eingang).

  2. Schritt: Zuschalten einer definierten Dämpfung (40 dB).

Schalter Dämpfung Auf/Ab

Um höhere Leistungen als 10 dBm zu messen kann ein zusätzliches Dämpfungsglied vorgeschaltet werden. Die angezeigte Dämpfung wird mit dem Messwert verrechnet.

Achtung:

Der Messkopf ist nur für eine Eingangsbelastung von ca. 15 dBm geeignet. Höhere Leistungen führen zur Zerstörung.



Inhalt



Registerblatt Polar-Schreiber

Das Polardiagramm dient zur Aufnahme von winkelabhängiger Größen z.B. Antennendiagramme usw. Über den Eingang RA5 PIN7 erfolgt die Auswertung des Drehwinkels, der Eingang RA1 PIN3 (log. Messeingang) liefert die Amplitude. Nach dem Start wird ständig der Drehwinkeleingang abgefragt und die Amplitude im Kreisdiagramm angezeigt. Es können auch Teilwinkelbereiche genutzt werden, die Diagrammaufnahme eines vollen Kreises ist nicht unbedingt erforderlich.

Soft- und Hardware sind in enger Zusammenarbeit mit Rainer, DM2CMB, entstanden. Hier das Bild seines Versuchsaufbaus aus seinem Vortrag zum QRP Treffen 2007 in Waldsassen.




Vor einer Nutzung ist eine Kalibrierung empfehlenswert. Beide Eingänge des Controllers sind AD Wandler, die eine Gleichspannung im Bereich 0 bis 5 Volt in einen entsprechenden digitalen Wert mit der Auflösung von 10 Bit, also in den Zahlenbereich 0 bis 1024, wandeln. Für den Drehwinkel Eingang RA5 PIN7 wird empfohlen, ein Potentiometer so an den Rotor zu befestigen, das in der Stellung 0 Grad eine Spannung von 0,5 V und in der Stellung 360 Grad eine Spannung von 4,5 Volt bereitgestellt wird. Die genauen Spannungswerte sind unkritisch. Man vermeidet so Sprünge an den Endstellungen der Potentiometer und hat einen kleinen Überlappungsbereich für mechanische Toleranzen am Rotorsystem.

Ohne Kalibrierung des Winkelbereiches gilt: 0 Volt an RA5 PIN7 entspricht 0 Grad und 5 Volt an RA5 PIN7 entspricht 360 Grad. Durch die Kalibrierung des Winkelbereiches entsteht um die 0 Grad Position der Überlappungsbereich, der ggf. das Überdrehen eines Anschlages verhindert.

Die Amplitude am Eingang RA1 PIN3 (log. Messeingang) kann ein beliebiges Signal im angegebenen Spannungsbereich sein. Kommt es von einem log. HF Messkopf, z.B. mit dem AD8307, ist eine logarithmische Darstellung möglich. Es kann aber auch ein S-Meter Signal, die Regelspannung eines RX oder ein anderes Signal sein. Wichtig der Spannungsbereich darf nicht unter- bzw. überschritten werden.

Menü Kalibrieren Winkelkalibrierung

Die Kalibrierung beginnt mit der Winkeleinstellung. Im ersten Schritt wird mit der 0 Grad Einstellung begonnen und der Spannungswert gespeichert. Nun erfolgt das Drehen auf 360 Grad. Mit den beiden Spannungswerten werden zwei Korrekturfaktoren Steigung Ant. A und Verschiebung Ant. B ermittelt und gespeichert. Werden die oben angegebenen Spannungswerte eingehalten, stehen für den Kreis über 800 Messpunkte, also mehr als 2 Messpunkte pro Grad, zur Verfügung. Somit ist eine Genauigkeit mit einer Auflösung von 1 Grad möglich.

Menü Kalibrieren Amplitudenkalibrierung

Nach der Winkelkalibrierung kann eine Amplitudenkalibrierung erfolgen. Dies kann auf dem Rückweg von der 360 Grad Stellung zur 0 Grad Stellung geschehen. Es wird eine Amplitude an RA1 PIN3 (log. Messeingang) angelegt, die der zu erwartenden maximalen Amplitude entspricht. Oder einfach das Antennensystem mit den erwarteten Pegel versorgt und das Kreisdiagramm von 360 bis 0 Grad abgefahren. Der Maximalwert aller Messpunkte dieser Kalibrierung wird abschließend dann auf den Außenkreis gelegt.

Die Korrekturfaktoren können im Registerblatt Einstellungen eingesehen und in der Konfigurationsdatei verändert werden.

Die Darstellung ist eine Relativanzeige mit dem Maximalwert als Bezugspunkt. Eine korrekte Darstellung der log. Messkopfkalibrierdaten ist z.Z. nicht implementiert, wird aber folgen.

Bei der Messung ist es nicht notwendig immer das gesamte Kreisdiagramm durchzufahren. Über die Winkelmessung wird der Amplitudenwert einem von 360 Messpunkten zugeordnet, gespeichert und angezeigt. Erfolgt die Drehung zu schnell und das System kann mit der AD Wandlung nicht folgen, werden die Zwischenwerte interpoliert.

Wird die Aufnahme gestoppt, werden wichtige Antennendaten berechnet und im Ergebnisfenster angezeigt.



Hauptkeule

Halbwertsbreite der Hauptkeule (Öffnungswinkel, Antennengewinn)

Vor- Rückverhältnis

Minimum

Nebenzipfel



Inhalt



HFM Einstellungen

Alle Einstellungen des HFM werden in *.LNG Dateien gespeichert. Wichtig sind dabei nicht nur die Frequenzeinstellungen sondern auch die durch den Kalibriervorgang ermittelten Korrekturwerte. Diese Werte sind für die Anpassung der Hardwaretoleranzen an die Diagramme erforderlich. Die ermittelten Einstellungen können über einen längeren Zeitraum benutzt werden und sollten deshalb abgespeichert werden.

Knopf Übernehmen

Nach dem Betätigen dieses Knopfes werden die Veränderungen, die in den Eingabefeldern gemacht wurden aktiv. Insbesondere wird das alte COM Port abgeschaltet und eine Verbindung mit dem nun aktuellen aufgebaut. Zusätzlich wird der Demomode wieder abgeschaltet. Dieser wird erst wieder aktiv, wenn auf eine Anfrage an die Hardware keine gültige Antwort kommt.

Registerblatt Einstellungen

COM Port

Anschluss des qrpHFM an den PC. Findet das Programm beim Starten am Port keinen qrpHFM so startet die Software als Demo-Versionen

Baudrate

Der HFM11 unterstützt alle Baudraten, bei der Hardware an einer COM Schnittstelle sind 57600 Bit/s erforderlich, via USB können höhere genutzt werden.

Taktfrequenz

Taktfrequenz des DDS Chips. Dies ist nicht unbedingt die außen angelegte Taktfrequenz. Wird z.B. der AD9851 eingesetzt ist hier die interne Taktfrequenz einzutragen. (externe 30 MHz mit 6x ergeben 180 MHz internen Takt)

Die neue qrpHFM Hardware nutzt einen AD9951. Dieser kann unterschiedliche Vervielfachungen vornehmen. Ich habe mich für einen 20-fachen Wert der angelegten Taktfrequenz entschieden, die durch die qrpHFM Controllersoftware eingestellt wird. Intern wird dieser Schaltkreis also mit 400 MHz getaktet (externe 20 MHz mit 20x ergeben 400 MHz internen Takt). Andere Takte sind möglich und von der verwendeten Hardware abhängig.

Beim miniHFM34 sind dies 50 Mhz (75 Mhz).



Eichfrequenz

Zum kalibrieren des Taktgenerators.

Fmax

Obere Grenzfrequenz des HFM. Sollte höchstens bei einem Drittel der internen Taktfrequenz des DDS IC’s liegen und ist natürlich von der Grenzfrequenz des Tiefpasses auf der Hauptplatine abhängig.

Delay

Verzögerung zwischen zwei Messwerten in ms wenn die Zahl größer 1 ist, eine 1erzeugt noch kein Delay. Kann bei steilflankigen Filtern ein Überschwingen Verhindern, macht die Messung aber unter Umständen sehr langsam. Bei 300 Messungen und 10 ms Verzögerung dauert ein Kurvenzug , die Standardverzögerung einberechnet, schon weit mehr als 3 Sekunden

Linie 1 bis 8, Text und Lage

Bei der Reflexionsmessung müssen y-Diagrammlinien durch eine Kalibrierung hinzugefügt werden. Dabei wird die Lage der Linien im Diagramm ermittelt. Dieser Wert kann hier korrigiert werden, er liegt im Bereich von 0 bis 500. Die Beschriftung der eingeblendeten Linien im Textfeld im Registerblatt Einstellungen. Soll eine Linie nicht erscheinen wird sie einfach auf die x-Achse gelegt, erhält also die Lage 0.

Frequenzablage

Reicht der Frequenzbereich des Gerätes nicht aus, kann durch Vervielfachen und/oder Mischen die Messfrequenz in den gewünschten Bereich verschoben werden.

Mit der Formel  Fneu = n x F + Foffset sollten alle Varianten einstellbar sein.

Der Faktor n wird eingesetzt wenn die Messfrequenz durch Vervielfachung erreicht wird. Verdoppler n=2 und Verdreifacher  n=3 sind recht einfach aufzubauen.

Durch das Hochmischen mit einer Hilfsfrequenz kommt man ebenfalls in den gewünschten Frequenzbereich und behält sogar den kleinsten einstellbaren Frequenzschritt 1 Hz bei. Der Faktor n ist hierbei auf 1 zusetzen und Foffset = Mischfrequenz



PIC Taktkorrektur

Die Torzeit des Frequenzzählers wird vom Taktgenerator des PIC Controllers abgeleitet. Abweichungen können durch die korrigierten Eingaben ausgeglichen werden. Da es mir z.Z. nicht möglich ist, die unterschiedlichen Programmlaufzeiten in den verschiedenen Controllern PIC16 bzw. PIC18 zu erfassen, gebe ich für jede Torzeit einen eigenen Takt vor. Beide Werte können voneinander abweichen und haben nicht direkt etwas mit dem wahren PIC Takt zu tun. Es sind dies interne Laufzeitunterschiede im Controllerprogramm, die sich bei kurzen Torzeiten stärker bemerkbar machen. Die Lösung dieses Problems gehe ich später an J.

· HFM9: Der HFM9 wird mit einem 20 MHz Takt betrieben. Die Torzeit wird mittels Teiler von diesem Takt abgeleitet.

· NWT7: Der NWT7 hat einen 10 MHz Quarzgenerator. Durch einen anderen Teilerfaktor in diesem Programm ist die doppelte Taktfrequenz, also ebenfalls 20 MHz, einzustellen.

· qrpHFM9: Der CPU Takt im PIC18Fxxxx wird von einer internen PLL abgeleitet und ist auf 48 MHz eingestellt. Dieser Wert ist für die Ermittlung der Torzeit einzutragen. (extern 20 MHz durch 5 mal 24 durch 2 gleich 48 MHz)

Porttest

Wird die USB Version des HF benutzt, erleichtert dieser Porttest die Suche nach dem virtuellen COM-Port.

Unter LINUX z.Z. Nicht implementiert

Knopf Porttest

Es werden alle im Betriebssystem vorhandenen COM-Port angezeigt. Der USB Anschluss mit dem HFM wird abgezogen und der Porttest durchgeführt. Anschießend wird das USB Interface angesteckt und der Test erneut durchgeführt. Es sollte nun ein zusätzliches COM Port auftauchen, welches dem HFM zugeordnet werden kann. (diese Portnummer eintragen und mit dem Knopf Übernehmen eine Verbindung herstellen.)

Knopf Versionstest

Abfrage der Hardwareversion



Inhalt



HFM11 Files

HFM11WIN.EXE Windows Programm zum Steuern der HFM und HFM7 Hardware

HFM11LIN LINUX Programm

qrpHFM.HTML Hilfedatei

DEFAULT.LNG Konfigurationsdatei

*.LNG weitere Konfigurationsdateien

*.CFG weitere Konfigurationsdateien

*.DAT Messreihen

*.CSV



PIC Firmware

PIC Hexfile

externer PIC Takt

externe DDS Taktfrequenz

hfm34.hex

4 MHz

Beliebig (im PC Programm einstellen)

miniHFM34.hex
(alte Version – siehe Hardwarebeschreibung)

4 MHz

Beliebig (im PC Programm einstellen)

hfm9951_20_100.hex

20 MHz

100 MHz

hfm9951_20_20.hex

20 MHz

20 MHz

hfm9951_20_400.hex

20 MHz

400 MHz

hfm9951_20_48.hex

20 MHz

48 MHz

hfm9951_4_100.hex

4 MHz

100 MHz

hfm9951_4_20.hex

4 MHz

20 MHz

hfm9951_4_400.hex

4 MHz

400 MHz

hfm9951_4_48.hex

4 MHz

48 MHz





Inhalt



HFM Hardwarebeschaltung

Für den qrpHFM sehe ich erst einmal zwei Betriebsarten in Bezug auf die

Spannungsversorgung vor.

1.Spannungsversorgung über die USB Schnittstelle 5 Volt/100mA

2.Spannungsversorgung über eine externe Quelle.

Diese beiden Varianten müssen im Layout berücksichtigt werden.

Zu 1. Da in meiner Software noch keine Erweiterung der Stromversorgung aus der USB Schnittstelle drin ist, muss ich mich mit dem Standard von 100mA begnügen. Da fehlt mir noch etwas Wissen, wie man das programmieren muss, um mehr Energie aus der USB Schnittstelle entnehmen zu können. Deshalb wird diese Variante nur ein Minimum an Bauelementen (PIC DDS Messkopf) beinhalten. Ich kalkuliere da etwa 100 mA ein. Aus diesem Grund kann auch kein stromfressender HF Verstärker eingeschaltet werden.

zu 2. In dieser Variante kann man natürlich alles machen, benötigt aber immer eine externe Stromversorgung. Ich habe das PIN RC6 benutzt, um das Anstecken des USB Steckers zu detektieren. Ist die USB Verbindung nicht gesteckt, liegt RC6 über die Widerstandskombination auf Masse. Im Controller wird die fehlende Verbindung dadurch detektiert und ein lokales Programm ausgeführt. (dieses Programm macht in der aktuellen Software noch nichts - kommt später die lokale Bedienung rein)Wird das Kabel angesteckt erhält RC6 über die 5 Volt der USB Schnittstelle High Potential und der USB Treiber im Controller wird gestartet, die Bedienung vom PC aus ist eingeschaltet.

Vorläufige PIN Belegung PIC18F2550 für den qrpHFM9USB

Die Bedeutung Ein- oder Ausgang eines Port-Pins wird während des Betriebes mit einer Ausnahme nicht geändert.Auch wenn für diese Ein- und Ausgänge bei verschiedenen Anwendungen eine andere Bedeutung erlangen, wird durch eine nicht veränderte Beschaltung nichts zerstört. Lediglich die Messwerte können unsinnige Werte annehmen. Das Port A ist vollständig als Eingang programmiert. Wobei die Ports A0 bis A3 und das Port A5 als Anologeingänge wirken und RA4 ein Digitaleingang ist. Dieser Digitaleingang kann in den Messpausen den Zustand Ausgang mit dem Pegel Low annehmen. Dies ist bei der Beschaltung zu beachten. (Open Collector IC)



PORT A: Standardbelegung

RA0: log. Messdetektor

RA1: lin. Messdetektor

RA2: nicht benutzt

RA3: nicht benutzt

RA4: Frequenzzählereingang

RA5: zweiter log. Messdetektor



Port A: in der Funktion Registerblatt Akkutest

RA0: Kanal 1 Gesamtspannung des Akkus (Spannungsteiler !!! max. 5 V zulässig)

RA1: Kanal 2 Teilspannungen des Akkus Zellenabgriff (Spannungsteiler !!!)

RA2: Kanal 3 Teilspannungen des Akkus Zellenabgriff (Spannungsteiler !!!)

RA3: Kanal 4 Teilspannungen des Akkus Zellenabgriff (Spannungsteiler !!!)

RA4: nicht benutzt

RA5: Referenzspannung 2,5 V



Port A: in der Funktion R+jX

RA2: Phasenmessdetektor

RA3: Phasenmessdetektor

RA4: nicht benutzt

RA5: Phasenmessdetektor



PORT B: Alle Portbits sind z.Z. als Ausgang definiert

RB0: Umschaltung Frequenzzähler LC Messer bzw. Testkanal C im Frequenzzählerregisterblatt

RB1: Umschaltung Frequenzzähler MHz Zählereingang Kanal A im Frequenzzählerregisterblatt

RB2: Umschaltung Frequenzzähler GHz Zählereingang Kanal B im Frequenzzählerregisterblatt

RB3: Umschaltung Dämpfungsglied 10 dB Dämpfungsglied ein

RB4: Umschaltung Dämpfungsglied 20 dB Dämpfungsglied ein

RB5: Umschaltung Dämpfungsglied 20 dB Dämpfungsglied ein

RB6: Umschaltung LC Messer Kalibrierkondensator wird parallel geschaltet

RB7: Umschaltung LC Messer Umschaltung L Messung



Port B: in der Funktion Registerblatt Akkutest

RB6: Einschalten der zusätzlichen Last Simulation höhere Entladung

RB7: Einschalten der Grundlast zum Entladen des Akkus



PORT C: qrpHFM DDS Schaltkreis AD9951

RC0: DDS Reset

RC1: DDS SCLK

RC2: DDS SDIO

RC3: Stützkondensator für die interne USB Schaltung 200 nF

RC4: USB D-

RC5: USB D+

RC6: USB Sensor RC6 Sensoreingang erkennt das Anstecken eines USB Kabels PIN RC6 über ca. 5 kOhm mit den +5 Volt des USB Steckers verbinden und 5Volt USB Kabel mit ca. 10 KOhm nach Masse belasten. !!! Achtung 5 Volt USB nicht mit 5 Volt extern verbinden !!!

RC7: DDS IOUPD



PORT C: Originalschaltung miniHFM34 DDS Schaltkreis AD9834 (alt miniHFM34.hex)

RC0: DDS FSYNC PIN 15

RC1: DDS SCLK PIN 14

RC2: DDS SDATA PIN 13

RC3: Stützkondensator für die interne USB Schaltung 200 nF

RC4: USB D-

RC5: USB D+

RC6: nicht benutzt

RC7: nicht benutzt



PORT C: Erweiterte Schaltung miniHFM34 DDS Schaltkreis AD9834 (neu hfm34.hex)



RC0: DDS FSYNC PIN 15

RC1: DDS SCLK PIN 14

RC2: DDS SDATA PIN 13

RC3: Stützkondensator für die interne USB Schaltung 200 nF

RC4: USB D-

RC5: USB D+

RC6: USB Sensor RC6 Sensoreingang erkennt das Anstecken eines USB Kabels PIN RC6 über ca. 5 kOhm mit den +5 Volt des USB Steckers verbinden und 5Volt USB Kabel mit ca. 10 KOhm nach Masse belasten. !!! Achtung 5 Volt USB nicht mit 5 Volt extern verbinden !!!

RC7: nicht benutzt



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Durchgangsmessungen

Durchgangsmessungen sind der klassische Anwendungsfall des HFM. Vor den Messungen muss der HFM für den logarithmischen und ggf. auch für linearen Messkopf einmalig kalibriert werden. Die Skalierung der y-Achse setzt einen linearen Verlauf der Übertragungskennlinie der Messköpfe voraus. Dies kann in der Praxis nicht über den gesamten Amplitudenbereich garantiert werden und so stimmt die Skalierung nicht immer mit dem Idealwert überein. Für den Amateurgebrauch sollte man keine übertriebene Genauigkeit anstreben, erst dadurch bleibt der HFM einfach, preiswert und leicht zu bedienen bleibt. Die Übertragungskennlinie des AD8307 ist über ca. 80 dB annähernd dB-linear und so erreicht man mit einem Zweipunkabgleich eine ausreichende Genauigkeit. Gleiches gilt für den AD8361 im Spannungsbereich 0 bis 600 mV HF Eingangsspannung.



Mittels Kalibrieren / Durchgangsmessung wird zuerst eine Durchgangsdämpfung von 0 dB gefordert. Es wird eine Durchgangsdämpfung von 0 dB durch Verbinden von Ein- und Ausgang des HFM eingestellt. Anschliießend wird ein definierter Dämpfungswert eingeschleift. Standardwert für dieses Dämpfungsglied wird 40 dB vorgegeben. Steht ein anderer Wert zur Verfügung, kann er im Registerblatt Einstellungen eingetragen werden.

Startet man eine Messung sollten diese beiden Extremwerte wieder erreicht werden. Im oberen Bereich von 0 bis -60 dB wird eine recht gute Übereinstimmung erreicht, zu kleineren Pegeln werden die Abweichungen immer größer. So setzt eine Dämpfung von 80 dB schon ein großes Maß an Abschirmung voraus.



Da das Ausgangssignal des HFM nicht frei von Oberwellen ist, wird ein gewobbeltes Bandfilter auch bei ganzzahligen Teilen des Durchlassbereiches einen entsprechenden Kurvenzug erzeugen. Der Amplitudenabstand der Maxima ist dabei ein Maß für den Nebenwellenabstand und kann zur Erkennung der Übersteuerung des Breitbandverstärkers genutzt werden. Mittels des Dämpfungsgliedes am Eingang des Verstärkers die Ansteuerung zurücknehmen bis ein ausreichender Oberwellenabstand erreicht ist.



Messungen an der oberen Frequenzgrenze des HFM werden schwieriger, weil einmal die Amplitude des Nutzsignals abfällt und die der Nebenwellen steigt.

Sollte der Frequenzbereich des Gerätes nicht ausreichen, kann er mittels einer Verdopplerschaltung angehoben werden. Ebenfalls ist ein Mischen in eine höhere Frequenzlage möglich. Im Registerblatt Einstellungen kann die Frequenzachse des Wobbeldiagrammes dafür berechnet nach fx = n * f + foffset werden. Sie wird dann im Diagrammbild in anderer Farbe dargestellt.

Eine einfache Möglichkeit besteht darin einen fertigen Ringmischer als Verdoppler zu nutzen. Erliefert über einen großen Frequenzbereich eine konstante Ausgangsspannung, die sogar sehr sinusähnlich aussieht :-) Einfacher geht es kaum.






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Reflexionsmessungen 1



Für die Reflexionsmessung ist ein Messkopf erforderlich. Dies kann eine Widerstandsbrücke oder ein geeichter Koppler sein.



Widerstandsbrücke

(log. oder lin. Knopf)






R1, R2, R3 = 50 Ohm (induktionsarmen SMD Aufbau bevorzugen)

L1, L2 = 1:1 Balun für 50 Ohm ( etwa 6 bis 8 bifilare Windungen auf Ferritkern z.B. FT37-43 oder kleiner)



Mit der Messbrücke muss der HFM neu kalibriert werden. Der Eichvorgang erfolgt in 2 Teilen.



  1. Kalibrieren/Reflexionsmessung 1. Den Messkopf im Leerlauf oder Kurzschluss für die obere Begrenzung kalibrieren, SWR = unendlich.

  2. Messkopf mit 50 Ohm abschließen und untere Begrenzung SWR = 1 kalibrieren.

  3. Wenn nach Start ein Kurvenzug geschrieben wird muss er sich etwa an der oberen Diagrammlinie bewegen. Mit und ohne 50 Ohm Abschluss sollten diese Extremwerte wieder angezeigt werden.

  4. Mehrere Hilfslinien für ausgewählte SWR Werte.



Folgende Eichwiderstände erzeugen ein definiertes SWR



R

Alternativ R

SWR

r

ar

50


1

0

unendlich

45,5

55

1,1

0,048

26 dB

42

60

1,2

0,091

21 dB

39

65

1,3

0,13

18 dB

33

75

1,5

0,2

14 dB

25

100

2,0

0,333

9,6 dB

17

150

3

0,5

6 dB



In der Praxis gibt es Abweichungen, wenn beide Widerstände für eine Fehlanpassung verglichen werden. Diese entstehen durch den Innenwiderstand des HFM. Durch die unterschiedliche Belastung entstehen an der Brücke andere Klemmspannungen. Nur wenn der Ri des Generators nahe 0 Ohm liegt kommt man auf gleiche Werte.



Mittels der Funktion Kalibrieren/Linie können mehrere Hilfslinien gezeichnet werden. Die Kalibrierung kann für den log. bzw. den lin. Messkopfeingang erfolgen.



Der Text, der neben der Eichlinie erscheint kann bei Einstellungen / Optionen geändert werden. Es können nur Zahlen eingegeben werden. Für die Beschriftung eines SWR von 1,5 bitte die Zahl 15 eintragen.



Reflexionskoppler

(def. Knopf)




Über einen Koppler wird die rücklaufende Welle dem Meßkopf zugeführt. Industriell hergestellte Koppler liefern über einen weiten Frequenzbereich ein lineares Ergebnis. Wegen der komplizierten Kompensation ist ein Eigenbau sehr schwierig und es sollte besser die oben gezeigte Widerstandsbrücke genutzt werden.

Jeder Koppler besitzt eine eigene Koppeldämpfung. Dieser Wert ist im Registerblatt Einstellungen einzutragen. (Standard 10 dB)

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Reflexionsmessungen 2

Für die zweikanalige Reflexionsmessung ist ein Koppler notwendig, der Vor- und Rücklaufleistung auskoppelt.




Jeder dieser Ausgänge wird an einem log. Messkopf angeschlossen. Bitte die Maximalleistung der Messköpfe beachten. Im Diagramm werden der Reflexionsfaktor r = Rücklaufleistung/Vorlaufleistung sowie das SWR = (1+r)/(1-r) berechnet und angezeigt.



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Spektralmessungen

Im bescheidenen Maße sind mit dem HFM auch Spektrummessungen möglich. Eine kleine Zusatzschaltung in Form eines Direktmischempfängers macht diese Funktion möglich. Der HFM wobbelt dabei einen Frequenzbereich durch und das Spannungssignal des DC Empfängers wird durch den Messkopf detektiert. So erhält man einen Signalverlauf über das Frequenzband. Nachteilig ist hierbei der begrenzte Frequenzbereich des HFM, Oberwellen eines TX können nur im Kurzwellenbereich dargestellt werden.

Empfohlen wird eine Schaltung mit folgenden Baugruppen:

10 dB Dämpfungsglied

Ringmischer

30 kHz LC Tiefpassfilter

MMIC Verstärker mit ca. 20 dB Verstärkung



Kontrollempfänger

Durch eine ähnliche Schaltung wird der HFM zu einem Kontrollempfänger.

Ringmischer

Vorverstärker

3 kHz Tiefpass

NF Verstärker

(Bandfilter)

NF Endverstärker



Ohne Selektionsmaßnahmen konnte auf vielen Amateurfunkbändern dem Geschehen gefolgt, Baken abgehört und Weltweite BC Stationen gehört werden. Ein Leistungsfähiger und durchgängiger DC RX vom kHz Bereich bis in den oberen Kurzwellenbereich.



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HF Generator und VFO

Quarzstabiler Frequenzgenerator von einigen kHz bis 160 MHz mit einer kleinsten Auflösung von einem Hertz. Sehr kleine Frequenzen im Niederfrequenzbereich erfordern größere Koppelkondensatoren als die in der Schaltung angegebenen. Jede beliebige Schrittweite zum Abstimmen ist möglich, also auch Kanalraster wie 9 KHz im Mittelwellenbereich oder 5/10 kHz Raster im Kurzwellenbereich.



Durch die Eingabe einer Zwischenfrequenz werden die Empfangsfrequenz und die vom VFO erzeugte Frequenz richtig angezeigt und der HFM ist somit gut für Experiment von RX und TX Baugruppen geeignet.



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Frequenzzähler

Der Frequenzzähler selbst ist im DDS Controller als kombinierte Hard-/Softwarelösung aufgebaut. Der Digitaleingang RA4 wird in den Messpausen aber als Ausgang definiert und sein Signal liegt dann auf Low-Pegel. Deshalb wird als Schutz eine Ansteuerung mittels NAND Gatter, die einen Open-Collector-Ausgang haben, verwendet. Zusätzlich ist deshalb ein Pull-Up Widerstand erforderlich. Durch die NAND Gatter können drei Quellen an den Zähleingang geschaltet werden. Über einen Eingangsverstärker oder Teiler sollten die Signale im TTL Format anliegen. Der Dritte Eingang ist mit einem freischwingenden Oszillator belegt, der über die Frequenzverstimmung Induktivitäten und Kapazitäten bestimmen kann. Siehe LC-Messer.

Ich verwende einen Kanal mit einer einfachen Komperatorschaltung zum Messen bis ca. 50 Mhz im Kanal A. Für Frequenzen darüber nutze ich einen Vorteiler, der die anliegende Frequenz durch 64 teilt. Dieser ist dem Kanal B zugeordnet. Der Kanal C mit dem Oszillator wird zum Testen verwendet.






Eingangsverstärker 50 MHz

Ein einfacher Komperator erzeugt in einem weiten Spannungs- und Frequenzbereich eine Rechteckförmige Ausgangsspannung. Im unteren Spannungsbereich können die Impulse recht klein werden, mit dem Potentiometer kann das Impulssignal in den empfindlichsten Bereich des NAND Gatter geschoben werden.






Vorteiler Ghz

Der Vorteiler U813 kommt aus der TV Tuner Technik. Das Eingangsignal wird in einem ECL Teiler durch 64 geteilt. Zur Pegelanpassung an die TTL Pegel setze ich einen einfache Transistorstufe ein. Leider kann dieser Baustein ohne Eingangsspannung zum Schwingen neigen, wodurch immer eine Frequenz angezeigt wird. Preis-Leistung sind aber unübertroffen.






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LC Messungen

Induktivitäten und Kapazitäten werden mit dieser kleinen Zusatzschaltung mit Hilfe der Frequenzverstimmung berechnet. Die Schaltung bildet einen Oszillator, dessen frequenzbestimmender Teil aus L500 und C505 gebildet wird. Ein rückgekoppelteter Komperator liefert schon eine recheckförmige Ausgangsspannung und speist den Frequenzzähler. Der Oszillator schwingt bei ca 750 kHz. Die genaue Frequenz ist nicht so wichtig, ein temperaturstabiler Aufbau erleichtert aber das Messen. Wegen der Temperaturabhängikeit der Schaltung ist es sinvoll vor einer Messung eine Kalibrierung durchzuführen. Dieser Vorgang läuft automatisch ab, der Eingang bleibt dazu offen. Zuerst wird die aktuelle Frequenz des Oszillators gemessen, anschließend schaltet REL500 einen genau bekannten Kondensator C504 parrallel und die neue Frequenz wird ermittelt. Mit diesen drei nun bekannten Werten können die Größen von L500 und C505 berechnet werden. Sie werden nach der Kalibrierung zur Information angezeigt.






C-Messung

Nach der Kalibrierung können Kapazitäten im Bereich 1 pF bis etwa 100 nF gemessen werden. Im kleinen Bereich ist diese Messung recht genau, man erkennt aber die Temperaturdrift des Oszillators und sollte in bestimmten Abständen immer mal wieder einen Kalibriervorgang einflechten.

L-Messung

Zum Messen von Induktivitäten wird durch REL501 der Schwingkreis aufgetrennt und das Messobjekt in Reihe zu L500 gelegt. Schließt man den Eingang kurz wird schon eine Induktivität angezeigt. (Handempfindlichkeit beachten) Diese wird durch die nun durch die zusätzlich eingeschleiften Leitungen gebildet und ist bei den Messungen mit zu berücksichtigten. Sie wird z.Z. nicht in vom Messergebnis abgezogen.

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Leistungsmessungen

Der log. Messdetektor kann Solo als HF Leistungsmesser eingesetzt werden. Er kann maximal eine Spannung, die bei 15 dBm an einem 50 Ohm Lastwiederstand anliegt, linear verarbeiten. Mit einem vorgeschaltete Dämpfungsglied kann dieser Bereich natürlich nach oben verschoben werden. Bitte beachten, das das Dämpfungsglied die angelegte Leistung auch verträgt. Leistungsdämpfer sind relativ teuer.

Das Dämpfungsglied kann auch über die Software geschaltet werden. Es besteht aus der Kettenschaltung von einem 10 dB Glied und zwei 20 dB Dämpfungsgliedern, somit kann von 0 bis 50 dB in 10 dB schritten geschaltet werden. Die Ansteuerung dieser Schaltung kann auch im Registerblatt Wobbeln erfolgen.

Vorsicht beim Schalten wenn Leistung anliegt! Ich benutze die Softwareumschaltung nur zur richtigen Anzeige und schalte von Hand :-))






Zum Messen eines QRP Senders eignet sich folgende Schaltung:



Vor der Kunstantenne (Lastwiderstand, Dummyload) wird ein Teil der Leistung über einen Widerstand ausgekoppelt und dem Detektor zugeführt. Die zusätzliche Schaltung verändert den Wert der Kunstantenne kaum, es ist aber auf eine gute Entkopplung des Ausgangsportes zu achten, damit sich keine HF am Widerstandskette vorbei mogeln kann.

30 dB für QRP Sender

Der Abzweigwiderstand besteht aus 2 Stück ??? Ohm

40 dB für Leistungen bis 100 Watt (nicht getestet)



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Polarschreiber

Ein Antennendiagramm aufgenommen von Rainer DM2CMB. Es handelt sich um eine 25 Element Yagi im 13 cm Band. Da das Diagramm im Wohnzimmer aufgenommen wurde, kommt es zu einer großen Zahl von Reflexionen, die im Freifeld natürlich nicht auftreten. Es ging hier aber lediglich um einen Funktionstest von Hard- und Software, die wir gemeinsam entwickelten. Da ich solche Messungen nicht durchführe, tnx für das Bild von DM2CMB. Neben der reinen Simulation an einem Softwaremodell sind solche praktischen Messungen sicher sehr interessant, lehrreich und spannend.




Sind Winkel- und Amplitudenbereich kalibriert, kann nach dem Start der Rotor mittels seiner Steuerung oder vom Hand gedreht werden. Zyklisch wird in der Software der Eingang des Potentiometer für den Winkel abgefragt und der dazu passende Amplitudenwert in das Diagramm eingetragen. Eine komplette 360 Grad Drehung ist nicht unbedingt erforderlich.

Neu kann zwischen einer linearen und logarithmischen Anzeige mit einer 50 prozentigen Spreizung gewählt werden. Erweiterungen sind denkbar, Austausch des log. Detektors durch eine andere Amplitudenquelle im Bereich 0 bis 5 V, aber z.Z. nicht erprobt. Sollten sich Wünsche für eine andere Skalierung bewähren, kann ich diese gerne ergänzen.

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Probleme

Das Zusammenspiel von Hard- und Software des HFM ist noch nicht in vollem Umfang problemlos möglich. Falsche Einstellungen werden nicht automatisch erkannt und der HFM kann nicht bedient werden. Diese Fehlfunktionen sind aber ohne Auswirkung auf die Hardware, es wird nichts zerstört.

Da die große Zahl von verschiedenen PCs nicht berücksichtigt werden kann, empfehle ich mit folgendem Ablauf die richtigen Einstellungen zu finden:



Für den ersten Start empfehle ich folgende Reihenfolge:
- Die Hardware an das USB Port anstecken.
- Windows startet den USB Gerätemanager, auf die Datei „mchpcdc.inf“ verweisen. Es wird ein COM Port eingerichtet.
- Die Hardware wieder vom USB Anschluss abziehen.
- Das Programm „HFM11.exe“ ohne Hardware starten und die Fehlermeldung bestätigen.
- Das Registerblatt „Einstellungen“ anklicken und den Button Portsuche betätigen. Es werden alle vorhandenen COM Ports des Rechners aufgelistet.
- Nun die Hardware miniHFM34, qrpHFM oder HFM11 wieder anstecken und einen kleinen Moment warten bis der Treiber geladen wurde. (meist nur ein kurzes flackern der HD LED im Rechner, es gibt keine weiteren Meldungen)
- Nochmals den Button Portsuche betätigen. Die Liste der COM Ports ist um einen Eintrag größer. Dies ist die COM Portnummer, die links oben für dieses Gerät verwendet wird.
- COM Portnummer und DDS Taktfrequenz (50 000 000 bzw. 75 000 000 oder 400 000 000) in Hertz in die Eingabefelder links oben eintragen.
- Den Knopf „Übernehmen“ zur Übernahme der neuen Einstellungen betätigen. Wenn alles glatt gelaufen ist muss nun beim Betätigen des Knopfes „Version“ die aktuelle Hardwareversionsnummer – mH34 – erscheinen.
- Alle Konfigurationsdaten über das Menü - Datei/Speichern - in die Konfigurationsdatei „default.lng“ speichern. So werden sie bei jedem Programmstart wieder geladen.


Diese Prozedur ist natürlich nur einmal pro Rechner durchzuführen. Ist alles richtig eingerichtet geht es danach recht einfach – Hardware anstecken –Programm starten –Messen.



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