40 á 50 jaar geleden is knutselmaatje COAX een projectje gestart. Aanvankelijk met het idee om een beetje te gaan piraten op de FM band, maar waar nooit écht iets van gekomen is en daarom ergens onder in de kast terecht gekomen is. Een prima kandidaat om met de tinySA® onder de loep te gaan nemen!
aldus COAX. Je hebt immers niet voor niets zo'n leuk speelgoedje aangeschaft,.. toch?
Even voor de nu glazig kijkende kijkbuislezertjes, de tinySA® is een type van meetapparatuur 
waarover vroeghur de gemiddelde hobbyist vanwege het prijskaartje alleen maar kon dromen.
Het projectje bestaat uit 2 kastjes die een set vormen.
zo legt COAX uit. In het onderste kastje is een stuurzendertje met een vermogen van ongeveer 20 mW (=13dBm) geheel compleet met stereocoder ingebouwd. Het bovenste kastje is een HF smalband volgversterker die van deze 20 mW input uiteindelijk 7 Watt HF (=38,5 dBm) maakt. Het uitgangsvermogen is traploos instelbaar tussen de 100 mW (=20 dBm) output en de maximale 7 Watt HF output.
Dummy load
Om aan een FM zender te kunnen testen en af te stemmen zonder schade hieraan of storing in de omgeving te veroorzaken dient in plaats van de antenne een nepbelasting, oftewel een 'dummy load' zoals dit in het Engels heet, te worden gebruikt. Deze vormt een gecontroleerde en stabiele belasting die reproduceerbare resultaten oplevert en dit is natuurlijk vooral belangrijk bij het meten van parameters zoals vermogen, frequentie en modulatiekarakteristieken van de zender. Door gebruik van een dummy load wordt de energie die door de zender wordt gegenereerd, geconcentreerd op één punt, geabsorbeerd en omgezet in warmte in plaats van te worden uitgestraald als elektromagnetische golven. Bijkomend voordeel is dat bij zware zenders het risico op onbedoelde blootstelling aan hoogfrequente elektromagnetische velden wordt geminimaliseerd.
Dummy loads worden trouwens ook gebruikt bij het testen van audioversterkers, voedingen, batterijladers en andere elektronische apparaten. En deze kunnen verschillende vormen aannemen. Er zijn complexe schakelingen met actieve componenten om het gedrag van een bepaald systeem nauwkeuriger na te bootsen maar ook die bestaan uit een eenvoudige weerstand met een bepaalde vermogenscapaciteit zoals de dummy load van COAX.
De speciale 50 ohm hoogvermogens HF weerstand ('shunt') die maximaal 150 Watt kan dissiperen fungeert, mits goed gekoeld, als 'kunstantenne'. Deze is daarom met wat warmtegeleidings pasta op de onderkant van een klein HF dicht aluminium kastje dat ik in de handel heb betrokken en die door mij van een koelprofiel is voorzien gemonteerd. Omdat dit kastje uiteindelijk op z'n kop komt te staan, zit het profiel dan dus boven, met direct daaronder deze HF weerstand. Het ingangssignaal komt binnen via een PL259 (50 ohm) ingangsplug. Verder is een spanningsdeler in het kastje, naar een 50 ohm uitgangsweerstand parallel aan de SMA uitgangsweerstand voor de gewenste meet- verzwakkingswaarde, aangebracht. Als meetverzwakking heb ik omdat in de handleiding van de tinySA® wordt aangegeven dat ingangsniveau's onder de -25 dBm gehouden dienen te worden gekozen voor een -40 dB waarde. Dit is niet alleen ter voorkoming van schade maar ook dat door te hoge HF niveaus er eigen mengproducten in de tinySA® kunnen ontstaan die de uit te lezen waarde zullen beïnvloeden. De tinySA® zelf wordt tenslotte aangesloten via het SMA chassisdeeltje.
Omdat COAX de beroerdste niet is,..nee écht niet! Heeft hij speciaal voor zelfbouwerts die in het bezit zijn van meetapparatuur die een ander maximaal ingangsniveau hanteert, in het schema, de waarden voor mogelijke 30, 40, 50, 60 en 70 dB verzwakking vermeld. Nou, mooier kun je als je het mij vraagt het niet krijgen!
Met het schema erbij, wijst dit zich vanzelf. Het middelpunt van weerstand R2, die ik uitgevoerd heb als 2 serieweerstanden van 1K en 1K5, rust op een zwart kunststof pootje met soldeerlipje er bovenop. Puur voor de mechanische stijfheid zodat het middenpinnetje van het SMA chassisdeel wat ontlast wordt en het geheel behoorlijk robuust monkey proof gebouwd is.
aldus COAX ter toelichting op de foto's.
Afregelen!
Ik heb mijn minstens 40 jaar oude FM zender eens aan de dummy load gehangen en daar de tinySA® op aangesloten. Wel nog via een extra 30 dB verzwakkertje in het circuit, anders is ondanks de 40 dB demping in het dummyload naar de meetuitgang, het signaal dat de tinySA® toegevoerd krijgt, bij vol vermogen vanuit die FM zender, dat is 7 watt, 38,5 dBm, toch nog wat te hoog voor de ingangstrap. Nu komt er een 70 dB verzwakt signaal op binnen. Deze SMA attenuation adaptertjes zijn kleine handzame dingetjes die bij tante ALI voor een paar euro per stuk aangeschaft kunnen worden. Ik heb er daar 2 van liggen. Eén met een 15 dB verzwakkingswaarde en één met een 30 dB verzwakkingswaarde. Zo kan ik er alle kanten mee op, dus ook in serie schakelen. Ik kan dus een extra demping na het dummy load instellen van 15 dB, 30 dB en 45 dB.
De eerste meetresultaten aan de FM zender met de tinySA®: het viel me op dat het 'plaatje' er niet verkeerd uit zag. Ik had het echt veel slechter verwacht! Maar bij het inzoomen op de hoofddraaggolf frequentie van 105,1 MHz ontdekte ik dat iets van 5 MHz hoger en iets van 5 MHz lager, er afhankelijk van de vermogen instelling, soms 2 spurious stoor signaaltjes ontstonden:
Niet goed natuurlijk dit,.. gelukkig ligt het niveau van deze stoorsignaaltjes wel ruim 43 dB onder het niveau van de draaggolf zelf. We hebben hier weliswaar met een logaritmische uitlezing te maken maar even snel omgerekend, uitgaand van 7 watt = 38,45 dBm als hoofddraaggolf, komen deze signaaltjes dan uit op 38,45 dBm - 43 dB = -4,55 dBm. En dat komt overeen met iets van 0,35 mW.
Daarom ben ik wat gaan draaien aan de trimmertjes van de zender. Kijkend wat die stoorsignaaltjes beïnvloed en wat niet. Zo kwam ik er achter dat de trimmersettings in de stuurtrap voor de HF eindtransistor MRF237 dit gedrag veroorzaakte. Dat is het trapje in het compartimentje rechtsonder op onderstaande foto met de 2N3866 transistor.
Uiteindelijk heb ik de 2 spurious signaaltjes compleet weg gekregen door de uitkoppeling van deze transistor naar de parallel afstemkring, iets te wijzigen, de collector van de 2N3866 op een iets ander punt aan het spoeltje solderen, was de oplossing, en weg waren die 2 spurious signaaltjes.
Het volgende aandachtspunt was de FM zender checken op harmonischen onderdrukking. In de tinySA® ingesteld een externe verzwakking van 71 dB, dit is samengesteld uit 40 dB in het dummyload, 30 dB in het serie ALI verzwakkertje en nog 1 dB extra voor de overgangen.
Meten!
Voor de liefhebbers wat technobabbel van COAX als commentaar op zijn metingen: de resultaten vielen me niet tegen! De 2e harmonische zat op -51,3 dB tov de draaggolf, zie de linker afbeelding. Waarbij het scangebied op de maximale stand ingesteld stond van 0 - 350 MHz.
De rechter afbeelding heb ik wat meer ingezoomd naar het gebied van 150 MHz - 350 MHz, zodat alleen de 2e en 3e harmonische hierop zichtbaar zijn. Dit omdat op het 1e plaatje de 3e harmonische niet echt zichtbaar zijn.
Uit dit detail overzicht blijkt dat de 3e harmonische op -17,8 dBm staat, de draaggolf zelf zit op 38,7 dBm (zie 1e afbeelding) Het gevolg hiervan is dat de 3e harmonische 56,5 dB onder draaggolf niveau zit.
De tinySA® beschikt over 2 inputs, de bovenste is bedoeld voor frequenties boven de 240 MHz en loopt door tot bijna 1GHz, 959 MHz. Met de FM zender uitgeschakeld, merk ik op dat er toch een vrij hard signaal op 864,4 MHz zichtbaar is. Ik denk iets van Wifi of zo wat 'er door heen straalt'. Dit signaal laten we uiteraard buiten beschouwing, zie de linker afbeelding hieronder.
Rechts ervan een spectrumafdruk met de zender aan, waarbij de 3e t/m de 8e harmonischen zichtbaar zijn.
Voor de meetresultaten van de 'HI Input'. Hierbij geeft de c van dBc aan, dat dit t.o.v. de 'carrier' oftewel draaggolf geldt en daar hier de draaggolf nog steeds op 38,7 dBm staat, komen we op het volgende waardes uit voor de 4e tot en met de 8e harmonischen:
| Harmonischen | dBm | dBc |
|---|---|---|
| 4e | -23,6 | -62,3 |
| 5e | -20,9 | -59,6 |
| 6e | -17,4 | -56,1 |
| 7e | -15,7 | -54,4 |
| 8e | -15,3 | -54 |
Niet echt heel erg slecht, want minimaal 60 dBc is de officiële zendamateur norm voor harmonischen, van zelfbouw apparatuur in Nederland, daar voldoet deze oude FM zender dus net niet helemaal aan.
Dit betekent ook dat het LPF (low pass filter)
op de uitgang van deze FM zender best wel goed is, voor een knutsel project van 45 jaar geleden, dit LPF zit direct op de uitgang van de MRF237 eindtransistor en bestaat uit een passief dubbel serie band-doorlaat filter afgesloten met een pi filter. Ter vergelijking met professionele apparatuur, heb ik ook een aantal metingen gedaan aan mijn 2 meter all-mode basisstation, de ICOM IC-251E. Aangesloten op de tinySA® blijkt het maximale 10 watt HF vermogen niet meer uit deze set te komen, er komt iets van 37,0 dBm uit, overeenkomend met een kleine 5 watt. Moet er wel bij zeggen dat deze set minstens 30 jaar opgeslagen heeft gelegen, viel me nog mee dat hij het überhaupt nog deed.
Wat betreft de harmonischen meting levert deze fabrieks set de volgende cijfertjes op:
| Harmonischen | dBm | dBc |
|---|---|---|
| 2e | -7,4 | -44,4 |
| 3e | -1,4 | -38,4 |
| 4e | non | non |
| 5e | -24,9 | -61,9 |
| 6e | non | non |
Hogere harmonischen kunnen met de tinySA® niet gemeten worden aangezien die boven de 1 GHz vallen. Ik kan wel de conclusie trekken dat qua harmonischen onderdrukking deze 2 meter set niet meer voldoet aan de huidige RDI normen, of dit ooit wel zo geweest is, is niet te achterhalen. Ik kan me niet echt voorstellen dat het vele jaren niet gebruiken van deze set, de oorzaak is van dit slechte harmonischen gedrag.
aldus COAX.
Conclusie
Nu was COAX met dit *kuch* projectje gestart om de tinySA® eens flink aan de ehhhh... tand te kunnen voelen. En de vraag is dan natuurlijk of ie een eindconclusie heeft: het is mij meer dan duidelijk geworden dat een technisch hulpmiddel zoals deze tinySA® spectrum analyser voor de hobbyist hedentendage een pure must is. Echt onontbeerlijk bij het afregelen, doormeten en testen van zelfbouw HF apparatuur. En voor het geld hoeft vandaag de dag geen enkele zelfbouwert het te laten, echt een aanrader!
Met de groetjes van COAX (moest ik van em doorgeven ;-).