Hobbyist's Power Meter

Gast #6537549
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Hi,

Allen ein schoenes neues Jahr!

Ich habe ein Testsetup mit einem SDR (USRP) und PA (ZHL-25W-272, bis zu 
25W output). Die Power-Level sind in einem Bereich wo a) zu grosses 
Signal vom SDR in den PA den PA zerstoeren kann und b) Reflexionen den 
sensitiven SDR Eingang (-15dBm max) zerstoeren koennen.

Deswegen moechte beim Start so gut wie moeglich Power-Level ueberwachen.

Der guenstigste Sensor von Keysight (U8481A DC/10 MHz – 18 GHz USB 
Thermocouple Power Sensor) startet um 3000 EUR.

Idealerweise wuerde ich zwei directional coupler vor und nach den PA 
schalten, fixe 0-20dB attenuatoren dazugeben und dann mit einem Sensor 
messen (--> ist das eine gute Idee)?

Fuer meinen Hobbyaufbau ist das allerdings zu teuer.

Kann jemand guenstigere aber brauchbare Alternativen empfehlen?

LG
Peter

PS: Idealerweise waere der genau genug (<<1dB) um auch mein SDR 
kalibrieren zu koennen.
Moderator Persönliche Seite #6537571
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Peter M schrieb:
> Kann jemand guenstigere aber brauchbare Alternativen empfehlen?

Naja, die verschiedenen AD83xx Logamps sind ganz gängig, aber die sind 
natürlich nicht wirklich extrem genau. Wenn du sie mit einem Generator 
(mit bekanntem Pegel) korrigierst (ist allerdings frequenzabhängig), 
kommst du so einigermaßen auf 1 dB Genauigkeit, solange du weit genug 
oberhalb der Rauschschwelle des jeweiligen Sensors bist. Außerdem haben 
die mehr oder weniger alle das Problem, dass sie oberhalb eines 
bestimmten Pegels (so um die 0 dBm herum) Käse messen, da dann mit 
steigendem Eingangspegel die Messung wieder absinkt. Du müsstest also 
mit deinem Koppler + Dämpfungsglied sicherstellen, dass dein 
größtmögliches Signal unterhalb dieses Punktes bleibt, dein kleinstes 
(sinnvolles) Signal jedoch trotzdem noch oberhalb des Sensor-Rauschens 
liegt.
Gast #6537625
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Jörg W. schrieb:
> Naja, die verschiedenen AD83xx Logamps sind ganz gängig, aber die sind
> natürlich nicht wirklich extrem genau.

Danke!

Hmm, ich suche eher was hobby-ist aber trotzdem komplett (nicht 
Selbstbau).

Ich sehe Mini-Circuit's gibt's etwas billiger:
https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=PWR-4GHS
oder RMS:
https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=PWR-6LRMS-RC

Ist aber trotzdem ne Stange.

Anfaengerfrage: Was ist der Unterschied zwischen CW (PWR-4GHS), RMS 
(PWR-6LRMS-RC) und "Peak & Avg."? Das sind doch Dioden mit Widerstand 
... sollte das denen nicht egal sein was die messen?
Komme ich mit dem PWR-4GHS aus, auch wenn der Eingang ein AM moduliertes 
Signal ist?
Moderator Persönliche Seite #6537752
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Peter M schrieb:

> Ich sehe Mini-Circuit's gibt's etwas billiger:
> https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=PWR-4GHS

-30 dBm als untere Schwelle ist natürlich nicht so toll. (OK, thermische 
Messköpfe sind auch nicht viel besser.)

> oder RMS:
> https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=PWR-6LRMS-RC

-45 dBm ist schon etwas besser.

> Ist aber trotzdem ne Stange.

Ja.

Alternativ: nach gebrauchten Messgeräten Ausschau halten, aber welche 
mit thermischen Messköpfen sind da auch nicht billig.

> Anfaengerfrage: Was ist der Unterschied zwischen CW (PWR-4GHS), RMS
> (PWR-6LRMS-RC) und "Peak & Avg."? Das sind doch Dioden mit Widerstand
> ... sollte das denen nicht egal sein was die messen?

Weiß nicht, was sie als RMS-Sensor haben. Ein thermischer Sensor misst 
RMS, also effektive Leistung, ein Diodensensor misst Peak (von dem aus 
man dann typischerweise die Leistung als Effektivwert ableitet).

Der Unterschied liegt halt in (amplituden-)modulierten Signalen.

> Komme ich mit dem PWR-4GHS aus, auch wenn der Eingang ein AM moduliertes
> Signal ist?

Je nachdem, was du damit messen willst. ;-) Wenn du tatsächlich 
effektive Leistung messen willst, eher nicht. Hängt natürlich von der 
Modulation ab, ggf. kann man ja auch einfach einen Korrekturfaktor 
ansetzen.

Es gab auch schon Selbstbau-Ideen für thermische Messköpfe hier, ist 
aber eben ein nicht ganz unbeträchtlicher Aufwand.
#6537995
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Jörg W. schrieb:
> Weiß nicht, was sie als RMS-Sensor haben. Ein thermischer Sensor misst
> RMS, also effektive Leistung, ein Diodensensor misst Peak (von dem aus
> man dann typischerweise die Leistung als Effektivwert ableitet).
>
> Der Unterschied liegt halt in (amplituden-)modulierten Signalen.

Wenn man die Diodensensoren mit einen Pegel von kleiner 20mV 
beaufschlagt, messen auch diese annähernd den Effektivwert, da die 
Diodenkennlinie sich hier im quadratischen Bereich befindet.

Die Alternative zwischen einen ADXXXX Sensor und einen thermischen 
Messkopf wäre entweder ( relativ preisgünstig ) ein URV3 oder URV4 mit 
einen Messkopf URV-Z2  von Rohde&Schwarz oder wenn es was mehr kosten 
darf ein URV5 welches Baugleich mit dem URY oder NRV ist mit dem 
Messkopf URV5-Z2 oder URY-Z2

Beides geht von 10KHz bis ca 2GHz recht verlässlich. Pegelbereich ca 
1mVeff bis 10Veff Die 2GHz könnten für den TO allerdings schon zu knapp 
sein.

Für den URV5 gibt es noch den Messkopf NRV-Z1 welches von 10MHz bis 
18GHz geht, aber schon relativ teuer ist. Pegelbereich von -70dbm bis 
+13dbm

Auf jeden Fall notwendig wäre ein Leistungsdämpfungsglied mit 40db 
Dämpfung um die Leistung auf 2,5mW zu teilen, welches auch der NRV-Z1 
verträgt.

Ralph Berres
(Firma: Hobbytheoretiker) #6538233
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Jörg W. schrieb:
> Es gab auch schon Selbstbau-Ideen für thermische Messköpfe hier, ist
> aber eben ein nicht ganz unbeträchtlicher Aufwand.

Die wollte ich auch gerade erwähnen. So groß ist aber der Aufwand nicht 
so weit ich mich an ein paar Schaltungen in den einschlägigen 
Bastlerzeitschriften erinnere. Paßte in kleine metallene 
T-Stück-Koaxial-Boxen.
#6538413
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Der Poster moechte einen SDR mit einem Verstaerker ausruesten und 
gleichzeitig mit derselben Antenne empfangen. Dabei soll der 25W 
Verstaerker nicht den Eingang zerschiessen - Ja ?

Bedeutet dann das matching muss nachgefahren werden. Und die anttenne 
muss breitbandig genug sein. Nehmen wir mal eine maximale 
Eingangleistung von 0.05mW, gleich -15dBm, der Verstaerker brint 25W, 
gleich 44dBm. Dann muss die Reflektion an der Antenne besser wie 59dB 
sein. Ja. Sportlich.

Man spart sich viel Aerger, wenn man den Verstaerker nicht zu heftig 
ueberdimensioniert. Kostet auch zuviel.

Falls der Empfang nicht gleichzeitig sein muss, kann man ja auch 
zwischen Rx und Tx umschalten. zB mit einem Relais.
#6538714
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Waermemessung geht bis irgendwo zwischen -30..-40dBm hinunter, und das 
Erstere ist ein mikroWatt. Da muss das resistive Element, welches 
natuerlich moeglichst genau 50 Ohm haben soll, sehr klein sein, sonst 
kann man keinen Temperaturunterschied mehr messen. Meist ist die obere 
Grenze bei vielleicht 100mW entsprechend 20dBm.

Wir messen damit Pulsverstaerker mit 100W peak Leistung, entsprechend 
50dBm. Bei einem Puls-Pausenverhaeltnis von 1:10000, entsprechend 40dB, 
kommen beim Thermosensor noch 10dBm an.
Gast #6539182
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Purzel H. schrieb:
> Der Poster moechte einen SDR mit einem Verstaerker ausruesten und
> gleichzeitig mit derselben Antenne empfangen. Dabei soll der 25W
> Verstaerker nicht den Eingang zerschiessen - Ja ?

Korrekt.

> Bedeutet dann das matching muss nachgefahren werden. Und die anttenne
> muss breitbandig genug sein. Nehmen wir mal eine maximale
> Eingangleistung von 0.05mW, gleich -15dBm, der Verstaerker brint 25W,
> gleich 44dBm. Dann muss die Reflektion an der Antenne besser wie 59dB
> sein. Ja. Sportlich.

Nichmal dann ist das Problem geloest.
Denn mit einem Zirkulator ist das TX-RX Leakage durch die 
Zirkulator-Isolation (idR 15dB max) begrenzt.

Verwende ich einen Coupler, bin ich trotzdem noch durch dessen 
Directivity begrenzt.

> Man spart sich viel Aerger, wenn man den Verstaerker nicht zu heftig
> ueberdimensioniert. Kostet auch zuviel.

Das ist eher das kleinere Problem. Der Verstaerker hat 44dB Gain, also 
mache ich den Ausgang des SDRs entsprechend klein.
Klar, ich muss genau aufpassen dass ich das Signal begrenze. Deswegen 
suche ich ja nach Powermeter um das gut ueberwachen zu koennen.

Den "ueberdimensioierten" Verstaeker hab ich gewahlt um ihn linear 
ansteuern zu koennen und keine Troubles mit Linearity bekomme. Die 
gewuensche Ausgangsleistung (~30dBm) waere auch mit nicht 
ueberdimensioniertem PA vorhanden.

> Falls der Empfang nicht gleichzeitig sein muss, kann man ja auch
> zwischen Rx und Tx umschalten. zB mit einem Relais.

Ja. Ich brauche aber leider full duplex.

Meine Idee waere:
1
PA --> Circulator --> 6dBi Antenna
2
           |
3
           |
4
           ||  Coupler, -30dB
5
           ||
6
           | `------/\/\/\----> SDR Input
7
           |         -10dB
8
           |
9
          ...

Mit Antennenmatching von Pout=32dBm, S11=-5dB und Isolatorloss von 1.3dB 
komme ich auf:

Das ganze natuerlich mit ~40dB Rauschfaktor.

Falls du eine bessere Idee hast (mit Limiter vielleicht?) lass mich 
wissen :)
#6540225
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Peter M schrieb:
> Das ganze natuerlich mit ~40dB Rauschfaktor.
>
> Falls du eine bessere Idee hast (mit Limiter vielleicht?) lass mich
> wissen :)

In welchem Frequenzbereich soll das ganze funktionieren? Falls es keine 
unglaublich breitbandige Anwendung ist, gibt es relativ günstige 
Richtkoppler mit Direktivität in der Grössenordnung von 30 dB (Beispiel: 
ZFDC-10-182+).
Ein solcher (richtig herum eingebaut), zusammen mit dem Zirkulator 
(falls schmalbandig ok ist) würde den Rauschfaktor zumindest deutlich 
unter 20dB drücken ohne dass Schäden am SDR input zu befürchten sind.

edit: Sorry, Denkfehler meinerseits...
Im Wesentlichen müsstest du die durch Reflexion zurückfliessende 
Leistung und die durch die durch die Antenne empfangene Leitung 
voneinander trennen... da wird in der Tat kein einfacher elektronischer 
Trick (ausser Dämpfen) helfen.
Gast #6542447
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Peter M schrieb:
> a) zu grosses Signal vom SDR in den PA den PA zerstoeren kann und b)
> Reflexionen den sensitiven SDR Eingang (-15dBm max) zerstoeren koennen.

Wenn ich Deine Sorgen um Deine Geräte hätte würde ich das erstmal näher 
ins Auge fassen anstatt ständig auf den Power-Level zu starren.
Beitrag #6542496 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6542582 wurde von einem Moderator gelöscht.
#6546703
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Ich habe das gute alte HP435 mit dem thermischen Sensor 8481A
https://www.keysight.com/de/pd-1000001932%3Aepsg%3Apro-pn-8481A/power-sensor?pm=PL&nid=-536902899.536882025&cc=DE&lc=ger
Der U8481 scheint ein USB-Modell zu sein, der an die alte Tradition dem 
Namen nach anknüpft.
Ja der geht bis etwa 1 Mikrowatt herunter, sagenhaft empfindlich für 
eine Temperaturmessung.

Es gibt dazu zwei Artikel im HP-Journal Sept. 1974 ab PDF-Seite 16:
https://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1974-09.pdf
"A Thin-Film/Semiconductor Thermocouple for Microwave Power 
Measurements"
#6546728
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Ich habe es damals einem OM abgekauft für 500 DM, wenn ich noch recht 
weiß, oder waren es schon Euro? Den 435 findet man öfters auf 
Flohmärkten, aber der 8481 dazu ist defekt.
Rosenkranz ist nicht gerade ein Billighändler, den könnte es im Web 
günstiger geben
https://www.rosenkranz-elektronik.com/de/messgeraete/?p=1&o=5&n=12&text=8481
da kostet ein 8481A 375€ netto

http://www.rainer-foertig.de/HF%20Voltmeter.htm
auch die 800€-Klasse, die 75 Ohm Version 8483 A kostet 249 incl.
#6546931
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Christoph db1uq K. schrieb:
> Ich habe es damals einem OM abgekauft für 500 DM, wenn ich noch
> recht
> weiß, oder waren es schon Euro? Den 435 findet man öfters auf
> Flohmärkten, aber der 8481 dazu ist defekt.
> Rosenkranz ist nicht gerade ein Billighändler, den könnte es im Web
> günstiger geben
> https://www.rosenkranz-elektronik.com/de/messgeraete/?p=1&o=5&n=12&text=8481
> da kostet ein 8481A 375€ netto
>
> http://www.rainer-foertig.de/HF%20Voltmeter.htm
> auch die 800€-Klasse, die 75 Ohm Version 8483 A kostet 249 incl.

Nun solche Händler sind aber um einiges teurer als der freie Markt.
Ein 437B samt 8481A und Kabel 11730A sollte man um 200-500 Euro 
bekommen, je nach Glück.

Ein 435B mit Analoganzeige kann man sich heutzutage sparen, aber wer es 
will:
https://www.ebay.de/itm/HP-435B-Power-Meter-With-8481A-Power-Sensor-Head-And-Power-Sensor-Head-Cable/203205146116?hash=item2f4ff87604:g:eOIAAOSwx8pfxs4V
Wurde um 205 Euro samt Sensor verkauft.

Da lohnt sich Selbstbau meiner Meinung nach nicht, an die Performance 
10Mhz-18Ghz kommt man sowieso nicht ran.

mfg

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