Jednotka Měření výkonů
Tato jednotka má za úkol změřit 3 výkony.
- měření vstupního výkonu
- měření výstupního výkonu
- měření odraženého výkonu
Rozhodl jsem se pro měření použít obvody AD8317. Tyto obvody jsou u oficiálních prodejců docela drahé. Proto jsem se s určitými obavami obrátil na Aliexpres kde jsem nalezl hotové měřící moduly za zlomek ceny kterou u nás stojí samotný obvod AD8317. V minulosti jsem si naběhl s koupí levných obvodů AD8307 z Aliexpresu které byly silně nelineární. Proto jsem s napětím čekal na objednané moduly a když přišly hned jsem jejich charakteristiku změřil. A byl jsem mile překvapen, moduly jsou velmi dobře použitelné. Dva kusy byly naprosto stejné, třetí má chrakteristiku lehce posunutou, ale to nám nijak nevadí. Dva stejné moduly jsem použil pro měření Výstupního a odraženého výkonu, třetím měřím vstupní výkon.
Měření bylo prováděno na kmitočtu 144MHz signálním generátorem HP8647A a voltmetrem ET3240. Z obrázku je vidět velmi dobrou linearitu mezi -10 až -50dBm. Proto budeme jednotce přivádět měřený výkon redukovaný do tohoto rozsahu. Výstupní a odražený výkon musíme zredukovat tak, aby 2700W bylo utlumeno na -10dBm a vstupní výkon je utlumen z 15W na -10dB. Původně jsem měl v úmyslu sundat obvody AD8317 z modulů a použít je na vlastní desce. Obvod je ale velmi malý. S jeho připájením bych si poradil, ale nakonec jsem usoudil že mi to nestojí za tu piplačku a použil jsem celé moduly tak jak byly. Problém tohoto řešení je v tom, že se mi potřebný attenuátor nevejde k vstupnímu konektoru a budu nucen použít attenuátory vně měřící jednotky. Lze použít SMA profesionální attenuátory s potřebným útlumem nebo můžeme do přívodního koaxiálního vložit attenuátor složený z SMD odporů. Na kmitočtu 144MHz to není žádný problém. Na modulech s AD8317 je potřeba udělat jednu úpravu. Na vstupu je odpor 75Ω. Ten je vhodný pro vyšší kmitočty, ale pro 144MHz je potřeba vyměnit ho za odpor 51Ω
Vstupní výkon je přiveden přes potřebné útlumové články do zmiňovaných modulů s obvodem AD8317. Na jejich výstupu je podle přivedeného výkonu mezi cca 1,7 až 0,3V. Toto napětí je dále zesíleno Operačním zesilovačem MCP6001. Jde o levný operační zesilovač se vstupem i výstupem RtoR. Pro nače účely je zcela vyhovující. Protože A/D převodníky v procesoru ATMEGA328 jsou jen desetibitové bylo potřeba redukovat měřený dynamický rozsah aby měření poskytovalo rozumné rozlišení. Proto jsem nastavil zisk operačních zesilovačů tak aby byl dynamický rozsah měření výstupního a vstupního výkonu 20dB. U odraženého výkonu potřebujeme co největší dynamický rozsah abychom mohli indikovat i malé hodnoty PSV. Proto jsem u tohoto kanálu nastavil dynamický rozsah 40dB. Trimry R7 až R9 slouží k nastavení Offsetu. Lze jimi stejnosměrně posouvat převodní charakteristiku napěťově nahoru či dolů. Tím lze v malých mezích (cca +-3dB) nastavit měřící kanál tak aby zobrazoval správně měřený výkon. Tím odpadá nutnost velmi přesného nastavení vstupních attenuátorů. Stačí je nastavit tak aby vstupní měřené maximální výkony odpovídaly přibližně -10dBm na vstupu modulů. Přesné nastavení pak provedeme těmito trimry.
Aby bylo měření dlouhodobě stabilní použil jsem jako referenční napětí pro řízení offsetu napěťovou referenci REF02 s výstupním napětím 5V. Napájecí napětí 5V pro operační zesilovače zajišťuje stabilizátor 78L05.
Mechanické provedení
Modul měření výkonů je postaven na oboustranné DPS. Jednu stranu tvoří motiv spojů, druhá je celistvá a sloučí jako stínění. Celá deska je zapájena do krabičky z pocínovaného plechu a uzavřena víčkem. Přívody jsou provedeny pomocí průchodkových kondenzátorů a na propojovací vodiče mezi průchodkové kondenzátory a desku jsou navlečeny feritové korálky. Musíme co nejvíce potlačit možné pronikání VF do této jednotky aby nám neovlivňovalo měření. Měřící moduky jsou s DPS spojeny sešroubováním přes distanční sloupky. Na DPS je naznačeno napájení modulů z 5V, ale nakonec jsem se rozhodl ponechat původní stabilizátory na modulech a přivést k nim vzduchem drátovými propojkami napětí 12V.
Fotografie hotového modulu:
Oživení modulu měření výkonu
Oživení je velmi jednoduché. Nejprve osadíme stabilizátor a napěťovou referenci. Ověříme zda je jejich výstupní napětí 5V. Pokud je vše v pořádku osadíme zbytek desky. Do vstupních SMA konektorů postupně přivedeme vstupní signál 144MHz o výkonu -10dBm z generátoru a příslušným trimrem nastavíme výstupní napětí na 2,5V. Tím je přeběžné nastavení hotové. Můžeme zkusit snižovat útoveň z generátoru a ověřit linearitu převodu. Konečné nastavení jednotlivých měřících kanálů provedeme až při měření na hotovém PA při plném výkonu v součinnosti s procesorovou jednotkou.