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Release: première édition mise à jour voir: : http://users.belgacom.net/bn290458PMET1 MESUREUR DIGITAL de TOS et de PUISSANCE

1,8 à 470 Mhz de 100mW qrp à 1kW qro

INTRODUCTION

PMET1 est un mesureur digital de TOS et de puissance Rf pour des puissances d’émission de 100miliwatt à 1kilowattet ce pour les gammes de fréquences de 1,8Mhz à 470Mhz.La mesure s’effectue analogiquement par 2 sondes couvrant 1,8 à 30Mhz pour la HF et 50 à 470Mhz pour la VHF.La visualisation se fait sur un affichage à LCD de 2x16 charactères, convertie par un microcontroleur PIC16F876-20.Le TOS est visualisé comme: TOS 1 à 9,9 et 10 à OXO (infini)La puissance avant comme: PFWD 0,1W à 999,9WLa puissance retour comme: PREF 0,01W à 999,99WChaque bande amateur peut être calibrée individuellement et mémorisée, ce qui compense toute non-linéarité dessondes.Bien que les sondes proposées soient de bonne qualité, il est cependant possible d’utiliser d’autres sondes.En insérant ce mesureur entre vos TX et ANTENNES vous aurez d’un coup d’oeil la puissance AVANT/RETOUR et leTOS.Bonne construction, de Willy ON5KN

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LE SCHEMA DU BOITIER VISU

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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Les tensions FWD et REF (AVANT ET REOUR), sont captées par les sondes HF et VHF et sélectionnées par le relaisU5. A l'état de repos de ce relais(minimum de consommation) la voie HF est sélectionnée.Mais aussi bien la sonde HFque VHF peut s’y connecter.Les deux tensions sont tenues à leurs valeurs de pointe par les circuits U1 pour FWD et U2 pour REF.Les capacités C1et C2 déterminent la constante de temps.Puis ces deux tensions sont mesurées par une conversion A/D sur 10bits par les portes RA0 et RA1 du PIC16F876-20.Ce PIC fonctionne à un rythme de 10Mhz, cristal facile à trouver.Les tensions FWD et REF seront soumises à un facteur de correction selon la fréquence,donnant VFWD et VREF.Dans le PIC le TOS et les puissances PFWD et PREF seront calculées comme:

TOS=(VFWD+VREF)(VFWD-VREF)

PFWD=VFWDxVFWD/R

PREF=VREFxVREF/R

La sélection de la sonde se fait par la porte RA2 excitant ou non le relais U5.La tension FWD est envoyée aussi sur U4 à fort gain, pour actionner la porte RB0 du PIC. Ceci permettra d’illuminer leLCD à diodes-leds pendant l’émission,de façon à réduire la consommation qui se situe à 10mA,U5 non-excité et les led-LCD non en service.Les valeurs des résistances Rla et RLb sont à choisir de telle sorte que le courant par porte du PIC ne dépasse pas les25mA,donc un courant maximum de 50mA à travers les LED.Les poussoirs S1 à S4 sont les commandes opérateurs:S1=UP fait monter et visualise la bande de mesureS2=DWN fait descendre et visualise la bande de mesureS3=HF/VHF choisit la sondeS4=BAND/CAL visualise la bande sélectionée

Si à la mise sous tension S4=BAND/CAL est enfoncé le cycle de calibrage est initialisé:S1=UP augmente les puissances (et tensions) S2=DWN diminue les puissances (et tensions)S3=HF/VHF sélectionne la sondeS4=BAND/CAL 1° mémorise le facteur de correction et passe à la bande supérieure pour un appui court 2° mémorise le facteur de correction et passe en mode normal pour un appui de plus de 3sec

Afin de simplifier le circuit vous pouvez ommettre le relais U5, et remplacer ses contacts repos par des straps.Dans ce cas il vous suffira de brancher soit la sonde HF ou VHF sur la seule entrée.

Le connecteur ICSP (in-circuit serial programming),en combinaison avec S3(dip-switch),permet la programmation dansle circuit du PIC16F876-20.Un simple interface de même que le software nécessaire se trouve sur mon WEBSITE sous le projet ICSP(http://users.belgacom.net/bn290458)

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CONSTRUCTION DE PMET1

Photo du PCB dans son boitier

Soudez le cable au display LCD et fixez y le connecteur femelle 14 broches.Soudez d’abord les straps selon le dessin du PCB LMET1Soudez ensuite les supports des circuits intégrés et pour le relais U5.Prenez garde de bien orienter ces supports s'ilspossèdent une encoche.Soudez le connecteur mâle du LCD et mesurez avant de souder que la pin1 du LCD se branchera bien selon le schéma àla masse.Soudez le connecteur ICSP en l’orientant tel que sur la photo.Soudez un support pour le cristal (3pins dont celle du millieu est coupée). Montez ensuite tout les composants discrets.

Vérifiez toutes les soudures et sans brancher le LCD testez la bonne présence du 5V en alimentant de 8V à 15V

Insérez les circuits intégrés, le relais et branchez le LCDMontez le LCD le PCB les switches et les connecteurs HF/VHF dans le boitier.Le LCD est fixé sur la face du boitier par vis de 2,5mm avec écrous d’espacement.L’alimentation peut soit se faire par piles ou par alim extérieure.Selon le cas posez un connecteur d’alimentation, unboitier de piles (6x1,5V) ou encore les deux options en même temps.

A la mise sous tension vous aurez déjà l’affichage pour autant que le trimpot P1 du contraste LCD soit bien réglé et quevotre PIC16F876-20 contienne le bon software.A part P1du LCD il n’y a aucun réglage sur le circuit.

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PROGRAMMATION DU PIC16F876-20

Deux options sont possibles:Vous programmez votre PIC par un circuit programmeur hors du circuit PMET1:

Alors référez vous au projet PICPROGRAMMER 16F877/876 ON LPT-PORT

Vous programmez votre PIC dans le circuit PMET1via le connecteur ICSP:Alors l’alimentation débranchée,basculez le dipswitch S5 de façon à ce qu’il soit ouvert et référez vous au projet ICSP.

Dans les deux cas les paramêtres suivants sont à valider:OSCILLATOR HSCODE PROTECT OFFWATCH_DOG_TIMER ONBODEN OFFLVP OFFCPD OFFWRT OFFDEBUGGER OFF

Ces paramêtres sont déjà definis dans le programme PMET1.HEX qui est le code à écrire dans le PIC.Toutefois vérifiez leur état avant de lancer la programmation.

Exemple du panneau operateur sous ICSP:

Après le montage et la programmation du PIC vous pourrez déjà observer la première visualisation sur le LCD dePMET1, pour autant que le dipswitch S5 soit fermé ….

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LES SCHEMAS DES SONDES

SONDE-HF

L1 est un tore de ferrite AMIDON FT82-61 sur lequel 30 spires sont enroulées.Attention au sens du bobinage(voirphoto ci-dessous sinon vous aurez inversion de FWD avec REF.La liaison chaude JP1(TX) vers JP2(ANT) est faite par un bout de coax 50 Ohm (RG58) passant à travers L1 etuniquement mis à la masse coté TX. La résistance R5(10K/1W) est montée en volant dans le boitier(coté TX coupez laR5 trés courte!).

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SONDE-VHF

Deux brins parasitaires de 2,5cm de fil rigide sont posés de façon à optimiser le rapport FWD/REFPour des puissances plus petites que 50 Watts les résistances R7/R8 peuvent se substituer par des straps.

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Construction des sondesPour autant que les circuits imprimés sient conformes au modèle aucun problême ne se posera.Ayez soin de limer les coins du PCB pour qu’il rentre dans le boitier aluminium dit DIE-BOX.A part le bon centrage des trous pour les SO239,n’oubliez pas de percer un trou de 4mm pour l’accès au trimpot P1 dela sonde HF.Lors de la pose des composants ayez soin de ne pas faire dépasser de connections sur le plan face au boitier.Cablez vos sondes avant de les poser dans leur boitier.Posez des écrous sur les vis de 3mm en dessous du PCB afin de l’espacer du boitier de 2,5mm.Fixez les PCB par rondelles et écrous afin de ne pas détériorer le cuivre.

Réglage des sondesLes deux sondes peuvent se régler sans les raccorder au circuit de visu PMET1.

Réglage de la sonde HF:Cette sonde est prévue pour fonctionner de 1,8 à 30 Mhz.Raccordez une charge fictive de 50 Ohm du coté ANTENNE et l’émetteur décamètrique du coté TX.Le réglage consiste à positionner le trimpot P1 de façon à avoir le plus grand rapport FWD/REF.En pratique vous mesurez au voltmètre DC la tension REF et calibrez le P1 pour une lecture minimale.La tension résiduelle dépendra de la puissance utilisée.Ce réglage est différent d’un bout à l’autre de la gamme 1,8 à 30Mhz. Il faudra donc choisir une bande de compromisqui se situe en général à 21Mhz.Après ce réglage,verifiez les tensions FWD et REF et notez les pour plus tard.Si vous utilisez une puissance QRO>250W je vous conseille d’utiliser un boitier plus profond afin de positionner leFT82-61 en vertical et d’utiliser du coax RG8 ou similaire.De même verifiez la tension FWD qui ne doit pas dépasser3,5V à la puissance maximale.Dans le cas de dépassement un diviseur de tension pour FWD et REF est à inclureavant le jack stéréo de connection.

Réglage de la sonde VHF:Cette sonde est prévue pour 50 à 470 Mhz.Les capacités de compensation sont tellement infimes que des capas variables sont à exclure.En remplacement soudez deux fils rigides de 2,5cm sur les pistes capteurs,aux emplacements des résistances R2/R3 de82 Ohm (voir photo).En ayant raccordé une antenne fictive à ANT et l’émetteur à TX mesurez la tension REF au voltmètre.Le réglage sera le plus sensible sur la gamme 470Mhz.Aiguillez à l’aide d’une broche nylon ou plastique le brin du coté TX, afin de minimiser la tension REF.

Inversez le branchement antenne fictive et émetteur.Mesurez maintenant FWD (qui par l’inversion est devenu REF).Aiguillez à l’aide d’une broche nylon ou plastique le brin du coté ANT lu sur le PCB, c-à-d là ou se trouve raccordél’émetteur, afin de minimiser la tension.

Noubliez pas de défaire cette liaison inverse.Dans le cas ou la tension FWD serait supérieure à 3,5V pour les puissances QRO (surtout en 470Mhz), augmentezles valeurs de R7 et R8 de facon identique.

Ceci termine le réglage des sondes.

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LES CIRCUITS IMPRIMES

PMET1 dimensions PCB 89mm x 145mmPlacement des composants

Coté cuivre vue mirroir

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Coté cuivre vue directe

Straps coté composants

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SONDE-HF dimensions PCB 45mm x 95mmPlacement des composants sur le coté cuivre!

Coté cuivre vue directe sur lequel les composants seront placés!

Coté cuivre vue mirroir pour fabrication PCB

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SONDE-VHF dimensions PCB 45mm x 95mmEmplacement des composants

Coté composants vue directe où seront montés les composants!

Coté composants vue mirroir pour fabrication PCB

Coté non-composants vue mirroir

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CALIBRATIONLa calibration du mesureur peut s’effectuer de deux manières:1° Soit vous disposez d’un appareil étalon et vous procédez par comparaison tout en suivant la démarche comme en 2°2° Vous ne possèdez pas d’étalon et dans ce cas il faudra réaliser en premier lieu une sonde RF,à utiliser en conjonctiond’un voltmètre.Rien de plus simple: la sonde RF redresse la haute fréquence et veille à influencer un minimum le circuit de mesure.Le seul problème après le schéma si simple est sa conception mécanique pour l’inclure dans un boitier faisant cage deFaraday.Voici le schéma , le PCB et ma réalisation mécanique:

SCHEMA PROBE RF

^22mm ^18mm

^ ^

< 62mm >

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La calibration:LES DEUX SONDES AURONT DEJA ETE REGLEESMettez PMET1 sous tension en poussant sur le bouton poussoir BAND/CAL et relachez après une demi seconde.Raccordez la sonde souhaitée sur HF ou VHF et sélectionnez la par HF/VHF.Branchez une antenne fictive de 50 Ohm sur la sonde coté ANTENNE.Branchez le TRX coté TX en intercalant un raccord T,de façon à pouvoir mesurer la tension RF.Par la touche BAND/CAL positionnez PMET1 sur la bande que vous voulez calibrer.Autant que possible appliquez une puissance inférieure à 20Watts et mesurez la tension par la sonde et votre voltmètre.La tension mesurée est la tension crête,tout comme pour PMET1,mais vous lisez une valeur moindre par la résistanceinterne du voltmètre qui est en série avec 1Mohm de la sonde.Pour un voltmètre digital ce sera négligeable,mais pour unvoltmètre analogique il faudra rectifier le tir (essayez donc d’appliquer la loi d’Ohm).Bref lorsque vous aurez lu la tension actionnez les touches UP ou DWN pour mesurer la même tension ou pour ceux quiprocèdent par étalon, de mesurer la même puissance au LCD.Si vous voulez étaloner d’autre bandes faites votre choix par des appuis brefs sur BAND/CAL.Si vous voulez quitter le calibrage poussez plus de 3sec sur BAND/CAL.Les valeurs de calibrage se trouvent figées dans la mémoire non-volatile du PIC.Il vous est libre de répéter cette opération à la limite de 100.000 fois,après quoi le PIC ne pourra plus écrire cettemémoire…

Votre nouveau TOS-METRE,PUISSANCE-METRE est prêt à l’utilisation!

Au projet suivant …

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LISTE DES COMPOSANTSPOWER/TOS METER Revised: February 10, 2003 Revision: ABill Of Materials February 10, 2003 17:31:06 Page 1

Item Quantity Reference Part _________________________________________________________

1 2 C1,C2 470nF

2 2 C3,C4 22pF

3 4 C5,C6,C7,C8 100nF 4 7 D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7 1N4148

5 2 HF,VHF 3.5mm stereo female chassis jacks or 4 chassis Cinch jacks

6 1 ICSP 6pin connector 0.1inch spacing

7 1 JP3 2pin connector 0.2inch spacing

8 10 R1,R2,R5,R7,R8,R11, 10K R13,R14,R16

9 1 Q1 BC517

10 1 Q2 78L05

11 2 R3,R9 20K

12 4 R4,R6,R10,R12 1M

13 1 R15 560K

14 5 S1,S2,S3,S4,S5 S1=S2=S4= push switch no hold,S3= On/Off switch with hold,S5= dipswitch

15 3 U1,U2,U4 LM324A plus tulip sockets 14pins

16 1 U3 PIC16F876-20 plus tulip socket 28pins

17 1 U5 REL16DIP plus tulip socket 16 pins

18 1 U6 LCD 2x16chars with LED-light and 14pins sockets male / female plus cable

19 1 Y1 10Mhz crystal

20 1 POWER On/Off switch

21 1 P1 10K 1 turn horizontal trimpot

22 1 BOX METAL CASSETTE BOX serie LC660 60 x 250 x 132mm or LC640 60 x 150 x 132mm

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SWR BRIDGE 1,8 - 30 Mhz Revised: June 20, 2003 Revision: ABill Of Materials June 20, 2003 20:42:48 Page 1

Item Quantity Reference Part ____________________________________________________

1 2 C1,C2 10nF

2 2 D1,D2 1N34 or equivalent Germanium diodes

3 1 J1,J2,J3 1 Chassis stereo jack 3,5mm female or 2 chassis Cinch jacks

4 1 J1,J2,J3 1 CABLE ended witch male 3.5mm stereo jacks or 2 Cinch chassis jacks

5 2 JP1,JP2 TX / ANT SO239

6 1 L1 FT82-61 /30T 0,3mm

7 1 P1 1K Horizontal 1T Trimpot

8 2 R1,R2 33

9 2 R3,R4 10K

10 1 R5 10K / 1W

11 1 BOX 1 ALUMINIUM DIE-BOX 50x100x25

SWR BRIDGE 50 - 470Mhz Revised: June 20, 2003 Revision: ABill Of Materials June 20, 2003 20:48:04 Page 1

Item Quantity Reference Part _________________________________________________

1 2 C1,C2 1nF

2 2 D1,D2 1N34 or equivalent Germanium diodes

3 1 J1,J2,J3 1 Chassis stereo 3,5mm jack female or 2 chassis Cinch jacks

4 2 JP1,JP2 SO239 ANT and TX plugs

5 2 R1,R4 1K

6 2 R2,R3 82

7 2 R7,R8 2K2

8 1 BOX 1 ALUMINIUM DIE-BOX 50x100x25