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Messungen für Funkamateure

• Wichtige Messungen: Ausgangsleistung und HF-Spannungen
• Messung der Senderausgangsleistung erfordert definierten Abschluss
• Übliche Impedanz im Amateurfunk: \qty{50}{\ohm}
• Direktes Messen in der Schaltung nur bei kleinen Leistungen sinnvoll

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HF-Spannungsmessung

• HF-Spannung wird mit einem HF-Tastkopf gemessen
• Diodengleichrichtung und Glättung mit nachgeschaltetem Kondensator

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HF-Tastkopf mit einfacher Gleichrichtung

[picture:576:a_messung_hf_tastkopf_leistungsmessung:Messkopf zur HF-Leistungsmessung über einen Spannungsteiler] * Eine Diode am Ausgang liefert die Spitzenspannung der HF-Spannung * Abzüglich Forward-Spannung der Diode und evtl. Spannungsteiler

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[question:AI608]

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HF-Tastkopf mit doppelter Gleichrichtung

[picture:770:a_messung_hf_tastkopf_doppeldiode:HF-Tastkopf mit zwei Dioden für beide Halbwellen] * Zwei Dioden zur Erhöhung der Messgenauigkeit, insbesondere bei kleinen Leistungen * Beide Halbwellen werden gleichgerichtet * Ergebnis: Doppelte Spitzenspannung abzüglich zweimal der Forward-Spannung der Dioden

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[question:AI605]

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[question:AI604]

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Messen hoher HF-Leistungen

• Erfordert belastbares Dämpfungsglied
• Nimmt einen Großteil der Leistung auf
• Dämpfungsglied muss in die Berechnung einbezogen werden

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[question:AI609]

Keine Berechnung notwendig, da es nur eine Antwort mit Dämpfungsglied gibt

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Kalibrierung von Messschaltungen

• Notwendig für exakte Leistungsmessungen
• Korrekturwerte müssen erstellt werden

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[question:AI612]

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Berechnung eines HF-Tastkopfes

[picture:576:a_messung_messschaltung_beispiel_1:Beispiel einer HF-Messschaltung] * Eingangssignal wird impedanzrichtig abgeschlossen * Spannung wird durch Spannungsteiler halbiert * Nach Gleichrichtung durch Diode verbleibt die Spitzenspannung abzüglich Forward-Spannung

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[question:AI610]

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Lösungsweg

• gegeben: P_E = \qty{1}{\watt}
• gegeben: U_F = \qty{0,23}{\volt}
• gegeben: R_V = \qty{110}{\ohm}, R_T = \qty{330}{\ohm}
• gesucht: U_A

$\begin{split}R &= \left(\frac{1}{R_T + R_T} + \frac{1}{R_V} + \frac{1}{R_V}\right)^{-1}\\ &= \left(\frac{1}{\qty{330}{\ohm} + \qty{330}{\ohm}} + \frac{1}{\qty{110}{\ohm}} + \frac{1}{\qty{110}{\ohm}}\right)^{-1}\\ &= \qty{50,77}{\ohm}\end{split}$

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• gegeben: P_E = \qty{1}{\watt}
• gegeben: U_F = \qty{0,23}{\volt}
• berechnet: R = \qty{50,77}{\ohm}
• gesucht: U_A

$\begin{split}P_E &= \frac{U_{E,eff}^2}{R}\\ \Rightarrow U_{E,eff} &= \sqrt{P_E \cdot R}\\ &= \sqrt{\qty{1}{\watt} \cdot \qty{50,77}{\ohm}}\\ &= \qty{7,125}{\volt}\end{split}$

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• gegeben: U_F = \qty{0,23}{\volt}
• berechnet: U_{E,eff} = \qty{7,125}{\volt}
• gesucht: U_A

$\begin{split}U_S &= U_{E,eff} \cdot \sqrt{2}\\ &= \qty{7,071}{\volt} \cdot 1,414\\ &= \qty{10,07}{\volt}\end{split}$ $\begin{split}U_A &= \frac{U_S}{2}\,-\,U_F\\ &= \frac{\qty{10,07}{\volt}}{2}\,-\,\qty{0,23}{\volt}\\ &= \qty{5,035}{\volt}\,-\,\qty{0,23}{\volt}\\ &= \qty{4,805}{\volt} \approx \qty{4,8}{\volt}\end{split}$

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Berechnung der Eingangsleistung aus gemessener Gleichspannung

[picture:577:a_messung_messschaltung_beispiel_2:Beispiel einer HF-Messschaltung] * Spannung am Spannungsteiler entspricht der Ausgangsspannung zzgl. der Diodenspannung * Effektivwerte berechnen * Ermittlung der Eingangsleistung über den Schaltungswiderstand

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[question:AI611]

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Lösungsweg

• gegeben: U_A = \qty{14,9}{\volt}\text{ DC}
• gegeben: U_F = \qty{0,7}{\volt}
• gegeben: R_1 = \qty{54,1}{\ohm}, R_T = \qty{330}{\ohm}
• gesucht: P_E

$\begin{split}R &= \left(\frac{1}{R_T + R_T} + \frac{1}{R_1}\right)^{-1}\\ &= \left(\frac{1}{\qty{330}{\ohm} + \qty{330}{\ohm}} + \frac{1}{\qty{54,1}{\ohm}}\right)^{-1}\\ &= \qty{50}{\ohm}\end{split}$ $\begin{split}U_S &= \left(U_A + U_F\right) \cdot 2\\ &= \left(\qty{14,9}{\volt} + \qty{0,7}{\volt}\right) \cdot 2\\ &= \qty{31,2}{\volt}\end{split}$

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• berechnet: R = \qty{50}{\ohm}
• berechnet: U_S = \qty{31,2}{\volt}
• gesucht: P_E

$\begin{split}U_{E,eff}\\ &= \frac{U_S}{\sqrt{2}}\\ &= \frac{\qty{31,2}{\volt}}{1,414}\\ &= \qty{22,06}{\volt}\end{split}$ $\begin{split}P_E &= \frac{U_{E,eff}^2}{R}\\ &= \frac{(\qty{22,06}{\volt})^2}{\qty{50}{\ohm}}\\ &\approx \qty{9,7}{\watt}\end{split}$

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HF-Tastkopf mit doppelter Spitzenwertgleichrichtung

[picture:771:a_messung_hf_tastkopf_doppeldiode_2:HF-Tastkopf mit doppelter Spitzenwertgleichrichtung] * Berechnung wie bei einfacher Gleichrichtung * Zusätzliche Berücksichtigung der doppelten Spitzenspannung * Doppelte Forward-Spannung der Dioden beachten

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[question:AI607]

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Lösungsweg

• gegeben: U_A = \qty{15,3}{\volt}\text{ DC}
• gegeben: U_F = \qty{0,23}{\volt}
• gegeben: R_{V1} = \qty{56}{\ohm}, R_{V2} = \qty{470}{\ohm}
• gesucht: P_E

$\begin{split}R &= \left(\frac{1}{R_{V1}} + \frac{1}{R_{V2}}\right)^{-1}\\ &= \left(\frac{1}{\qty{56}{\ohm}} + \frac{1}{\qty{470}{\ohm}}\right)^{-1}\\ &= \qty{50,04}{\ohm}\end{split}$ $\begin{split}U_S &= \frac{U_A}{2} + U_F\\ &= \frac{\qty{15,3}{\volt}}{2} + \qty{0,23}{\volt}\\ &= \qty{7,88}{\volt}\end{split}$

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• berechnet: R = \qty{50,04}{\ohm}
• berechnet: U_S = \qty{7,88}{\volt}
• gesucht: P_E

$\begin{split}U_{E,eff} &= \frac{U_S}{\sqrt{2}}\\ &= \frac{\qty{7,88}{\volt}}{1,414}\\ &= \qty{5,57}{\volt}\end{split}$ $\begin{split}P_E &= \frac{U_{E,eff}^2}{R}\\ &= \frac{{\qty{5,57}{\volt}}^2}{\qty{50,04}{\ohm}}\\ &\approx \qty{600}{\milli\watt}\end{split}$

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[question:AI606]

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Lösungsweg

• gegeben: U_A = \qty{15,3}{\volt}\text{ DC}
• gegeben: U_F = \qty{0,23}{\volt}
• gegeben: R = \qty{50}{\ohm} aus dem Messsystem
• gesucht: P_E

$\begin{split}U_S &= \frac{U_A}{2} + U_F\\ &= \frac{\qty{15,3}{\volt}}{2} + \qty{0,23}{\volt}\\ &= \qty{7,88}{\volt}\end{split}$ $\begin{split}U_{E,eff} &= \frac{U_S}{\sqrt{2}}\\ &= \frac{\qty{7,88}{\volt}}{1,414}\\ &= \qty{5,57}{\volt}\end{split}$

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• berechnet: U_{E,eff} = \qty{5,57}{\volt}
• gegeben: R = \qty{50}{\ohm} aus dem Messsystem
• gesucht: P_E

$\begin{split}P_E &= \frac{(U_{E,eff} \cdot 10)^2}{R}\\ &= \frac{(\qty{5,57}{\volt} \cdot 10)^2}{\qty{50}{\ohm}}\\ &\approx \qty{60}{\watt}\end{split}$

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Feldstärkeanzeiger zur Leistungsmessung

[picture:496:a_messung_feldstaerkeanzeiger:Feldstärkeanzeiger] * Messung der HF-Leistung über eine Antenne * Empfangene HF wird gleichgerichtet und gepuffert * Anzeige über empfindliches Strommessgerät * Je höher der Zeigerausschlag, desto höher die HF-Feldstärke * Exakte Messungen erfordern Kalibrierung

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[question:AI613]