Bauanleitungen für HF-Wattmeter gibt es sehr viele. Bei diesen Bauanleitungen wird meist mit
Teilen gearbeitet, die nur bedingt UHF-tauglich sind, wie zum Beispiel Unmassen von
zusammengeschalteten ungewendelten Kohleschicht- oder Metallschichtwiderständen. Die meisten
Konstruktionen sind deshalb sehr in ihrem Frequenzbereich eingeschränkt. Da wir aber beim ATV
mit Frequenzen jenseits des "Bastelhorizonts" arbeiten wollen, ist guter Rat teuer (oder
kommerziell). Und nicht jeder hat das Geld dafür. Und geht es um ein bischen mehr Leistung,
dann ist es meist ganz Essig mit dem Selbstbau.
Methoden der HF-Leistungsmessung gibt es eine ganze Menge. Jede hat ihre Vor- und Nachteile. Hier
ein kurzer Überblick [1]:
- Eine der ersten Methoden zur HF-Leistungsmessung war die Messung mit einem Kalorimeter [3].
Hier wird mit der HF-Leistung fließendes Wasser mit einem Widerstandsdraht erwärmt und die
Temperaturdifferenz von zu- und abfließendem Wasser gemessen. Mit Hilfe der Formel
P = 4,18 x Q(t2 - t1)
kann man die zugeführte Leistung
berechnen. Hierbei sind Q = Wassermenge in g/s, 1cal/s = 4,18W, t1 =
Eintrittstemperatur und t2 = Austrittstemperatur. Wie man sich denken
kann, wurde diese Methode mangels anderer Möglichkeiten nur bei größeren Leistungen angewendet und
bei größten Leistungen (MW- und KW-Radiosender usw.) auch heute noch.
- Eine andere früher oft angewandte Methode ist die mittels zweier Glühlampen und mittig
dazwischen ein Stück Papier mit einem Fettfleck, ein sogenanntes Fettfleckphotometer.
Eine der Ghlühlampen wird mit der Hochfrequenz gespeist, die andere mit einem variablen
Gleichstrom. Im Gleichstromkreis werden Strom und Spannung gemessen. Verändert man Strom
und Spannung an der zweiten Glühlampe und beobachtet gleichzeitig den Fettfleck, so wird
dieser bei einer bestimmten Einstellung visuell verschwinden. Das ist die Stelle,
an der die Leistungen an beiden Glühlampen gleich ist. Aus Strom und Spannung im
Gleichstromkreis kann man leicht die Leistung errechnen, die der im HF-Kreis entspricht.
Das Verfahren ist heute eher experimenteller Natur, zeigt aber auf einfachste Weise die
Zusammenhänge (und läßt sich auch mit zwei Kerzen in variabler Entfernung nachvollziehen).
- Eine heute übliche Art, HF-Leistung zu messen, besteht in der Gleichrichtung und Messung
der an einem Lastwiderstand abfallenden Spannung (oder einem Teil davon). Der Lastwiderstand
kann aus einem rein ohmschen Widerstand bestehen oder aus einer reellen Last (Antenne). Im
zweiten Fall arbeitet man meist mit einem Richtkoppler oder einem Durchgangswattmeter.
Schließt man das Durchgangswattmeter mit einem rein ohmschen Last (einer sog. Dummy-Load)
ab, entspricht dies der Bauweise mit rein ohmscher Last. Später hierzu mehr.
- Statt die Spannung durch Gleichrichten zu messen, kann man auch die Erwärmung
eines Abschlußwiderstandes durch die HF-Leistung messen. Das nennt man Bolometer.
Die im Abschlußwiderstand erzeugte Wärme erwärmt ihrerseits einen temperaturabhängigen
Widerstand oder ein Thermoelement. Die Veränderung im Sekundärkreis wird ausgewertet
und so die im Primärkreis wirksame Leistung angezeigt. Dabei ist es egal, ob die
erwärmende Leistung niederfrequent (50Hz) oder hochfrequent ist. Darin liegt die
Kalibrierbarkeit mit Gleichspannung begründet. Praktisch alle kommerziellen Powermeter für
höchste Frequenzen (von 10-100 GHz) arbeiten mit dieser Methode.
Schaltungen für Bolometer gibt es zuhauf. Da sie ohne entsprechende vorgeschaltete
Dämpfungsglieder sowieso nicht für größere Leistungen brauchbar sind,
möchte ich hier nicht weiter auf sie eingehen. Hier soll es um die Messung der
HF-Spannung an einem Lastwiderstand gehen.
Leider sind kommerzielle Dummy-Loads für den Frequenzbereich jenseits des 70cm-Bandes selten
und teuer und die meisten für Amateurzwecke angebotenen Geräte halten nicht einmal in ihrem
angegebenen Frequenzbereich ihre technischen Daten ein. Im Selbstbau werden im Kurzwellenbereich
meist viele zusammengeschaltete ungewendelte Kohleschicht- oder Metallschichwiderstände
verwendet, die zusammen eine reellen Widerstand von 50Ohm darstellen. Die Streukapazitäten und
-Induktivitäten sind in diesem Bereich auch noch zu vertreten. Selbst wenn das Stehwellenverhältnis
bei 2,0 liegt, ist der Meßfehler noch unter 0,5dB. Kein Problem. Bei höheren Frequenzen liegt
die ganze Sache schon anders. Da ist bei einer solchen Konstruktion die Fehlanpassung nicht
mehr wegzureden. Ein bei diesen Frequenzen reeller Widerstand muß her.
Geeignete Teile sind im allgemeinen gar nicht so selten, aber auf dem deutschen Markt nur
schwer oder überhaupt nicht erhältlich. Wie in diesem Fall. Meister Zufall
machte mich in einer Anzeige einer einschlägigen Fachzeitschrift auf Widerstände der
Firma Dewitron aufmerksam. Diese werden in Deutschland von der Firma "Aktiv-Electronic" Berlin
(www.aktiv-electronic.de) in verschiedenen
Bauformen und amateurfreundlichen Preisen vertrieben. Was diese Widerstände von anderen
unterscheidet? Ihre Bauform ist an die sog. Stripline-Technik angepaßt. Auf dem Bild
sind die Bauformen mit einem und zwei Stripline-Anschlüssen zu erkennen. Die technischen
Daten des von mir gewählten Widerstandes kann man der Tabelle entnehmen.
 |
| Bestellbezeichnung: | QPL 150-2510 50R 5% |
| Widerstandswert: | 50Ohm |
| Nennverlustleistung: | 150W
bei Kühlkörpermontage |
| Wärmewiderstand: | 1,0K/W |
| Auslieferungstoleranz: | 5% |
| Frequenzbereich/ VSWR: |
<= 1,0GHz/ <= 1,2
<= 2,0GHz/ <= 1,35
<= 2,5GHz/ <= 1,5 |
| Widerstandsmaterial: | Dickschicht AlN |
| Anschlußmaterial: | CuBe, verzinnt |
Das gesamte Datenblatt kann man sich auf der oben angeführten URL downloaden und in Ruhe ansehen.
Nun muß man nicht im ganzen Gerät Stripline-Technik anwenden, um diesen Widerstand
einzusetzen. Es reicht völlig, die HF mit einem Koaxialkabel möglichst nahe an den
Anschluß des Widerstands heranzuführen.
...
| Bezeichnung | Typ | URmax [V] | trrmax [ns] |
Cdmax [pF]@1MHz | Gehäuse |
| BAT 83 | Schottky | 60 | 1 | 1.6 | DO 39 |
| BAT 41 | Schottky | 100 | - | 2 | DO 35 Glass |
| TMM BAT 41 | Schottky | 100 | - | 2 | Minimelf Glass |
AA 113/117/
118/119, GA 104 | Ge-Universal | 100 | - | 2 | DO 35 Glass |
| BAS 70-04 | Schottky | 70 | <100 ps | 2 | SOT 23 Plastic |
| BAS 70-05 | Schottky | 70 | <100 ps | 2 | SOT 23 Plastic |
| BAR 28 | Schottky | 70 | <100 ps | <2 | DO 35 Glass |
| HP 5082-2800 | Schottky | 70 | - | 2 | - |
| HP 5082-2810 | Schottky | 20 | - | 1.2 | - |
...in Arbeit...
Quellen:
- UHF/SHF-Leistungsmesser zum Selberbauen, O.Frosinn DF7QF, UKW-Berichte 2/81, S.66ff
- 5/50W-Leistungsmesser mit Abschlußwiderstand bis 1,3GHz, K.Brenndörfer DF8CA, UKW-Berichte 4/83, S.212ff
- Amateurhandbuch für Nachrichtentechnik und Elektronik, Autorenkollektiv, DMV, S.669
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