SDR Vierpolmessungen            
    

(Aus dem SDR-Praxisbuch Kap. 7.5) Um passive Vierpole oder Zweipole in einem weiten Frequenzband zu untersuchen, braucht man einen durchstimmbaren Oszillator mit einem mitlaufenden Empfänger. Mit dem SDR-Shield ist beides leicht zu realisieren. Die schon vorhandene Empfangsschleife für 0 bis 25 MHz wird um einen VFO-Ausgang erweitert, der immer gerade 5 kHz neben der Empfangsfrequenz läuft (Listing 7.2). Der Empfänger wird dabei als Direktmischer betrieben, wobei ein 5-kHz-Signal am Ausgang für die Amplitude des Empfangssignals zeigt.

Für einfache Vierpolmessungen braucht man nur einen Spannungsteiler, der die Signalamplitude in den Bereich der erlaubten Empfänger-Eingangsspannung bis etwa 200 mV bringt. Hier wird ein Spannungsteiler mit 1 kΩ und 51 Ω verwendet (Bild 7.8, Bild 7.9, sodass der Generator eine Anschlussimpedanz von rund 50 Ω bekommt. Je nach Messobjekt sollte auch der Empfänger-Eingang mit einem passenden Lastwiderstand abgeschlossen sein. Im Beispiel wurde ein Tiefpassfilter für einen Kurzwellensender mit einer Impedanz von 50 Ω durchgemessen.

Bild 7.9: Stecker und Widerstände für die Vierpolmessung.

void uac(void)
{
  long uac =0;
  for (int i=0; i <= 200; i++){
    uac = uac+ analogRead(A2);
  }
  u = uac/50;
  Serial.println (u);
}

void loop(void)
{
   Serial.println (0)
   for (int i=1; i <= 500; i++){
      int f= i * 50;
      //Serial.print (f); Serial.print ("  ");
      si5351.set_freq(f*100000, SI5351_PLL_FIXED, SI5351_CLK0);
      delay(10);
      si5351.set_freq((f+5)*400000, SI5351_PLL_FIXED, SI5351_CLK1);
      if (i== 1) delay (500);
      delay(10);
      lcd.setCursor(0, 0);
      lcd.print (f);
      lcd.print ("  ");
      delay(20);
      uac();
   }
   while ( (digitalRead(A1) == 1));
}

Listing 7.2: Vierpolmessung bis 25 MHz

Bild 7.10: Frequenzgang eines Tiefpassfilters.

Das Messergebnis in Bild 7.10 zeigt eine Grenzfrequenz von etwa 13 MHz. Die Dämpfung beträgt deutlich mehr als 10-fach (20 dB) bei etwa 18 MHz. Dass die Ausgangsspannung ab 20 MHz wieder leicht ansteigt, könnte auf die Induktivität und Spannungsabfälle der Masseleitungen zurückzuführen sein, die in diesem Fall aus offenen Kabeln bestanden.  Bei vielen Messungen zeigt sich, dass in diesem Frequenzbereich bereits Leitungslängen von wenigen Zentimetern zu deutlichen Messfehlern führen können, außer es werden durchgehend Koaxkabel mit dem korrekten Wellenwiderstand und abgeschirmte Gehäuse verwendet.

Wenn man das NF-Signal am Empfänger-Ausgang mit einem Oszilloskop untersucht, findet man ein Dreiecksignal. Beim Mischen von zwei Rechtecksignalen entsteht tatsächlich immer ein Dreieck, weil die beiden Rechtecke mit konstanter Phasenänderung übereinander gleiten. Man kann es auch so interpretieren, dass das Ausganssignal Obertöne enthält, die am Empfänger per Obertonmischung empfangen werden. Sobald das Eingangssignal genügend tiefpassgefiltert wird, erscheint ein Sinus am NF-Ausgang. Die Verwendung von Rechtecksignalen führt zu Messfehlern durch Obertöne. Allerdings konnte der verfälschende Einfluss in den meisten Fällen vernachlässigt werden.