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Messungen für Funkamateure

• Wichtige Messungen: Ausgangsleistung und HF-Spannungen
• Messung der Senderausgangsleistung erfordert definierten Abschluss
• Übliche Impedanz im Amateurfunk: 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 = 1W
• gegeben: U_F = 0,23V
• gegeben: R_V = 110Ω, R_T = 330Ω
• gesucht: U_A

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

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• gegeben: P_E = 1W
• gegeben: U_F = 0,23V
• berechnet: R = 50,77Ω
• gesucht: U_A

$\begin{split}P_E &= \frac{U_{E,eff}^2}{R}\\ \Rightarrow U_{E,eff} &= \sqrt{P_E \cdot R}\\ &= \sqrt{1W \cdot 50,77Ω}\\ &= 7,125V\end{split}$

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

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

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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 = 14,9V DC
• gegeben: U_F = 0,7V
• gegeben: R_1 = 54,1Ω, R_T = 330Ω
• gesucht: P_E

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

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• berechnet: R = 50Ω
• berechnet: U_S = 31,2V
• gesucht: P_E

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

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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 = 15,3V DC
• gegeben: U_F = 0,23V
• gegeben: R_{V1} = 56Ω, R_{V2} = 470Ω
• gesucht: P_E

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

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• berechnet: R = 50,04Ω
• berechnet: U_S = 7,88V
• gesucht: P_E

$\begin{split}U_{E,eff} &= \frac{U_S}{\sqrt{2}}\\ &= \frac{7,88V}{1,414}\\ &= 5,57V\end{split}$ $\begin{split}P_E &= \frac{U_{E,eff}^2}{R}\\ &= \frac{{5,57V}^2}{50,04Ω}\\ &\approx 600mW\end{split}$

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[question:AI606]

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Lösungsweg

• gegeben: U_A = 15,3V DC
• gegeben: U_F = 0,23V
• gegeben: R = 50Ω aus dem Messsystem
• gesucht: P_E

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

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• berechnet: U_{E,eff} = 5,57V
• gegeben: R = 50Ω aus dem Messsystem
• gesucht: P_E

$\begin{split}P_E &= \frac{(U_{E,eff} \cdot 10)^2}{R}\\ &= \frac{(5,57V \cdot 10)^2}{50Ω}\\ &\approx 60W\end{split}$

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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]