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Forum: HF, Funk und Felder HF Millivoltmeter


Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Hallo HF-Zwirbler,

ich hab ein neues Spielzeug, ein HP8660C 1.3GHz Synthesizer, und hab mir 
als erste Übungsaufgabe für den Umgang mit diesem Frequenzbereich ein HF 
Millivoltmeter gebastelt um damit dann Frequenzgänge von 
eigenentwickelten Schaltungen aufnehmen zu können.

Klappt auch so einigermassen, hätte jedoch noch ein paar Fragen dazu.

Als Messprinzip zur Bestimmung der RF-Amplitude verwende ich die Methode 
der Vergleichsmessung mit einem varibalen NF Signal, dessen Amplitude 
variabel ist und einfach gemessen werden kann. Ein OpAmp (OP07C) wertet 
die Pegeldifferenz aus und steuert in einer Regelschleife den NF 
Generator bis Amplitudengleichheit herrscht. Das NF Signal wird 
zusätzlich über einen Stufenabschwächer auf das Niveau des RF-Signal 
heruntergeteilt.
Dadurch umgehe ich das Problem die Kennlinie der Gleichrichterdiode bei 
kleinen Pegeln aufnehmen zu müssen.

Zur Gleichrichtung des RF & NF Signals benutze ich eine BAT62 
Doppeldiode in einem SOT143 Gehäuse.

Erste Ergebnisse (noch nicht vollständig kalibriert) sieht man im 
Anhang.
Ist das ungefähr das was mann bei dieser Messmethode erwarten kann?

Leider fehlen mir jegliche Mittel um die Kurven im oberen 
Frequenzbereich zu validieren so dass ich zunächst annehmen muss, dass 
alle Abweichungen auf mein Konto gehen und der Synthi eine Ideale 
Frequenzkurve liefert (er ist mit +-1dB spezifiziert).

Als grosses Problem stellt sich heraus, dass ich damit nicht unter ~ 
-30dBm komme: Der Temperaturdrift (?) wird einfach zu gross und die 
Kurven beginnen wie ein Lämmerschwanz herumzuwackeln.

Neben dem OP07C, der den Pegelvergleich macht, scheint die Doppeldiode 
der Hautptschuldige zu sein. Hmmm... eigentlich wollte ich ja genau 
dieses Problem durch 2 Dioden in einem Gehäuse umgehen!

Hat jemand eine Idee was man da machen könnte, oder muss ich mich damit 
abfinden dass bei -30dBm Schicht im Schacht ist?

Welches Messmethoden könnte ich mit meinen bescheiden Möglichkeiten noch 
ausprobieren?

Danke im Voraus für eure Tips.

BAT62:
http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Dat...

Autor: user (Gast)
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als Idee, ein Log Verstärker  z.b. AD8307 (bis 500 Mhz)

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Hier nochmal in feinerer Auflösung eine 0dBm Kurve. Die anderen bei 
kleinerem Pegel sehen sehr ähnlich aus.

Kann man die Amplitudenschwankungen oberhalb von ~200MHz irgendwie 
einfach erklären?

So langsam bin ich mir sogar nicht mehr sicher ob dies von meinem 
Tastkopf oder vielleicht doch vom Synthi kommen.

Andereseits +-0.6dB sind doch für den Anfang doch auch nicht zu 
verachten, oder?

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>als Idee, ein Log Verstärker  z.b. AD8307 (bis 500 Mhz)

Ja klar. hatte ich mir auch angeschaut ... aber da hätte ich ja nichts 
gelernt.
Und wenn man schon 1.3Ghz in der Harage stehen hat, dann möchte man die 
ja voll ausfahren.

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Hier noch ein Vergleich verschidener Kabeltypen:

1. Probhead (incl. 15cm RG58, fest angelötet)
2. Probehead + 1.5m RG58 verlängerung
3. Probehead + 1.5m RG174 Verlängerung

Mann sieht sehr schön die Dämpfung, und dass RG174 in diesem 
Frequenzbereich schon sehr Grenzwertig wird.

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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... und hier noch zum Abschluss der Frequenzgang eines 36dB OpAmp 
Verstärkers aus zwei MAX4224, den ich mir vor einiger Zeit gemacht habe.

Macht Spass, so einfach sehen zu können was abgeht.

Mit dem Oszi ist es ja mühsam und bei 200MHz ist bei mir dann sowieso 
schluss.

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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irgendwie scheint Andreas Schwirigkeiten mit langen Filnames zu haben, 
ich bekomme obiges Bild nicht geöffnet, drum hier nochmal.

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Vielleicht hier noch die Gleichrichter Kennlinie der BAT62.

Ein -35dBm = 4mVrms Eingansignal wird nach der Kennlinie nach der 
Gleichrichtung zu ~ 200µV.

Autor: user (Gast)
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da wäre  noch u.a.
AD8313:  0.1 - 2.5 GHz, 70 dB Logarithmic Detector / Controller

damit sollten einige db mehr  Dynamikumfang erreichbar sein und  lernen 
kann  man da sicher auch einiges beim Aufbau

Autor: Christian S. (messgeraeteprofi)
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Hallo,

aus meiner Sicht bist Du mit der BAT62 schon auf dem richtigen Wege, 
diskret geht das auch über zwei BAT16-046. Die Temperaturdrift könntest 
Du mit der Auswertung eines LM335H mindern. Habe Dir mal eine Kopie 
angehängt.

Das was Du da baust, gibt es schon von Rohde & Schwarz, nennt sich dort 
URV5-Z5 und splielt mit dem Grundgerät URV5 oder neueren Modellen. Sowas 
gibt´s auch gebraucht zu halbwegs humanen Preisen.

Grüße

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>AD8313:  0.1 - 2.5 GHz, 70 dB

Danke, den hatte ich irgendwie übersehen. Dummerweise geht der erst ~ 
bei 100MHz loss, man müsste also den AD8307 und den AD8313 parallel 
schalten (eventuell über einen Diplexer) und hoffen dass man dann einen 
glatten Frequenzgang hinbekommt.
Aber vorerst will ich noch ein wenig diskrete Schaltungstechnik üben, 
sich das Leben einfacher machen kann man dann später immer noch...

>BAT16-046
hab nicht viel üeber sie gefunden, aber wenn ich einen Cross Ref von 
Siemens richtig interpretiere ist die BAT16 nichts anderes als die 
bedrahtete Version der BAT62.

>URV5-Z5 und splielt mit dem Grundgerät URV5
Danke, werd mal schauen ob ich die Schamtics zu dem Gerät auftreiben 
kann.

>Die Temperaturdrift könntest Du mit der Auswertung eines LM335H mindern.

Im Anhang zur besseren Verdeutlichung des Messverfahrens den 
Gleichrichterteil.

D1 und D2 machen die Gleichrichtung RF & NF Referenzsignals.
Da beide im selben Gehäuse sind "sollte" eine Temperturänderung bei 
beiden Dioden die selbe Verschiebung der Kennlinie bewirken.
Der OP07C wertet die Differnzspannung aus und steuert über einen 
Integrator den Pegel des RF Signals solang bis die Differenz am OP07C 
Eingang auf Null geht.

Damit sollte, egal wie krumm die Diodenkennlinie und wie sehr sie durch 
Temperaturdrift verschoben wird, das Messverfahren unabhängig von den 
Bauteilen im Messkopf sein, zumindestens solang die 
Gleichrichterschaltung  einen geraden Frequenzgang hat.

Ein Temperatursensor würde mir also nur dann etwas bringen wenn ich 
damit eine aktive Temperierung des Probhead betreiben würde, hmm...

Ich hab mal mit der Lötkolbenmethode versucht die Temperatur 
Empfindlichkeit zu testen.
Überraschenderweise hat sich der Offsettrimmer des OP07C auch als sehr 
Temp.empfindlich herausgestellt, durch ersetzen mit Festwiderständen und 
einen etwas kleineren Trimmerbereich hat sich das ganze um ~5dBm 
verbessert.

Der OP07C ist auch etwas Temperatursensitiv, was ich jedoch nicht so 
ganz verstehen kann: er ist mit max 1.6µV/°C Spezifiziert und bei -35dBm 
sollte ich doch bei den zu erwartenden Temperaturschwankungen doch weit 
darunter liegen??? ... irgendwas versteh ich da nicht richtig.
Vlt. Versuche ich da mal ein Chopper OpAmp (z.B. AD5851, 1µV Offset)

Die BAT62 ist am sensitivsten, zwar sieht man, dass nach einer 
Temperaturänderung die Messwerte wieder zurückpendeln, aber es bleibt 
doch ein nennenswerter Temperatureinfluss.
Die Annahme der engen Temperaturkopplung im SOT Gehäuse und des 
Gleichlaufs scheint also nicht sehr tragfähig zu sein.

Autor: Christian S. (messgeraeteprofi)
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Jo Moin nochmals,

also, der olle Tastkopf vom R&S heisst dann doch URV5-Z7 oder URY-Z7 (Y 
wie militärische Version) und passt u.a. zum URV5, NRV, NRVS, NRVD, 
URV-35 etc.

Ja, die BAT16-046 ist halt sehr selten und abgesehen von R&S bin ich 
wohl einer der wenigen, der diese Dioden noch hat. Für eine BAT62 zahlst 
Du 0,90 EUR, die BAT16-046 sind dagegen eher teuer wie Gold (eben weil 
sie als Paaar einen R&S Tastkopf oder Durchgangsdetektor retten).

Du bist ja doch ein Enthusiast wenn Du Dir ein HF-Millivoltmeter selbst 
bastelst. Wirklich nette Herausforderung - meine Hochachtung, das würde 
ich nie hin bekommen. Bin da eher der, der solche Probleme durch 
preiswerten Zukauf löst. Das Meter für gut EUR 200 und die Tastspitze 
für gut EUR 100, mit EUR 350 bist Du damit dann durch. Habe mir dann 
allerdings, weil mein URV5 nur Köpfe bis 2 GHz akzeptierte, die 
EPromware vom NRV abgebretzelt und ins URV5 verpflanzt. Nun funzt das 
Teil mit entsprechenden Sensoren bis 18 GHz.

Melde dich mal, wenn Du Deinen Selbstbau fertig hast.

73

Autor: Marc (Gast)
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Hallo Michi!
Tolle Schaltung. Respekt!
Vielleicht kommt die Ungenauigkeit (die ich für marginal halte) ja 
daher, daß die Gleichtaktspannung am Eingang Deines OP07 nicht konstant 
ist. Wenn Du eine Diode umdrehst und die Ausgangsströme summierst (C13 
und C25 verbindest) und mit dem OP mit Null-Volt vergleichst hast Du 
dies Problem nicht mehr.
Viel Erfolg!
Marc

Autor: Christian S. (messgeraeteprofi)
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Hallo Michi,

irgendwie werde ich das Gefühl nicht los das alle Deine Probleme vom 
Aufbau der Probe kommen. Habe mal in den Analen gewühlt und ein 
Schaltbild einer HF-Probe ohne Temp.-Kompensation gefunden, die mit 4 
diskreten Dioden werkelt. GL1 (I bis IV) sind vermutlich selektierte 
GD743 gewesen. Das sollte sich aber auch mit BAT62 machen lassen, dann 
spendiere mal 4 Käfer und lasse je eine Diode brach, auch wenn´s mit nur 
2 Käfern auch ginge.

Mehr Input habe ich letzt aber leider nicht mehr für Dich.

73

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Danke für deine Bemühungen,

>URV5-Z5 und splielt mit dem Grundgerät URV5

Ich hab jetzt den Schaltplan des RS URV MV-Meter gefunden:
http://bama.edebris.com/manuals/rohdeschwarz/urv/

Deine Letzte Schaltung scheint Baugleich mit der des URV zu sein, den 
zugehörige Ansteuerung ist auch mit drinn, so dass das Ganze für mich 
verständlicher wird, auf dem ersten Blick war mir nicht klar wie die 
Ansteuern/Weiterverarbeitung geschieht.

Wenn ich das Manual richtig interpretiere, hat das URV einen kleinsten 
Messbereich von 3mV was -37dBm entsprechen würde. Also so arg weit bin 
ich da auch nicht mehr von entfernt.

>spendiere mal 4 Käfer und lasse je eine Diode brach
wird knapp, aber man kann ja zunächste die (Temperatur) Effekte mit 
unkritischeren Dioden im NF Bereich verstehen lernen.

Hab auch noch ein paar Appnotes zum Thema HF Rectification, Diode 
Biasing etc. gefunden. Bei bedarf kann ich Links posten.

@ Marc
>Vielleicht kommt die Ungenauigkeit (die ich für marginal halte) ja
>daher, daß die Gleichtaktspannung am Eingang Deines OP07 nicht konstant

der OP07C ist mit einer CMRR von 100-120dB gespect. Ich denke auch, dass 
dadurch die Drift nicht erklärbar ist. Wenn dann würden Commen Mode 
Effekte ja eher unterschiedliche Offsetfehler bei z.B. 0dBm vs. -40dBm 
bedeuten, nicht jedoch den Drifft des (abgelichen) Offsets bei -40dBm

>Wenn Du eine Diode umdrehst und die Ausgangsströme summierst (C13
>und C25 verbindest) und mit dem OP mit Null-Volt vergleichst hast Du
>dies Problem nicht mehr

Sehr gute Idee, so was ähnliches scheint auch das URV zu machen.
Werd ich ausprobieren. Es muss jedoch dafür noch mehr geändert werden.
Die beiden 1Meg Widerstände R3&R58 bilden quasi eine primitive 
Konstantstromsenke die die Dioden biasen, was das HF Verhalten und die 
Gleichrichtung unterhalb -20dBm verbessert. Die müsste dann komplett 
anders ausgelegt werden, was u.u. neue Fehlerquellen bedeuten würde...

Mir kam noch die Idee, zur Umgehung des Problems einfach einen 20dB 
Verstärker davorzusetzen, um so das Driftproblem zu umgehen.
(Jetzt wo ich ja BW Kurven aufnehmen kann, sollte das ja kein Problem 
mehr sein ;-) ... )
Dieser müsste dann zuschaltbar sein (schwierig), oder mann benutzt den 
Trick der selbstlimitierenden Aufsummation wie es diese LogAmps machen 
um so auf ihren sagenhaften Dynamikumfang zu kommen...

... ist schon enorm, wieviel neue Möglichkeiten und Lernspass man für 
14€ Bauteilkosten bekommt.

Autor: guest (Gast)
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Hello
I am looking operating manual NRVS R & S (pdf).
Thank you in advance for your help.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Christian S. schrieb:
> Das was Du da baust, gibt es schon von Rohde & Schwarz, nennt sich dort
> URV5-Z5 und splielt mit dem Grundgerät URV5 oder neueren Modellen. Sowas
> gibt´s auch gebraucht zu halbwegs humanen Preisen.

Der URV5 Messkopf ist für den TE der denkbar ungeeigneste Vergleich, 
denn der hat keine Vergleichdiode für die NF gleichzurichten, wie der TE 
das machen will, sondern er hat ein Kennlinienfeld in einen Eprom 
abgelegt, welches sich im Stecker des Tastkopfes befindet.

Für den TE wäre der Tastkopf URV Z2 welches vom URV bis URV4 benutzt 
werden.

Das geht bis etwa 1mV runter. Allerdings schwankt der Nullpunkt dann 
schon beträchtlich.

Früher wurden Germaniumdioden im URV Tastkopf benutzt nämlich GD732 wenn 
ich mich recht erinnere. Später dann die BAT16-046 welche auch im URV5 
eingesetzt wurden.

Die BAT16 scheinen nicht die bedrahtete Version des BAT62 zu sein, denn 
diese gehen in einen URV4 nicht. Der automatische Nullpunktabgleich 
lässt sich nicht durchführen.

Sie scheinen bei kleinen Pegeln viel weniger Gleichspannung zu liefern 
als die BAT16.

Ich würde mir einen Messkopf URV-Z2 ( nicht URV5-Z2 oder URY-Z2 ) suchen 
und meine Schaltung daran anpassen. Damit ist auch automatisch ein 
linearer Frequenzgang garantiert.

Apropos Messfehler.  Einen Frequenzgang von +-1db ist für so einen 
Messkopf schon gut, und bei niedrigen Pegeln können die Messfehler 
durchaus schon mal 20% betragen. So steht es in den Spezifikationen von 
Rohde&Schwarz. Erst der URV5 welche die Messkopfdaten in einen Eprom 
gespeichert haben erreicht dann auch mal 1%.

Ralph Berres

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