HF sonda

Obsah článků

Jednoduchá HF sonda

Všeobecně

Jednoduchá HF sonda je nezbytnou pomůckou při oživování čehokoliv. Používám jich více. A mám dva nebo tři důvody, proč o tom tady píšu.
   1. Prvním důvodem je nezbytnost takového udělátka, pokud nemáme k měření cokoliv jiného.
   2. Druhým důvodem je potřeba trénovat zručnost. Sonda je jednoduché udělátko. Když se nepovede, snadno ji zahodíme. Určitě si při jejím zhotovení natrénujeme několik dovedností: výrobu destičky plošného spoje i pájení drobných SMD součástí. Pokud takovou činnost děláme jen občas, tréning vřele doporučuji. Je lepší zahodit sondu, než např. LNA, který se nám nelíbí kvůli jakosti pájených spojů.
   3. Přestože mám tovární HF milivoltmetr, nezapomněl jsem na jednoduchou sondičku k ručkovému ohmmetru, kterou jsem kdysi měl zapouzdřenou do pouzdra z plastové injekční stříkačky. Sonda neměla vyvedené žádné uzemnění a hrot oddělený pouze maličkou kapacitou. Tuto sondu jsem zahodil při stěhování, ale neuplynulo několik týdnů a vyráběl jsem si ji znovu. Byla šikovná a byla stále při ruce. Jak v terénu, tak na stole.

Schéma

Na horním schématu je sonda k analogovému ohmmetru. Ten můj má uvnitř baterii o napětí 3V (dva články). Toto napětí je na svorkách přístroje. HF napětí z hrotu je usměrněno pomocí dvou Schottkyho diod a otevírá NPN tranzistor. Otevření tranzistoru je indikováno ohmmetrem. U sondy nemám vyvedenu žádnou zem. Hrot je oddělen jen maličkou kapacitou (já tam mám 1.5 pF). Sonda spolehlivě indikuje výkony řádu desítek mW na anténních konektorech, HF napětí na rezonátorech oscilátorů, VCO, násobičů, apod. Nejde tedy o měřidlo, ale o jednoduchý indikátor.

Na spodním schématu je sonda k analogovému voltmetru (nebo mikroampérmetru). Pokud takovou sondu zaděláme do HF konektoru, lze ji ocejchovat a měřit napětí. Pokud zem (GND) nevyvedeme, funguje jako indikátor HF napětí, podobně, jako sonda předchozí. Pokud sondu zaděláme jako snímač HF napětí k umělé zátěži, lze ji nacejchovat jako Wattmetr.

Poznámky

1. Popisovaná sonda využívá nejjednoduššího možného zapojení. Pokud potřebujeme např. přesně měřit výkony od 1 mikroW do 1 kW, zvolte jiné obvodové řešení. Takový rozsah umožňují přesné HF usměrňovače s mnohostupňovým logaritmickým zesilovačem. Např. AD8307, viz schéma vpravo.

2. Popsané sondy s diodovým usměrňovačem používají maličkou vazební kapacitu (1 až 1.5 pF). Pokud budete sondy kalibrovat napětím nízkého kmitočtu, připojte při kalibraci paralelně k C1 kapacitu řádu nF až mikroF.

Provedení

Moje sonda byla vyrobena na jednoduchém jednostranném plošném spoji. Motiv a rozložení součástek je na obrázku vpravo.

Na obrázku vpravo je fotografie osazené desky. Některé součástky nejsou v provedení SMD, ale jsou z šuplíkových zásob. Např. vazební kondenzátor C1 je s drátěnými vývody, ale pájený poblíž plošek pro SMD. T1 je běžný tranzistor v pouzdře TO92, které je velké. Tranzistor přesahuje až přes blokovací kondenzátor C2 (10nF).

1.3.2017 - Dodatek k tématu:

Malá HF/VHF/UHF sonda

Na přání několika čtenářů, kteří teprve začínají s bastlením, doplnil jsem ještě jednu sondu, která umožňuje indikovat výkony od HF pásem až po UHF v širokém rozsahu, od zlomků mW až po Watty v mém případě.

Sonda původně vznikla jako kontrolní měřáček, který tahám na portable. Sonda využívá logaritmického zesilovače s detektorem, který je integrován v oblíbeném AD8307. Na výstupu je použit mikroampérmetr. Kalibrování jsem provedl tak, že pro výkon 5W mikroampérmetr ukazuje plnou výchylku.
	Schéma sondy je jednoduché, vychází z doporučení v datasheetu AD8307. Původně jsem uvažoval se 2 vstupními konektory - viz schéma. Na první konektor (zleva) je připojena umělá zátěž. Protože jsem doma nic jiného neměl, udělal jsem ji z 20 paralelně zapojených rezistorů 1000 Ohmů SMD ve velikosti 1206. Mikroampérmetr je připojen na výstup 8307 (pin 4) přes emitorový sledovač. Maximální výchylku sondy jsem kalibroval při výkonu 5 Wattů odporem v sérii s mikroampérmetrem. V mém případě byla hodnota paralelní kombinace dvou odporů asi 11 kOhmů.
Na obrázku vpravo jsou všechny přístroje před měřením výkonu radiostaničky. Sonda je napájena, jako většina udělátek, která vozím na portable výlety, z napětí 5 V, tedy z tzv. Power banky (ošklivý název, který určitě vymysleli nějací kindráci). Sonda je připojena k TRXu propojovacím tenkým kablíkem SMA-SMA. Bez přivedeného výkonu sonda neukazuje opravdu žádný vf výkon, rafika je skutečně na nule. Po stisknutí tlačítka PTT je v mém případě na výkonu, který odpovídá asi 5 Wattům. Díky použití logaritmického zesilovače je úroveň převáděna s konstantní hodnotou v dB/mV. To má obrovskou výhodu v tom, že nemusíme přepínat rozsahy a např. u kapesní staničky ověříme, že vysílá od mW výkonů v režimech SLO, přes vyšší výkony LO, MID, až po plný výkon.
	Na obrázku vlevo jsou vidět součástky SMD na desce PCB. Vlevo je 20 paralelně zapojených rezistorů, nahoře uprostřed je AD8307 v pouzdře SOIC, vpravo je napájecí konektor Canon DB9.
Použití Uvedené udělátko jsem nevestavěl ani do žádné krabičky. Cílem vzorku bylo hlavně vyzkoušet vlastnosti logaritmického zesilovače s detektorem. To lze stihnout za jeden večer, pokud si mechanickou konstrukcí nekomplikujete život, stihnete vyrobit a osadit desku a udělat základní měření. Vlastnosti jsou však překvapující - výborné a tak měřáček skončil v kufříku s portable nářadím. Použil jsem ho na: 1. Kontrolu přenosných a mobilních stanic, a to i na nejnižších kmitočtech. 2. Orientační kontrolu koaxiálních kabelů a útlumových článků. Např. na konci článku (zde) je popsán atenuátor. I když do takového atenuátoru vysíláte nejnižším výkonem z přenosné stanice, na stupnici mikroampérmetru vidíte zřetelně poklesy o 10 až 20 dB (podle velikosti útlumu), aniž by došlo k jakýmkoliv pochybám. 3. Zkoušel jsem s touto pomůckou nastavit také výstupní obvod výkonového zesilovače podle článku zde. Není nic jednoduššího. Po nastavení vstupního vedení, kdy je zesilovač spolehlivě buzen maličkými výkony, jsem na jeho výstupní konektor připojil zde popsané udělátko. Místo kapacit ATM jsem měl v PA napájené malé a levné keramické trimry Murata (jsou na 100 V). Nejprve jsem laděním trimrů a jejich polohou ověřil, že výstupní vedení ladí. Díky logaritmickému zesilovači je ladění příjemné a zjevné. Po nalezení hodnoty kapacit a jejich polohy jsem trimry nahradil ATC čipy a polohou jednoho čipu s malou kapacitou, jsem nastavil stejné maximální výchylky, jaké byly s trimry. Další možnosti 1. Obvod AD8307 by bylo možné doplnit mikropočítačem s AD převodníkem a LCD displejem. Získali bychom přesný Wattmetr pro široký rozsah měřených výkon. Konstrukce najdete na Internetu. 2. K obvodu lze zkonstruovat průchozí sondu pro měření vysokých výkonů. Pro tento účel jsem na desce počítal s druhým konektorem SMA, který je oddělen od vstupu na pinu 8 jen kapacitou. Protože jsem to nakonec nepotřeboval (a vyrobil jsem se stejným obvodem průchozí Wattmetr), desku jsem tímto konektorem nikdy neosadil, ale díry a místo tam je.