Цифровой измеритель ВЧ мощности на микросхеме AD8307 - из китайского мультиметра.
В интернете можно найти несколько схеме высокочастотных ваттметров на
основе микросхемы AD8307 фирмы Analog Devices. Поиск в Google по
ключевым словам «AD8307 power meter» приведет к схемам измерителей на
PIC-контроллерах и без таковых, с цифровой или стрелочной индикацией, с
подключением к компьютеру и т.п.
Основа всех этих ваттметров - измерительный модуль на AD8307. Одна из
его возможных схем приведена на рисунке:
Этот измерительный модуль обладает следующими параметрами:
Частотный диапазон: до 500 МГц
Входное сопротивление: 50 Ом
Измеряемый уровень сигнала: -55 ... +25 dBm (от 3 нВт до 0.3 Вт)
Микросхема AD0307 - это логарифмический усилитель с характеристикой,
проиллюстрированной следующим рисунком (взят из описания микросхемы
[1]):
В схеме, приведенной выше, на входе AD8307 установлен делитель
напряжения с коэффициентом деления 1:11. Из-за этого график будет
смещен вправо примерно на 20 дБм: уровню 0 дБм будет соответствовать
выходное напряжение 1.5 В, -20 дБм - 1 В и т.д.
Для измерения выходного напряжения AD8307 и индикации мощности может
быть использован микроконтроллер с подключенным к его выходам
жидкокристаллическим индикатором, готовый модуль - цифровой вольтметр
или стрелочный индикатор. А что, если вместо них использовать «потроха»
дешевого цифрового мультиметра?
Такие мультиметры обычно построены на базе микросхем ICL7106 или
ICL7136 фирмы Intersil [2] или их аналогов. В моем мультиметре (DT-838
Digital Multimeter) была микросхема в бескорпусном исполнении, но с
удобным доступом к выводам:
(нажмите, чтобы увеличить)
Если «выкинуть» из мультиметра все резисторные делители, пьезопищалки, предохранители, схемы контроля напряжения питания и проверки транзисторов и т.п., то останется вольтметр с пределом измерения ±200 мВ:
Осталось придумать способ подключения к нему микросхемы AD8307:
Стабилизатор 78L05 формирует напряжение +5В для питания AD8307. Для получения напряжения, соответствующего «нулю дБм», используется резисторный делитель и повторитель на операционном усилителе LMV358. Оно поступает на вход IN- вольтметра. В качестве буфера выхода AD8307 используется вторая часть LMV358, подключенная через подстроечный резистор к входу IN+ вольтметра. Таким образом, на индикаторе будут отображаться как положительные, так и отрицательные значения уровня входного сигнала (в дБм).
Сборка измерителя мощности проводится в несколько шагов. Сперва
отыскиваются и изолируются от остальных цепей входы IN+ и IN-
микросхемы ICL7106. Затем с платы мультиметра убираются «лишние»
детали. Микросхемы 78L05 и LMV358 и другие дополнительные элементы
устанавливаются на освободившиеся контактные площадки:
(нажмите, чтобы увеличить)
Затем откручивается печатная плата и удаляется ручка переключателя режимов работы мультиметра. Каплями припоя замыкаются те контакты переключателя, которые были бы замкнуты при установке его в положение «200m».
На верхней панели мультиметра размещается накладка с отверстиями для
высокочастотного разъема (например, типа BNC) и выключателя питания.
Измерительный модуль на микросхеме AD8307 располагается на миниатюрной
плате, закрепленной непосредственно на разъеме. Плата изготовлена
«лазерно-утюжным» способом и подключена к остальной части схемы гибкими
проводами.
При настройке собранного ваттметра нужно установить «ноль дБм» на индикаторе, подав ВЧ сигнал соответствующего уровня на входной разъем, а затем воспользоваться вторым подстроечным резистором («калибровка») для установки правильных показаний для сигнала с другим уровнем.
Фотография собранного ваттметра приведена ниже:
При отсутствии на входном разъема сигнала на ЖКИ отображается уровень около -56 дБм. При подключении ко входу куска провода длиной 10 см показания «прыгают» до -52 дБм - ваттметр черезвычайно чувствителен. Кроме прямого измерения мощности сигнала, он может быть использован, например, для проверки характеристик фильтров:
На рисунке приведена измеренная при помощи этого ваттметра АЧХ
полосового фильтра BPF2/4 фирмы PROCOM. (Понятно, что прибор не может
показать значения мощности меньше -55 дБм). Затухание на частоте 145
МГц - 1.3 дБ.
Потребляемый прибором ток - около 15 мА (при отсутствии входного
сигнала). КСВ на частотах от 0.1 до 500 МГц - не хуже 1.2.
Возможные усовершенствования:
1) Корректировка АЧХ AD8307 при помощи LC-цепи.
2) Применение 79L05 вместо 78L05 - тогда, возможно, можно будет отказаться от LMV358 в пользу LM358. (Поясняю: LMV358 - этот операционный усилитель rail-to-rail, который хорошо работает при входном напряжении 0.25 В - как раз такое напряжение оказывается на выходе AD8307 при минимальном входном сигнале. )
3) Восстановление схемы контроля напряжения питания, которую я по неосторожности удалил.
Ссылки:
[1] AD8307 на сайте Analog Devices
Денис Нечитайлов, UU9JDR