Lernplattform für Amateurfunk

Messungen am Sender

Wichtige Messungen für den Funkamateur an Sendern sind Messungen von Ausgangsleistungen an Sendern oder die Messung von HF-Spannungen in HF-Schaltungsteilen.

Bei Messung von Senderausgangsleistungen muss der Sender mit einer definierten Impedanz, die zur Ausgangsimpedanz des Senders passt, abgeschlossen werden. Im Amateurfunk beträgt die übliche Impedanz (Senderabschluss) 50 Ω. Der Abschluss kann auch direkt in der Messschaltung erfolgen, was jedoch nur bei kleine Leistungen sinnvoll ist.

Die Messung von HF-Spannungen erfolgt mittels eines HF-Tastkopfes über Diodengleichrichtung und anschließende Glättung der entstehenden Gleichspannung mit einem nachgeschalteten Kondensator.

Bei HF-Tastköpfen mit nur einer Diode ist am Messausgang die Spitzenspannung der zugeführten HF-Spannung abzüglich der Forward-Spannung der verwendeten Diode und eines ggf. vorhandenen vorgeschalteten Spannungsteilers messbar.

AI608: Was stellt die folgende Schaltung dar?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern mit Anschlusspunkt „E“, verbunden über zwei parallel geschalteten 110-Ω-Widerständen, einem Spannungsteiler aus zwei 330-Ω-Widerständen, einer Diode und einem 4,7-nF-Kondensator zum Ausgang A. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält zwei horizontale Leiter und einen Anschlusspunkt „E“ links. Der obere Leiter ist mit dem Innenleiter des Anschlusspunktes verbunden, der untere mit dem Außenleiter. Beide horizontalen Leiter sind über zwei parallel geschaltete 110-Ω-Widerstände (Beschriftung „2× 110 Ω 0,6 W“) miteinander verbunden. Parallel zu den Widerständen liegt ein Spannungsteiler aus zwei 330-Ω-Widerständen. Der vertikale Leiter zwischen den Widerständen führt nach rechts zu einer Diode (nach rechts zeigendes Dreieck mit vertikalem Strich an der Spitze). Hinter der Diode folgt eine Abzweigung zum unteren horizontalen Leiter. In dieser Abzweigung liegt ein Kondensator, beschriftet mit „4,7 nF“. Der rechte Anschlusspunkt des oberen horizontalen Leiters ist mit „A“ beschriftet, der Anschlusspunkt des unteren horizontalen Leiters hat keine Beschriftung.

Zur Erhöhung der Messgenauigkeit, insbesondere bei kleinen Leistungen im VHF/UHF-Bereich, verwendet man oft eine doppelte Gleichrichtung über 2 Dioden, so dass beide Halbwellen der HF gleichgerichtet werden (Doppelte Spitzenspannung) und, abzüglich 2 mal der Forward-Spannung der verwendeten Dioden, als addierte Messspannung am Messausgang zur Verfügung stehen.

AI605: Was stellt die folgende Schaltung dar?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Der Schaltplan zeigt eine Reihe von Komponenten, darunter Kondensatoren, Dioden und Widerstände. Von links nach rechts ist ein 4,7 nF Kondensator mit der Marke
AI604: Wozu dient diese Schaltung? Sie dient ...
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Der Schaltplan zeigt eine Reihe von Komponenten, darunter Kondensatoren, Dioden und Widerstände. Von links nach rechts ist ein 4,7 nF Kondensator mit der Marke

Bei höheren HF-Leistungen muss ein entsprechend belastbares Dämpfungsglied vorgeschaltet werden, das einen Großteil der Senderausgangsleistung, die gemessen werden soll, aufnimmt. Das Dämpfungsglied ist bei der Berechnung der Leistung zu berücksichtigen.

AI609: Sie wollen mit der folgenden Messschaltung die Ausgangsleistung eines 2 m-Senders überprüfen, der voraussichtlich ca. 15 W HF-Leistung liefert. Was sollte für die Messung vor die dargestellte Messschaltung geschaltet werden?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern mit Anschlusspunkt „E“, verbunden über zwei parallel geschalteten 110-Ω-Widerständen, einem Spannungsteiler aus zwei 330-Ω-Widerständen, einer Diode und einem 4,7-nF-Kondensator zum Ausgang A. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält zwei horizontale Leiter und einen Anschlusspunkt „E“ links. Der obere Leiter ist mit dem Innenleiter des Anschlusspunktes verbunden, der untere mit dem Außenleiter. Beide horizontalen Leiter sind über zwei parallel geschaltete 110-Ω-Widerstände (Beschriftung „2× 110 Ω 0,6 W“) miteinander verbunden. Parallel zu den Widerständen liegt ein Spannungsteiler aus zwei 330-Ω-Widerständen. Der vertikale Leiter zwischen den Widerständen führt nach rechts zu einer Diode (nach rechts zeigendes Dreieck mit vertikalem Strich an der Spitze). Hinter der Diode folgt eine Abzweigung zum unteren horizontalen Leiter. In dieser Abzweigung liegt ein Kondensator, beschriftet mit „4,7 nF“. Der rechte Anschlusspunkt des oberen horizontalen Leiters ist mit „A“ beschriftet, der Anschlusspunkt des unteren horizontalen Leiters hat keine Beschriftung.

Um Leistungen und HF-Spannungen mit den vorgenannten Schaltungen exakt messen zu können, müssen diese kalibriert werden um entsprechende Korrekturwerte für die Messungen zu erstellen.

AI612: Was muss für die genaue Messung der HF-Ausgangsleistung eines Senders mit einer solchen Schaltung berücksichtigt werden?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Schaltplan mit einem Eingang links und einem Ausgang rechts. Links ist ein Widerstand mit der Bezeichnung R1 und darüber ein weiterer Pfad mit einem 330 Ohm Widerstand parallel geschaltet. In Serie folgen ein zweiter 330 Ohm Widerstand, eine Diode, und rechts davon parallel geschaltet ein Kondensator mit der Aufschrift „4,7 nF“ sowie ein 10 kOhm Widerstand.

Betrachten wir nun die Berechnung der Schaltungen im Detail. Ein HF-Tastkopf mit einfacher Gleichrichtung und anschließender Glättung wird wie folgt berechnet:

Das HF-Eingangssignal wird durch den vorhandenen Widerstand (oder Kombination aus Einzelwiderständen) am Eingang impedanzrichtig abgeschlossen. In der dargestellten Schaltung wird die HF-Spannung durch den nachfolgenden Spannungsteiler halbiert (wobei dieser ebenfalls bzgl. der Impedanz wirksam ist). Anschließend erfolgt die Spitzenwert-Gleichrichtung mittels Diode, deren Ausgansspannung sich als Spitzenwert abzüglich der Forward-Spannung der Diode berechnet und im nachgeschalteten Kondensator gepuffert wird.

Bei 1 Watt Eingangsleistung in einem 50 Ω System ergibt sich eine Eingangsspannung von 7,07 V Effektiv-Spannung und 10 V Spitzenspannung. Der nachgeschaltete Spannungsteiler halbiert diese Spannung auf 5 V Spitzenspannung, die nach Gleichrichtung durch die Diode abzüglich deren Forward-Spannung von 0,23 V noch 4,77 Volt beträgt. Gemessen werden dann gerundet ca. 4,8 Volt am Ausgang der Schaltung.

AI610: Dem Eingang der folgenden Messschaltung wird eine HF-Leistung von 1 W zugeführt. D ist eine Schottkydiode mit $U_F$ = 0,23 V. Welche Spannung $U_A$ ist am Ausgang A zu erwarten, wenn die Messung mit einem hochohmigen Spannungsmessgerät erfolgt?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern mit Anschlusspunkt „E“, verbunden über zwei parallel geschalteten 110-Ω-Widerständen, einem Spannungsteiler aus zwei 330-Ω-Widerständen, einer Diode und einem 4,7-nF-Kondensator zum Ausgang A. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält zwei horizontale Leiter und einen Anschlusspunkt „E“ links. Der obere Leiter ist mit dem Innenleiter des Anschlusspunktes verbunden, der untere mit dem Außenleiter. Beide horizontalen Leiter sind über zwei parallel geschaltete 110-Ω-Widerstände (Beschriftung „2× 110 Ω 0,6 W“) miteinander verbunden. Parallel zu den Widerständen liegt ein Spannungsteiler aus zwei 330-Ω-Widerständen. Der vertikale Leiter zwischen den Widerständen führt nach rechts zu einer Diode (nach rechts zeigendes Dreieck mit vertikalem Strich an der Spitze). Hinter der Diode folgt eine Abzweigung zum unteren horizontalen Leiter. In dieser Abzweigung liegt ein Kondensator, beschriftet mit „4,7 nF“. Der rechte Anschlusspunkt des oberen horizontalen Leiters ist mit „A“ beschriftet, der Anschlusspunkt des unteren horizontalen Leiters hat keine Beschriftung.

Umgekehrt kann aus der gemessenen Gleichspannung die der Schaltung zugeführte Leistung berechnet werden.

Gemessen werden am Ausgang der Schaltung 14,9 V Spitzenspannung. Wegen der Forward-Spannung der Diode beträgt der HF-Spitzenwert vor der Diode 15,6 V. Unter Berücksichtigung des vorgeschalteten Spannungsteilers ergibt dies eine HF-Spitzenspannung von 31,2 V. Dies entspricht einer Eingangsleistung an einem 50 Ω-System von 9,73 Watt und damit ca. 9,7 Watt.

AI611: Bei der folgenden Schaltung besteht $R_1$ aus einer Zusammenschaltung von Widerständen, die einen Gesamtwiderstand von 54,1 Ohm hat und etwa 200 W aufnehmen kann. Die Diode ist eine Siliziumdiode mit $U_{\textrm{F}}$ = 0,7 V. Am Ausgang wird mit einem digitalen Spannungsmessgerät eine Gleichspannung von 14,9 V gemessen. Wie groß ist etwa die HF-Leistung am Eingang der Schaltung?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Schaltplan mit einem Eingang links und einem Ausgang rechts. Links ist ein Widerstand mit der Bezeichnung R1 und darüber ein weiterer Pfad mit einem 330 Ohm Widerstand parallel geschaltet. In Serie folgen ein zweiter 330 Ohm Widerstand, eine Diode, und rechts davon parallel geschaltet ein Kondensator mit der Aufschrift „4,7 nF“ sowie ein 10 kOhm Widerstand.

Bei HF-Tastköpfen und Leistungsmessern mit doppelter Spitzenwertgleichrichtung (2 Dioden) erfolgt die Berechnung wie bei Einfachgleichrichtung, jedoch ist die doppelte Spitzenspannung am Ausgang und der doppelte Spannungsabfall durch 2 Dioden zu berücksichtigen.

AI607: Mit der folgenden Schaltung soll die Ausgangsleistung eines 2 m-FM-Handfunkgerätes gemessen werden. Die Dioden sind Schottkydioden mit $U_{\textrm{F}}$ = 0,23 V. Am Ausgang wird mit einem digitalen Spannungsmessgerät eine Gleichspannung von 15,3 V gemessen. Wie groß ist etwa die HF-Leistung am Eingang der Schaltung?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Schaltplan mit mehreren elektrischen Bauteilen. Links sind zwei Widerstände mit Werten von 56 Ohm und 470 Ohm parallel geschaltet. In der Mitte befinden sich zwei Dioden in entgegengesetzter Ausrichtung und zwei Kondensatoren mit Werten von 47 nF. Rechts oben ist ein weiterer Widerstand mit 100 kOhm parallel zu den Kondensatoren geschaltet. Verbindungen führen von einem Punkt
AI606: Die Leistung eines 2 m-Senders soll mit einer künstlichen 50 Ohm-Antenne bestimmt werden, die über eine Anzapfung bei 5 Ohm vom erdnahen Ende verfügt. Zur Messung an diesem Punkt wird die folgende Schaltung eingesetzt. Die Dioden sind Schottkydioden mit $U_{\textrm{F}} =$ 0,23 V. Am Ausgang der Schaltung wird dabei mit einem digitalen Spannungsmessgerät eine Gleichspannung von 15,3 V gemessen. Wie groß ist etwa die HF-Leistung des Senders?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: Der Schaltplan zeigt eine Reihe von Komponenten, darunter Kondensatoren, Dioden und Widerstände. Von links nach rechts ist ein 4,7 nF Kondensator mit der Marke

Um anzuzeigen, dass ein Sender über seine Antenne Leistung abstrahlt kann ein Feldstärkeanzeiger verwendet werden. Hierbei wird über eine Messantenne einer Diode die empfangene HF zugeführt und durch die Diode gleichgerichtet. Anschließend wir die gleichgerichtete Spannung über HF-Drosseln einem Kondensator zugeführt, der die gleichgerichtete Spannung puffert. Die Anzeige erfolgt durch ein empfindliches Strommessgerät. Je höher der Zeigerausschlag des Messinstruments ausfällt, desto höher ist die an der Antenne gemessene HF-Feldstärke. Um exakte Messungen vornehmen zu können muss sowohl die Messantenne als auch der Feldstärkemesser kalibriert werden.

AI613: Was stellt die folgende Schaltung dar?
Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: 1) Kurze Zusammenfassung: Ein schematisches Schaltbild mit einer als „HF-Diode“ beschrifteten Diode in einer horizontalen Leitung „Antenne“, zwei Spulen, einem Kondensator „C“ und einem unten angeschlossenen Messinstrument „µA“. 2) Detaillierte Beschreibung: Oben verläuft eine durchgehende horizontale Leitung, auf deren rechter Seite ein Pfeil mit der Beschriftung „Antenne“ zeigt. In der Mitte dieser oberen Leitung ist ein Diodensymbol eingefügt und darüber steht „HF-Diode“. Von den beiden Anschlussknoten links und rechts der Diode führen jeweils senkrechte Leitungen nach unten, in die je eine Spule eingezeichnet ist (die Spulen liegen links und rechts symmetrisch). Unterhalb der Spulen sind die beiden senkrechten Leitungen weiterhin nach unten geführt und dort durch einen querliegenden Kondensator verbunden, der mit „C“ beschriftet ist. Ganz unten schließt ein rund gezeichnetes Messinstrument mit der Beschriftung „µA“ die beiden senkrechten Leitungen zu einer Rechteck-Schleife zusammen. Es sind keine Zahlenwerte angegeben, nur die genannten Textbeschriftungen „HF-Diode“, „Antenne“, „C“ und „µA“.

Weiter zum nächsten Abschnitt: Dummy-Load II