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Der NWT, NetzWerkTester:
Die Beschreibung. (Vorsicht, viel Text :-)

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Hoch

Der neue NWT, wozu ist er zu gebrauchen?

    - Als Meßgerät zum Ausmessen passiver und aktiver Vierpole,
    - als hochgenauer Oszillator für einfache Frequenzen,
    - als Local-Oszillator für Empfänger,
    - als Local-Oszillator für Sender,
    - oder beides,
    - mit beliebiger ZF-Ablage.
    - Als Wobbelsender mit log. und lin. Meßköpfen,
    - mit Zusatzgeräten zur Messung von Anpassungen.
    - Durch den Bootloader auch als “stand-alone”-Gerät ohne PC verwendbar...
    - ...und vieles mehr.
     

Netzwerkanalysatoren sind universelle Hilfsmittel in der modernen HF Entwicklung.
Hier wird ein einfaches aber doch vielseitiges Gerät für den Amateur beschrieben, das in
keiner Amateurwerkstatt fehlen sollte
.

Einleitung
Viele Anfragen erreichten mich seit dem Erscheinen des Netzwerktesters im Funkamateur [1].
Ursprünglich als Zusatz zum DDS VFO gedacht, um beim Abgleich von HF Baugruppen ein Hilfsmittel
zu haben, hat er schnell ein Eigenleben entwickelt. Die Fragen nach Leiterplattenlayout und moderner
Softwareunterstützung wurde oft gestellt und ich habe mich bemüht beides für den Nachbau einfach zu
halten. Der Weg von einem  DOS zu einem Windows Programm war nicht leicht und es gibt weiterhin
eine Reihe von Verbesserungs-möglichkeiten und Ergänzungen. Viele OM’s steuerten Ihre Erfahrungen
bei, die ich, wenn möglich ins Programm eingearbeitet habe. Da das Interesse am NWT ungebrochen
hoch ist, habe ich die Hardware nun überarbeitet und modernisiert. Ziel der neuen Entwicklung bleibt
aber ein einfaches und preiswertes Gerät. Der NWT soll dem Praktiker ein Hilfsmittel sein, der nicht die
Möglichkeit hat an kommerzielles Equipment zu gelangen. Die erreichte Genauigkeit ist für den Amateur
sehr hoch und auch der Abgleich ist mit wenigen Hilfsmitteln möglich. Bei der Linearität der Anzeige und
der absoluten Genauigkeit muss man jedoch Kompromisse schließen. Bei einem Materialpreis von
ca.110 Euro liegt er aber bei der Anschaffung im Bereich eines guten Dip-Meters, ist diesem aber in
vielen Dingen überlegen.

Im Blockschaltbild (Siehe Bild: Block_Allgemein.jpg in NWTPLAN1.zip ) sind die wenigen Stufen
dargestellt. Ein Interface Baustein stellt die Verbindung zu einem PC her. Der Controller steuert den
Datenverkehr zum DDS Generator, dessen Ausgangssignal nach einem Tiefpass mittels eines Ver-
stärkers auf etwa 0 bis 10 dBm angehoben wird. Nachdem die HF das Messobjekt durchlaufen hat,
wird sie durch einen logarithmischen oder linearen Messwandler in eine Gleichspannung gewandelt, die
dann der Mikrocontroller als digitales Signal an den PC übergibt. Die Steuerung des Gerätes und die
bildliche Darstellung erfolgt durch die NWT Software im PC. So sind viele Konstruktions- und
Abgleicharbeiten durch den Einsatz moderner Bauelemente von der Hardware in die Software verlagert.

Grundsätzlich handelt es sich beim NWT um einen stabilen HF Generator im Frequenzbereich von
wenigen Hz bis 60 MHz (35 MHz beim AD9850), der durch Software gesteuert wird. Die untere Fre-
quenz wird durch die Koppelkondensatoren bestimmt, die, wenn gewünscht, im NF Bereich etwas
größer ausfallen müssen. Die Begrenzung der oberen Frequenz bestimmen zwei Faktoren, die interne
Taktfrequenz des DDS Generators und die Nebenwellenfreiheit des Ausgangssignals. Der DDS Bau-
stein wird mit einem internen Takt von 180 MHz betrieben, dieser Takt wird durch eine Versechs-
fachung des externen Quarztaktes erreicht. Bei der Ausgangsfrequenz, die bei einem Drittel des internen
Taktes liegt, wird ein Nebenwellenabstand von etwa 50 dB erreicht. Der Amplitudengang des Sinus-
signals ist nicht konstant sondern folgt einer mathematischen Funktion, wie sie oft in technischen An-
wendungen zu finden ist. Es gibt zwar Möglichkeiten diesen Verlauf zu linearisieren, wodurch aber der
Aufwand für den Aufbau und Abgleich steigen. Wird der NWT richtig eingesetzt kommt man auch ohne
diese Maßnahmen zu recht guten Ergebnissen.

Der als logarithmischer Detektor eingesetzte AD 8307 erlaubt die Darstellung eines großen Amplituden-
bereiches, ist einfach aufzubauen und liefert genaue Werte. Hinzugekommen ist nun ein linearer
Detektor, der besonders im Durchlassbereich von Filtern einen besseren Einblick ermöglicht. Um das
Gerät einfach zu halten wurde für die Steuerung und Anzeige ein PC vorgesehen, der heute schon in fast
jeder Hobbywerkstatt vorhanden ist. Für den Anfang genügt ein alter DOS PC mit einem älteren NWT
oder NWT3 Programm, für die Windows Version sollte es aber ein nicht allzu langsamer Pentium sein.
Ein 100 MHz-486iger und Win95 liefert ein recht ruckeliges Bild und man hat nicht den von einem
Oszillografen gewohnten Bildlauf, mit etwas Geduld sind aber auch alle Messungen möglich. Ein
moderner schneller PC liefert dann aber ein flüssiges Bild, bei Abgleicharbeiten wird die Veränderung
der Kurve sofort sichtbar, jedoch ist dabei die CPU Auslastung recht hoch und es sollten nicht viele
rechenintensive Programme gestartet sein. Wird eine Messung mit Stop unterbrochen geht die Belastung
des Rechners auf ein normales Maß zurück.

Messmöglichkeiten
Mittels kleiner Zusatzschaltungen kann man viele Bereiche der HF-Messtechnik abdecken.

Wichtigstes Einsatzgebiet ist die Messung bzw. der Abgleich von HF Filter, Tief- und Hochpässe,
Quarzfilter und aller anderen Formen von Amplitudengängen von Verstärker sowie Verstärkungs- und
Dämpfungsmessungen. Mittels einer Widerstandsmessbrücke können aber auch die Anpassung von
Antennen und anderer Zweipole gemessen werden. Aber auch die Werte von Spulen, Kondensatoren
und Schwingkreisen lassen sich bestimmen (Resonanzverfahren, Bandbreite und Güte). Weiter können
mittels kleiner Hilfsschaltungen auch die Quarzdaten ermittelt bzw. Quarze selektiert werden.

Ein Mischervorsatz erlaubt sogar einer einfache Spektralanalyse von HF Signalen, wie zum Beispiel die
Darstellung der Oberwellen eines Sendesignals.

Der DDS Generator kann weiterhin als Hf Generator im weitesten Sinne z.B. als Steuersender, VFO
oder Markengenerator mit guter Stabilität und Auflösung verwendet werden. Durch Nutzung von
Nebenwellen und verändertem Tiefpass können auch höhere Frequenzen bis in den UKW Bereich
erzeugt werden.

Schaltungsbeschreibung
Herz des NWT ist ein DDS Baustein AD9851 von Analog Devices, der ein Sinussignal erzeugen kann,
welches von einem Quarztakt abgeleitet wird. Die Stabilität dieses Taktes bestimmt auch die Stabilität
des Ausgangssignals. Die genaue Frequenz des Taktgenerators ist dabei von geringerer Bedeutung, sie
kann via Software korrigiert werden. Welche Frequenz der DDS Baustein erzeugen soll wird durch ein
32 Bit Datenwort festgelegt, welches er vom Controller IC 1 erhält. Theoretisch sind dadurch Frequenz-
schritte im Bereich von Millihertz möglich, in der vorliegenden Software werden aber nur 1 Hz als
kleinste Schrittweite generiert. Die Ausgangsamplitude von IC 6 durchläuft einen Tiefpass, der die Reste
der Taktfrequenz und deren Mischprodukte unterdrücken soll. Ein Dämpfungsglied mit 3 bis 10 dB
Dämpfung schließt den Tiefpass mit ca. 50 Ohm ab und verhindert die Übersteuerung von IC 7. Der
Längswiderstand R13 dieses PI-Gliedes sollte vorerst aus einem einstellbaren Widerstand bestehen und
nach erfolgtem Abgleich durch einen Festwiderstand ersetzt werden. Ein monolithischer Breitband-
verstärker IC 7 hebt den Pegel um ca. 20 dB an, ein weiteres Dämpfungsglied schließt auch diesen
Verstärker mit 50 Ohm ab und vermindert Rückwirkungen vom Ausgang. Welche Frequenz der DDS
Baustein erzeugen soll wird in der PC Steuersoftware berechnet. Diese Information gelangt über eine
serielle Schnittstelle des PC an den Pegelwandler MAX232. Er wandelt die hohen Pegel dieser Norm in
TTL Signale um, die dann im PIC 16F873-20 verarbeitet werden. Am PIN 18 von IC 1 wird der
Datenstrom mit einer Bitrate 57600 Bit/s empfangen. Anschließend taktet der Controller über PIN 11
einen 40 Bit langen seriellen Datenstrom zum DDS IC. PIN 14 (W_CLK) liefert den notwendigen Takt.
Wird zum Abschluss ein Impuls an PIN 13 (FQ_DU) gelegt, übernimmt IC 6 diese Information und
erzeugt nun bis zur nächsten Datenübertragung das entsprechende Sinussignal.

Der Tiefpass mit einer Grenzfrequenz 60 MHz bestimmt mit den Messbereich des Gerätes. Wird ein
AD9850 und/oder eine andere Taktfrequenz verwendet, sollte dieser Tiefpass neu berechnet werden.
Für IC 7 kommt ein MSA 0886 (besser MAR 8, MAV 11 oder ERA Typen) zum Einsatz. Dieser Typ
ist bei [5] recht preiswert zu bekommen. Er kann einen Ausgangspegel von maximal 12 dBm erzeugen,
wird also bei dem geforderten 10 dBm schon bis an seine Grenze betrieben wird. Erforderlich sind des-
halb eine hohe Versorgungsspannung von 12 bis 15 V und ein Strom in diesen IC von ca. 35 mA. Je
nach Typ von IC 7 sollte die HF Ansteuerung angepasst werden. Eine einfache Möglichkeit bietet die
Variation des Pi Gliedes speziell von R13 bis ein sauberes Sinussignal am Ausgang zu sehen ist. Wer
keinen Oszillographen besitzt kann auch am fertigen Gerät einen Abgleich vornehmen (siehe Messungen).
Der Ausgangspegel von 10 dBm (0,7 V effektiv bzw. 2 V Spitze-Spitze) ist nicht zwingend notwendig,
steuert aber die Messdetektoren gut aus, wodurch der Dynamikbereich voll genutzt werden kann.

Die Dioden D1, D2 und der Widerstand R3 ermöglichen über ST5 ein Programmieren des Controllers
in der Schaltung.Wer davon keinen Gebrauch macht und für IC 1 eine Fassung vorsieht kann D1 und
D2 durch Drahtbrücken ersetzen. ST1-1 und ST1-2 stellen die Verbindung zum logarithmischen und
linearen Messkopf her und ST2, ST4 und ST8 sind für spätere weitere Verwendungszwecke vorge-
sehen, können also unbestückt bleiben.

Für die Spannungsversorgung von QG1, IC1 und IC6 befinden sich die beiden 5 V Spannungsregler auf
dem Teil der Leiterplatte, der auch losgelöst als HF Generator verwendet werden kann. IC4 versorgt
dabei die digitalen Schaltkreise und IC5 den analogen Teil des DDS ICs. Für die Versorgung des HF-
Verstärkers ist aber wie beschrieben eine recht hohe Spannung günstiger und der Sprung auf 5 V recht
groß. Die Versorgungsspannung wird deshalb durch einen zusätzlichen Spannungsregler IC8 auf einen
Spannungswert von 8 V stabilisiert. Durch diese Kettenschaltung von Spannungsreglern wird eine Last-
verteilung (Wärmeverteilung) beim Abregeln erreicht. Auf eine getaktete Abwärtsregelung wurde be-
wusst verzichtet. Auch erhält der MAX 232 Baustein mit seinem internen Taktgenerator eine getrennte
Versorgung durch IC3.

Nachdem das HF Signal bei der Durchgangsmessung das Messobjekt durchlaufen hat, wird es mittel
eines HF Detektors in eine proportionale Gleichspannung gewandelt. Der AD8307 setzt einen Pegel
von –65 bis +15 dBm annähernd linear in eine Gleichspannung von 0,5 bis 2,6 V um. Bild 4, Bild 5
Ein AD Wandler im Controller IC1 an PIN 2 (RA0) über ST1-1 setzt diese Spannung dann wiederum
in ein 8 bzw. 10 Bit langes Datenwort um und sendet dieses zum Auswerten an den PC zurück. Dieser
logarithmische Messkopf NWTMKlogS.pdf kann in der einfachsten Standardschaltung betrieben
werden, alle Abgleicharbeiten werden über die Software vorgenommen und man kommt deshalb mit
einem 5V Spannungsregler und wenigen zusätzlichen Bauelementen aus.

Alternativ bzw. optional kann auch ein linearer Messwandler eingesetzt werden. NWTMKlinS.pdf.
Er wandelt die HF Spannung linear in eine proportionale Gleichspannung um. Der Messbereich ist hier
nicht so groß, jedoch sind einige Messungen linear besser zu nutzen. Hier bietet sich der AD8361 an,
der eine dem AD8307 ähnliche einfache Schaltung zulässt. Wird sein Ausgangssignal an ST1-2 gelegt
können beide Messköpfe wahlweise angesteuert werden.

Aufbau
Für den NWT wurden zwei Leiterplatten entwickelt, die den Nachbau erleichtern:
Die Leiterseite, Bestückungsseite, der lineare Tastkopf sowie den logarithmischen Tastkopf.
Die Hauptplatine enthält alle Bauelemente aus dem Schaltbild NWT7SCH.pdf. Für die Messköpfe
wurde je eine weitere kleine Platine vorgesehen. Als Bauelemente wurde auf Standardbauformen
zurückgegriffen, bis auf IC6, IC7 und IC1 von den Messköpfen, die nur als SMD Typen
erhältlich sind.

Auf den Leiterplatten geht es auch nicht sonderlich eng zu und die Bestückung sollte von einem
„Normallöter“ ohne Probleme zu schaffen sein: Bestückungsseite und Leiterseite der Hauptplatine.
Lediglich die genannten SMD ICs, die auf der Leiterbahnseite montiert werden, müssen vorsichtig
aufgesetzt und gelötet werden. Man beginnt die Bestückung mit diesen ICs. Die Leiterplatten können
so noch flach aufliegen und die Bausteine besser justiert werden. Sie werden dann diagonal mit je einem
PIN angeheftet. Erst nach einer genauesten Prüfung der Lage der ICs, man befindet sich auf der Leiter-
und nicht auf der Bestückungsseite und die Gefahr einer 180 Grad Verdrehung ist recht hoch, werden
alle Beinchen gelötet. Im NWT7Betr.pdf ist die richtige Lage dargestellt. Mit einer Nadel wird jedes
PIN gegen die Leiterplatte gedrückt und ein spitzer Lötkolben erwärmt Leiterzug und PIN. Lötzinn ist
kaum notwendig, die verzinnte Platine ist völlig ausreichend. Sollten Brücken zwischen engen Leiter-
bahnen entstehen werden diese mit Entlötlitze entfernt. Wer kein Programmiergerät für den PIC besitzt
sollte eine Fassung vorsehen. Der Controller kann somit einfacher auf einem Programmiergerät umpro-
grammiert werden. Eine „in circuit“ Programmierung ist über ST5 möglich, erfordert aber ein Adapter-
kabel.

Beide Messköpfe nutzen das gleiche Leiterplattenlayout, auf dem die Bestückung von drei verschiede-
nen ICs für IC 1 vorgesehen ist. Es darf natürlich lediglich ein Detektor bestückt werden. Für den
AD8307 kann sowohl ein SMD als auch ein DIL Typ verwendet werden, die Lötpads liegen neben-
einander nur PIN 1 und 8 berühren sich direkt. Die Lötflächen für den AD8361 liegen innerhalb der
DIL Lötpunkte. Bis auf C1 ist die übrige Bestückung der Leiterplatten identisch. Dieser Kondensator
wird von der zusätzlichen Lötinsel zu den Pads der DIL Fassung eingebaut, die mit +Ub verbunden sind.

Beide Messköpfe werden direkt an den BNC Buchsen montiert, mit der Massefläche an das Masse-
fähnchen der Buchse gelötet. Man erhält dadurch kürzeste HF Verbindungen. Die drei Leitungen zur
Hauptplatine führen nur Gleichspannung und sind deshalb nicht kritisch bezüglich Länge und Lage.

Die Hauptplatine sollte einen Stromverbrauch von ca. 150 bis 230 mA haben und ohne PC Ansteuerung
eine Frequenz von 1,8 MHz liefern.

Die Verbindung PC zum NWT erfolgt über ein normales PC Kabel (Modemkabel), die Platine ist wie in
Tabelle 1 beschrieben mit einem 9 poligen Sub-D Stecker zu verbinden. Die Handshakesignale RTS /
CTS werden zur Zeit nicht verwendet, es genügt ein 3 adriges Kabel.

Tabelle 1: PC-NWT

SUB9 Stecker

Name

MAX232

Stecker ST3

PIN 3

TXD

PIN 13

PIN 2

PIN 2

RXD

PIN 14

PIN 3

PIN 7

RTS

PIN 8

z.Z. nicht belegt (Pin 5)

PIN 8

CTS

PIN 7

z.Z. nicht belegt (Pin 4)

PIN 5

GND

PIN 15

PIN 1


Software
In der Softwareentwicklung liegt ein großer Teil der Arbeit für dieses Projekt. Es waren die PIC
Controllersoftware und die PC Steuersoftware zu entwickeln, ein Übertragungsprotokoll festzulegen und
auf die Kompatibilität mit älteren NWT Projekten zu achten. Alles in allem eine nicht einfache Sache, die
sicher an vielen Stellen noch verbessungswürdig ist, mit dem erreichten Stand aber eine brauchbare
Lösung darstellt.

Einfach war die Entwicklung der Controllersoftware für den PIC, da hier umfangreiche Erfahrungen vor-
liegen. Seine Aufgabe besteht darin Anweisungen von der PC Software in Form von Frequenzangaben
und Steuerdaten entgegenzunehmen, den DDS Chip anzusteuern, anschließend den AD Wandler abzu-
fragen und das Messergebnis zum PC zu senden. Diesen Algorithmus arbeitet er konsequent ab, ledig-
lich beim Einschalten wird die Konfiguration der Jumper an ST4 (Port RB2) abgefragt und die Para-
meter, die in der Tabelle2 dargestellt sind, werden für den weiteren Ablauf gesetzt.
Standarteinstellung: Alle Jumper offen.

Wer sich dafür interessiert findet den Quelltext im File NWT7.asm.

Tabelle 2: Jumper für PIC Konfiguration

Port

 

Offen

Masse

RB0

DDS Type

AD9851

AD9850

RB1

PIC Takt

10 MHz

4MHz

RB2

Baudrate

PIC Takt = 10 MHz
B = 57600
PIC Takt = 4 MHz
B = 19200

PIC Takt = 10 MHz
B = 38400
PIC Takt = 4 MHz
B = 9600

RB3

Software Version

 

Bootloader


Das Übertragungsprotokoll zwischen PC und NWT Hardware wurde etwas modifiziert, bleibt aber ab-
wärtskompatibel zum alten Protokoll. Es besteht aus 4 Byte Frequenzinformation die der DDS IC erhält
und einem Steuerbyte, das ggf. mit einer Verzögerung, die durch Delay unter Einstellungen / Optionen
gesetzt ist, gesendet wird. Im alten Protokoll hatte dieses Byte den festen Wert 0AA Hex und keinerlei
weitere Bedeutung. Nun wird es genutzt, um einen von vier AD Wandler auszuwählen und die Anzahl
der Bytes für die Antwort festzulegen. Obwohl keinerlei Datenkontrolle eingebaut ist und bei der Über-
tragung auch keinerlei Handshake Signale benutzt werden funktioniert es recht gut. Bild 12

Ein größeres Stück Arbeit war die Softwareapplikation für den PC. Nachdem mit der etwas betagten
DOS Software, die ich für diesen Zweck an die neuen Datenübertragungsraten angepasst hatte, die
Funktion der Hardware überprüft und getestet war, ging es an ein Programm, das im modernen Look
unter Windows laufen sollte. NWT7PRG.zip Einige Zeit- und Hardwareabhängige Teile waren nicht
einfach zu realisieren, für diesen Zweck ist Windows nicht gerade gut geeignet, und so mussten einige
Kompromisse geschlossen werden.

Viele Dinge bei der Softwarebedienung sind selbsterklärend und können in der Hilfe nachgelesen wer-
den oder sind in den Messbeispielen erklärt. Hier nur einige allgemeine Hinweise. Die Software benötigt
mindestens eine Bildschirmauflösung von 800x600 Pixel. DurchNWT Auf dieser Fläche ist ein Dia-
gramm von 640x480 Pixel eingebettet, welches mit einer hohen Bildfrequenz aktualisiert wird, was
wiederum den PC stark belastet. Das Hauptanwendungsgebiet des NWT sollten praktische Tätig-
keiten wie Abgleich und Justieren sein und ich forderte einen Bildaufbau, wie man ihn von Oszillo-
graphen kennt. Je nach Rechnerleistung wird ein mehr oder weniger flüssiger Kurvenaufbau entstehen,
es gibt aber auch für etwas betagte Rechner Einstellmöglichkeiten.

Alle Einstellungen des NWT werden in *.CFG Dateien gespeichert (Standard NWT7.CFG). Wichtig
sind dabei nicht nur die Frequenzeinstellungen sondern auch die durch den Kalibriervorgang ermittelten
Korrekturwerte. Diese Werte sind für die Anpassung der Hardwaretoleranzen an die Diagramme
erforderlich. Die ermittelten Einstellungen können über einen längeren Zeitraum benutzt werden und
sollten deshalb abgespeichert werden. Dieses File ist in der Datei NWTCFG.rtf ausführlich
beschrieben.

Die Bedienung und Bedeutung der Menüs und Buttons, sowie mögliche Probleme sind in der Hilfe be-
schrieben und sollen hier nicht wiederholt werden.

Sollte das Diagramm nicht mit den Farben - Hintergrund weiß, Schrift schwarz und Kurve blau -
erscheinen hilft eventuell eine andere Farbeinstellung des Windows Desktop.

Durchgangsmessung
Exemplarisch soll am Beispiel einer Durchgangsmessung der Messvorgang und die Bedienung erläutert
werden. Ein 30 m Bandpassfilter 30mFilterLog soll gemessen werden. Die NWT7-Software wird
zuerst ohne den Netzwerktester gestartet. Unter ? / Hilfe findet man im Abschnitt „Probleme“ einige
Hinweise für die Einstellungen / Optionen, die man als Grundeinstellungen übernehmen sollte. Diese
Grundeinstellung wird mittels Datei / Speichern im File „NWT7.CFG“ erst einmal gesichert.
Das Programm wird beendet, der NWT angeschlossen und erneut gestartet. Nun sollte die Hardware
erkannt werden und über die Frequenzeingabe kann eine Startfrequenz eingegeben werden, welche am
Ausgang gemessen bzw. abgehört werden kann. Siehe auch 30mFilterLin.

Vor den Messungen muss der NWT für den logarithmischen und ggf. auch für linearen Messkopf ein-
malig kalibriert werden. Die Skalierung der y-Achse setzt einen linearen Verlauf der Übertragungs-
kennlinie der Messköpfe voraus. Dies kann in der Praxis nicht über den gesamten Amplitudenbereich
garantiert werden und so stimmt die Skalierung nicht immer mit dem Idealwert überein. Für den Ama-
teurgebrauch sollte man aber keine übertriebene Genauigkeit anstreben, erst dadurch bleibt der NWT
einfach, preiswert und leicht zu bedienen. Die Übertragungskennlinie des AD8307 ist über ca. 80 dB
annähernd linear und so erreicht man mit einem Zweipunkabgleich eine ausreichende Genauigkeit.

Frequenz (Startfrequenz) und Schrittweite werden vorgegeben, sie bestimmen den Frequenzbereich
über den gewobbelt wird. Diese Eingaben erfolgen in Hz.

Mittels Kalibrieren / Durchgangsmessung wird zuerst eine Durchgangsdämpfung von 80 dB gefordert.
Da dies gleichzeitig die untere Messgrenze des Detektors ist, kann der gleiche Effekt bei offenem
Eingang erzielt werden. Die Messkurve schmiegt sich nun an die -80 dB Achse. Nun wird eine Durch-
gangsdämpfung von 0 dB durch Verbinden von Ein- und Ausgang des NWT eingestellt und der Kali-
briervorgang abgeschlossen. Startet man eine Messung sollten diese beiden Extremwerte wieder erreicht
werden. Im oberen Bereich von 0 bis -50 dB wird eine recht gute Übereinstimmung mit den Achsen
erzielt, zu kleineren Pegeln werden die Abweichungen immer größer. So setzt eine Dämpfung von 80 dB
schon ein großes Maß an Abschirmung voraus.

Während des Kalibriervorganges werden Kurven geschrieben, deren Lage mit vorgegebenen bzw. alten
Korrekturfaktoren berechnet werden. Diese können auch außerhalb des Bildes liegen, bitte nicht beirren
lassen. Nach Möglichkeit sollte man jedoch die Bestätigung der einzelnen Abfragen erst nach ein bis
zwei Messzyklen vornehmen, das System befindet sich dann im eingeschwungenen Zustand.

Auch die durch die Kalibrierung berechneten Korrekturfaktoren werden über Datei / Speichern
gesichert.

Nun wird das Messobjekt eingefügt und die Messung bzw. der Abgleich des Filters kann mittels Start
beginnen. Beim Abgleich sollte die Kurve den Veränderungen folgen. Will man eine bestimmte Frequenz
im Auge behalten kann ein Cursor gesetzt und mittels der Tasten + und – in Schritten nach rechts und
links bewegt werden. In der vorliegenden Version ist die Bewegung des Cursors nur während der
Messung möglich. Im Diagrammfeld sind Frequenzmarken, hier die Eckfrequenzen der Amateur-
funkbänder, eingeblendet. Diese Frequenzen können im File „Frequenz.cfg“ mittels eines einfachen
Texteditors eingestellt werden (max. 20). Der Abgleich wird mit Stop beendet, Maximum und Minimum
und wenn möglich Eckfrequenzen der Kurve gesucht und angezeigt. Über Datei / Diagramm drucken
kann ein Messblatt gedruckt werden bzw. der Kurvenzug als Textdatei gespeichert und mit anderen
Programmen weiter bearbeitet werden.

Wie im DurchNWT zu erkennen ist liefert auch eine Frequenz von 5 MHz ein kleineres Maximum der
Durchlasskurve des Bandpasses. Dieses Maximum entsteht durch die erste Oberwelle dieser Frequenz,
die ja das 30 m Filter passieren kann und am breitbandigen Messdetektor ebenfalls ein Signal erzeugt.
Diesen Effekt kann man nicht ganz unterdrücken, jedoch für die Einstellung der Ansteuerung von IC7
nutzen. Ist R13 sehr klein, wird IC7 übersteuert und erzeugt kräftige Oberwellen, das 5 MHz Maximum
ist beinahe so groß wie das Maximum bei 10 MHz. Nun wird R13 solange vergrößert bis sich keine
Verbesserung mehr erreichen lässt. R13 wird nun durch einen entsprechenden Festwiderstand ersetzt.
Je nach Abgleich und Abstimmung aller Komponenten wird ein Abstand von > 30 dB bleiben, man
behält es im Hinterkopf, um in Zukunft Fehlinterpretationen zu vermeiden.

Mittels des Buttons max. kann die Kurve für eine bessere Auswertung an die obere Bezugslinie ver-
schoben werden.

Reflexionsmessungen
Für die Reflexionsmessung ist ein weiterer Messkopf erforderlich. Empfohlen wird die Schaltung der
Widerstandsbrücke, die an den log. Messkopf angeschlossen wird. Eine andere Kalibrierung
(in Reflexionsdämpfung) und die Messung von komplexen Widerständen soll folgen, bedarf jedoch noch
einiger Entwicklungsarbeit.

Mit der Messbrücke muss der NWT neu kalibriert werden. Der Eichvorgang erfolgt in 2 Teilen.

1. Kalibrieren/Reflexionsmessung . Messkopf mit 50 Ohm abschließen und untere Begrenzung
SWR = 1 kalibrieren. Der Kurvenzug muss sich etwa an der unteren Diagrammlinie anschmiegen. Den
Messkopf im Leerlauf oder Kurzschluss für die obere Begrenzung eichen, SWR = unendlich. Wenn
nach Start ein Kurvenzug geschrieben wird muss er sich etwa an der oberen Diagrammlinie bewegen.

Mit und ohne 50 Ohm Abschluss sollten diese Extremwerte wieder angezeigt werden.

2.Mehrere Hilfslinien für ausgewählte SWR Werte.

Folgende Widerstände erzeugen ein definiertes SWR, die man zum Kalibrieren der Bezugslinien vorrätig
haben sollte

R = 50 Ohm

 

SWR = 1

R = 45,5 Ohm

oder 55 Ohm

SWR = 1,1

R = 42   Ohm

oder 60 Ohm

SWR = 1,2

R = 39   Ohm

oder 65 Ohm

SWR = 1,3

R = 33   Ohm

oder 75 Ohm

SWR = 1,5

R = 25   Ohm

oder 100 Ohm

SWR = 2,0

R = 17   Ohm

oder 150 Ohm

SWR = 3,0


In der Praxis gibt es Abweichungen, wenn beide Widerstände für eine Fehlanpassung verglichen werden.
Diese entstehen durch den Innenwiderstand des NWT. Durch die unterschiedliche Belastung entstehen
an der Brücke andere Klemmspannungen. Nur wenn der Ri des Generators nahe 0 Ohm liegt kommt
man auf gleiche Werte.

Mittels der Funktion Kalibrieren/Linie können mehrere Hilfslinien gezeichnet werden.

Der Text, der neben der Eichlinie erscheint kann bei Einstellungen / Optionen geändert werden. Es
können nur Zahlen eingegeben werden. Für die Beschriftung eines SWR von 1,5 mit R=33 Ohm er-
zeugt, bitte die Zahl 15 eintragen.

Sichern der Kalibrierung Datei/Speichern nicht vergessen.

Im diesem Bild wurden 3 Linien genutzt, ungenutzte liegen auf der X-Achse. Gemessen wurde der
30 m Stationsdipol (8 m hoch, Speisung über 15m RG-213). Sehr gut ist die Bandbreite der Antenne
zu erkennen, nach meiner Ansicht alle SWR Werte besser 2,0 (ca.10 Prozent der Leistung kommt
zurück). Eine Messung am Abend sieht etwas anders aus.

Spektrummessung
In den bescheidenen Maßen sind mit dem NWT auch Spektrummessungen möglich. Eine kleine Zusatz-
schaltung in Form eines Direktmischempfängers macht diese Funktion möglich. Der NWT wobbelt
dabei einen Frequenzbereich durch und das Spannungssignal des DC Empfängers wird durch den
log. Messkopf detektiert. So erhält man einen Signalverlauf über das Frequenzband. Nachteilig ist hier-
bei der begrenzte Frequenzbereich des NWT, Oberwellen eines TX können nur im Kurzwellenbereich
dargestellt werden. Das Bild: Spektrumvors.jpg in NWTPLAN1.zip zeigt eine einfache Schaltung wie
sie ähnlich in [3] beschrieben wurde. Das dem Mischer folgende Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz
von 250 kHz hat großen Einfluss auf die Auflösung. Eine Frequenz des Spektrums wird zweimal ange-
zeigt, wenn es jeweils in den Durchlassbereich des DC Empfängers gelangt. Liegen beide Frequenzen
genau übereinander entsteht eine Gleichspannung, die natürlich nicht angezeigt werden kann. Man er-
kennt diese Nullstelle recht gut. Die Schrittweite des NWT muss viel kleiner als die Bandbreite des
Filters sein, nur so können genügend Messpunkte aufgenommen werden, um einen Kurvenzug zu
schreiben. Um einen großen Frequenzbereich zu untersuchen benötigt man eine genügend große Schritt-
weite, es ist folglich eine größere Bandbreite d.h. große Grenzfrequenz des Tiefpasses notwendig. Bei
großen Frequenzsprüngen können aber andererseits Details übersprungen werden, hier ist wie im Bild
(Spektrumvors.jpg) gezeigt ein 25 kHz Tiefpass besser geeignet, nun sind aber nur kleine Schrittweiten
möglich und es kann nur ein kleinerer Frequenzabschnitt untersucht werden.

Wer nicht umschalten möchte muss einen Kompromiss wählen. Für den Abgleich ist eine HF Spannung
mit einem definierter Pegel von 10 dBm erforderlich. Der so genannte „low level“ Mischer kann
praktisch 0 dBm Eingangssignal verkraften, erzeugt dabei aber schon Intermodulationsprodukte und
sollte besser noch niedriger angesteuert werden. Sein Kompressionspunkt liegt bei etwa 1 dBm.
Im Messbild sind diese Mischprodukte zwischen den Maxima zu erkennen. Erkennen kann man Inter-
modulation, wenn man mittels eines Abschwächers das Eingangssignal um einen gewissen Betrag
dämpft. Intermodulationsprodukte gehen dabei schneller zurück als die wirklichen Spektrallinien, deren
Amplitude nur um den Dämpfungswert abgesengt wird.

Zum Eichen benötigt man ein definiertes HF Signal. Eine recht praktische Lösung ist ein 1 MHz Quarz-
generator, dessen Ausgangsspannung durch einen Widerstand von ca. Ohm (Abgleichen) so angepasst
wird, dass er an dem 50 Ohm Eingang einen Rechteck mit 1,12 Vss erzeugt. Dieses Rechtecksignal be-
steht aus einer Grundwelle mit 10 dBm Amplitude und einer großen Zahl ungeradzahligen Oberwellen,
die nach Fourier leicht zu berechnen sind. F(x)=4a/pi() (cos(x)-cos(3x)/3+cos(5x)/5...) wobei
a = Uss/2 ist.

Das Bildschirmfoto zeigt diese Spektren ab 1 MHz.

HF- Generator / VFO
Da der NWT ein guter HF Generator ist, kann er natürlich als Steuersender oder als VFO in einem Em-
pfänger verwendet werden. Damit bei dieser Anwendung nicht ständig die VFO Frequenz berechnet
werden muss, kann sie unter Einstellungen / Zwischenfrequenz gespeichert und die Addition bzw.
Subtraktion vorgegeben werden. Das noch einfache Bild Generator.jpg soll eine Skala darstellen, es
wird die Empfangsfrequenz und darüber die wirkliche Frequenz angezeigt. Mittels der Up/Down oder
den Funktionstasten Tasten kann in Schritten, die durch die Schrittweite vorgegeben ist, abgestimmt
werden. Einen guten universellen Empfänger kann man als Direktmischempfänger DC_RX.jpg in der
Datei NWTPLAN1.zip aufbauen. Der Mischer wird durch eine aufwendige Schaltung aus [4] immer
mit 50 Ohm abgeschlossen, wodurch er einen großen Dynamikumfang besitzt und nicht unter extremer
Kreuzmodulation leidet wie einfachere Schaltungen. Ohne Selektion wurde damit am Stationsdipol
Amateurfunk (selbst auf 40m), Rundfunk (genau auf den Träger abstimmen) und sogar Satellitenfunk-
baken auf 10 m gehört.

Ich habe den Spektrummessvorsatz mit dem Empfänger kombiniert, da beide das gleiche Eingangsteil
besitzen und über eine Relaisumschaltung, die über das Lautstärkepotentiometer erfolgt, kann man beide
wahlweise nutzen. Siehe Bild Spektrumvors.jpg in NWTPLAN1.zip

Nach dem Mischer und einer Anpassschaltung folgt ein Vorverstärker T1 und T2 und ein 3 kHz NF-
Tiefpass. Ein OPV und der Endverstärker sorgen für genügend Verstärkung, um auch einen nieder-
ohmigen Kopfhörer bzw. Lautsprecher zu versorgen. Bei Bedarf kann ein 800 Hz aktives Bandfilter ein-
gefügt werden.

Möchte man eine Frequenz im KW oder UKW Bereich erzeugen kann man sich das Spektrum der
Nebenwellen des DDS Bausteins zu Nutze machen. Für solche Anwendungen kann der DDS VFO
wie in [2] aufgebaut werden. Dazu wird der 74mm x 55 mm Bereich der Leiterplatte abgetrennt und in
ein Weißblechgehäuse gelötet. Die Software der damaligen Entwicklungen kann mit relativ geringem
Aufwand an den neuen Controller angepasst werden. Es handelt sich um den gleichen Rechnerkern
und es müssen nur die portabhängigen Teile angepasst werden.

Ersetzt man den Tiefpass durch einen Bandpass können diverse Frequenzbereiche abgedeckt werden.
Stellt man z.B. eine Frequenz von 36 MHz ein erzeugt der Baustein auch 180 MHz – 36 MHz gleich
144 MHz mit einer brauchbaren Amplitude. Mit 2*180 MHz +36 MHz rückt man in den UHF Bereich.
Hier ist wegen weiterer Nebenwellen natürlich ein selektiver Verstärker ein Muss. Erfahrungen für die-
sen Anwendungsfall liegen leider noch nicht vor.

Laden eines Softwareupdates in den NWT7 Controller
Um Software in den PIC Controller zu brennen ist normalerweise ein Programmiergerät notwendig. Mit
den moderneren Bausteinen dieser Serie gibt es auch eine andere Möglichkeit, die unter [6] als Applika-
tion AN732 gezeigt wird. Vorraussetzung ist die Anbindung des IC an eine serielle Schnittstelle des
PC und das einmalige brennen eines Ladeprogrammes. Die Verbindung zum PC ist beim NWT 7
vorhanden und so wurde der so genannte Bootloader in die Controllersoftware integriert. Hinsichtlich
der neuen Controllersoftware gibt es lediglich zwei Hinweise *, die der Softwareentwickler beachten
muss. Wird in Zukunft eine neue Softwareversion notwendig, kann jeder dieses Update selbst einspielen.

Das Update ist nur mit einem lauffähigen NWT7 möglich, der mit dem Bootlader ausgestattet ist. Alle
anderen Versionen müssen umprogrammiert werden.

Folgende Schritte sind erforderlich:
Verbinden der NWT7 mit einem COM Port. (Es müssen auch die Handshake Signale verdrahtet sein)
  • Port RB3 Pin 24 mit Masse verbinden, Jumper oder Drahtbrücke.
  • !Noch nicht einschalten!
  • Hyperterm von Windows starten.
  • Einstellungen vornehmen: COM Port wählen und 57600, 8N1, Hardware Flusssteuerung
  • Wurde eine andere Datengeschwindigkeit verwendet wird natürlich diese eingestellt.
  • NWT einschalten. (Achtung! Die bisherige Software wird nun als gelöscht markiert und es muss
    eine Version geladen werden.)
  • Nun sollte der NWT7 sich im Terminalfenster mit „NWT7“ melden, siehe Bildschirmfoto.
  • Neue Software über das Menü Übertragen/Textdatei senden... das neue *.hex File auswählen
    und öffnen. (Dateityp *.* wählen)


Jede korrekt übertragene Zeile des Hex-Files wird mit einem Punkt bestätigt. Ein OK schließt die voll-
ständige Übertragung ab wie das
Bildschirmfoto zeigt.

Nun NWT ausschalten, Jumper entfernen und die neue Software kann benutzt werden.

Programmierhinweise
Die ersten vier Befehle des Programms sollten folgenden Aufbau haben:
 

    ORG 0x0000
    GOTO  START
    NOP
    NOP
    NOP
     

Das Hauptprogramm muss auf der ersten Programmspeicherseite beginnen (Adresse kleiner 0x07ff).


Tabelle 3: NWT Tiefpässe

Grenzfrequenz

L1 / L2

C16 / C18

C17

Kern T20-2

Kern T37-2

60 MHz

0,18 µH

60 pF

100 pF

9

8

35 MHz

0,31 µH

100 pF

180 pF

12

10

25 MHz

0,44 µH

150 pF

250 pF

14

12


Hinweise
Dieses Projekt ist ein Amateurprojekt und ich kann nicht für eine fehlerfreie Funktion der Hard- und
Software garantieren. Der NWT wurde aber schon mehrfach erfolgreich nachgebaut und ist schon bei
vielen OM‘s im Einsatz. Wie bei allen meinen Projekten lege ich alle Dateien offen. Da dies bei der
Steuersoftware etwas kompliziert ist, wenden sich OM’s, die an einer Zusammenarbeit zur Ver-
besserung und Erweiterung interessiert sind, an den Autor unter DK3WX@VFDB.NET. Geschrieben
wurde NWT7 mit Delphi 4. Benötigen sie nur einen programmierten PIC übernehme ich diese Arbeit
gern. Schicken Sie den entsprechenden Typ gut eingepackt und mit einem Rückumschlag versehen an
Bernd Kernbaum, Ruppinstr.13, 15749 Mittenwalde. Bewährt hat es sich solche ICs in eine alte
Fassung zu setzen, da die Postverteil- und Stempelmaschinen schon einige Beinchen „platt gehauen“
haben. Hinweise und Anregungen werde ich, wenn es meine Zeit erlaubt, einarbeiten und ggf. neue
Softwareversion verteilen.

Eine kommerzielle Nutzung des NWT bedarf meiner Zustimmung.

Viel Erfolg beim Nachbau und der Anwendung. DK3WX

Literatur und URL
[1] Kernbaum, B., DK3WX, Netzwerktester für den HF Bereich... FUNKAMATEUR Heft 10 und 11/1999
[2] Kernbaum, B., DK3WX, Einfacher universeller DDS... FUNKAMATEUR Heft 12/1997 und Heft 1/1998
[3] Schneider, W., DJ8ES, Direktmischer für den KW Synthesizer, UKW Berichte Heft 1/2000
[4] Campbell, Rick, KK7B, High Performance DC Receiver, QST Heft 8/1992
[5]
www.reichelt.de
[6]
http://www.microchip.com AN732 Implementing a Bootloader for the PIC16F87x


Anmerkungen Webautor:
Es folgen nun weitere Bilder, die nicht im Text erwähnt worden sind.

Messung einer 4m Stabantenne
Messung eines 9MHz Quarzfilters
Funktionsfähig verkabelte Platinen
Zusammenbau zu einem kompakten Gerät

Ferner sind Erweiterungen an der Platine und der Schaltung eingeflossen, die nach dem Artikel er-
arbeitet worden sind.
 

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Stand: 19.11.2004

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