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Digitaler Stufenabschwächer 60dB DC - 2.5GHz


Für Mess- und Abgleichszwecke wird häufig ein Abschwächer benötigt, der eine Eingangsleistung genau um einen definierten Faktor verringert. Dazu kann man einzelnene Dämpfungsglieder kombinieren, was aber bei ständigen Wechseln ein etwas umständliches Verfahren ist. Geeigneter sind dafür Stufenabschwächer mit einem ausreichend großen Bereich und kleinen Intervallen, die je nach Einsatzbereich auch noch eine hohe Genauigkeit bis über den benötigtem Frequenzbereich und eine niedrige Eingangsreflexion hinaus aufweisen sollten. Desto höher die Anforderungen, desto schwieriger sind diese mit einem diskreten Aufbau mit Schaltern oder Relais zu erreichen.

Nach Anregung durch das einstellbare Dämpfungsglied für den Netzwerktester des FUNKAMATEURs wurde ein mikrokontroller-gesteuerter Stufenabschwächer mit einem Drehencoder zur Einstellung mit einem LCD-Display konzipiert, auf dem die eingestellten Dämpfungswerte angezeigt werden. Weitere Internet-Recherchen bezüglich digitaler Abschwächer ergaben interessante Hinweise auf Attenuator-ICs mit hervorragenden Werten.

Daraufhin wurde das ursprüngliche Konzept modifiziert und die Abschwächung nur mit einem IC und einem zuschaltbaren Festwert-Abschwächer ais dem Gigaherzbereich vorgesehen. Ausgewählt wurde der DAT-31-SP mit einer digital einstellbaren Abschwächung von 30dB in 1dB-Schritten und dem 30dB-Abschwächer LAT-30 + , beide sind bei Mini-Circuits in den USA bestellt.

Die digitale Einstellung mit dem Drehencoder, sowie die Anzeige und Steuerung mit einem ATmega32 ist bereits fertig. Der gewählte Dämpfung wird als serieller Code ausgegeben und das Relais für den Festwertabschwächers gesteuert

Die Mini-Circuits sind da

Die SMD-Mikrobauteile von Mini-Circuits sind aus den USA eingetroffen. Sie scheinen auf dem Weg über den Teich noch weiter geschrumpft zu sein, so klein sind sie. Der einstellbare Abschwächer DAT-31SP hat auch noch 20 Kontakte!

Testvorrichtung für DAT-30

Um den Stufenabschwächer bis in den GHz-Bereich einsetzen zu können, wird die 50-Ohm-Leitung in Microstrip-Technik ausgeführt. Zur Reduktion von schädlichen kapazitiven und induktiven Einflüssen sind zahlreiche Durchkontaktierungen (im Bild die Lötinseln) zwischen den Masseflächen der beidseitige Cu-beschicheten Leiterplatte erforderlich, die möglichst kurz sein müssen. Deswegen wurde der Microstrip auf eine 0,5mm FR4-Leiterplatte geäzt und hat eine Breite von 0,9mm.

Vor Entwurf der definitiven Leiterplatte wurde eine Testaufvorreichtung mit dem 30dB-Festwertabschwächer aufgebaut, um zu überprüfen, ob die Aufbauweise, der Microstrip und der Mikrowellenbaustein die Erwartungen erfüllt.

Mit dem zuhause vorhandenen Messgerät (FA-NWT) ist bis 150 MHz nur eine völlige gerade Linie bei 30dB zu erkennen. Die Messung von Durchlassdämpfung und Reflexionsfaktor bis 1,2 GHz erfolgt auf der Clubstation.

Erste Messergebnisse

Nachdem die ersten Messungen von Durchlass- und Reflexiondämpfung mit dem Versuchslayout auf einer 0,5mm FR4-Platine sehr gute und zum Teil auch hervorragende Ergebnisse bis 1200 MHz ergaben, wurde jetzt das engültige Layout erstellt und mit dem Tonertransferverfahren die Platine geätzt.

Nach dem relatv spannenden Einlöten des winzigen ICs mit einem Leiterbahnabstand von 0,2mm und den eigentlich nur indirekt erreichbaren 20 Lötflächen, der Programmierung der seriellen Schnittstelle sowie Beseitigung von einigen Fehlern konnte mit den ersten Messungen gegonnen werden. Mit dem FA-NWT waren bei 150Mhz erfreuliche Ergebnisse zu verzeichen, wobei die Messgenauigkeit schon von dem digitalen Rauschen des NWT deutlich überlagert wurden. Auf der Clubstation gehts genauer.

Beide Kurvendarstellungen sind mit dem Netzwerktester von 1 - 150 Mhz gewobbelt. Sie zeigen die stufenförmige Zunahme der Dämpfung beim Durchdrehen des Einstellknopfes. In der Abb. 1 ist der gesamte Funktionsbereich von 1 - 62 dB zu erkennen. Die Absenkung und der Spike in beiden Abbildungen beim Überschreiten der 32 dB-Grenze sind durch die Umschaltrelais des Festwertabschwächers LAT-30 bedingt. Hier war durch eine sequenzielle Ansteuerung der Relais bei Zu- und Abnahme der Dämpfung sicherzustellen, dass es nur zu einer kurzzeitgen Zunahme der Dampfung innerhalb von 10ms während der Relaisumschaltung kommt, aber niemals zu einer Abnahme!

Für die Fehlersuche war eine Lupe unerlässlich. Bei der Überpüfung des DAT-31 fiel Dieter auf, das zwei Massepads nicht angeschlossen waren. Dies könnte die Ursache dafür sein, dass die Durchgangsdämpfung bei interner Zuschaltung des 16dB-Abschwächers nicht korrekt funktioniert und zu einem starken Abfall der Dämpfung oberhalb 40dB führt. Wir werden sehen.

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