Die Signalstärkeanzeige eines Funkgerätes kalibrieren

Wie viele auf dem Markt verfügbaren Funkgeräte liefert mein Kenwood TH-79E Handfunkgerät nur eine sehr rudimentäre Aussage über die Stärke eines empfangenen Signal. Unten ein Auszug aus dem Handbuch.

Weder im Handbuch noch im Servicemanual findet sich eine Aussage über den quantitativen Wert in µV oder dBm.

Im Funkverkehr wird eine Funkverbindung üblicherweise mit einem Rapport bestätigt. Aus der Morsewelt hat man das R(eadability)-S(ignal strength)-T(one) System übernommen um die die Qualität der empfangene Aussendung zu beschreiben. Für die R-Werte gilt:

und für die S-Werte ab 144 MHz:

Der T-Wert wird nur für Telegrafiesignale jedoch nicht für Telefoniesendungen verwendet.

Für eine korrekte Einschätzung des S-Wertes ist also ein zusätzliches Messgerät, ein sogenanntes S-Meter notwendig. Ich möchte im Folgenden die 'Kalibrierung' der Anzeige meines Handfunkgeräts mit einen NanoVNA durchführen.

Ich habe zunächst die Ausgangsleistung des NanoVNA-H mit dem Oszilloskop an einem 50 Ohm Abschlusswiderstand bestimmt.

Bei 1 MHz zeigt sich eine Peak zu Peak Spannung von Vpp = 162mV. Die effektive Spannung U_eff des Rechtecksignal beträgt Vpp/2 = 81mV. Der NanoVNA liefert an 50 Ohm also eine Leistung von P = U^2/R = 128µW oder ca. -9 dBm. Ich konnte diese Signalstärke auch bei 100kHz, 10MHz und 100MHz bestätigen.

Um einen S-Wert von z.B. 9 zu erzielen sind also zusätzliche Dämpfungsglieder notwendig. Ich habe mir daher analoge Dämpfungsglieder im Verbund von 0, -10, -20, und -30 dB, 

sowie eines digitales Abschwächglied das von 0 bis -31.5 dB in Stufen von 0,5 dB einstellbar ist, zugelegt.

Zur Verbesserung des Übersprechverhaltens habe ich die SMA Buchsen beider Produkte auf der Rückseite zusätzlich verlötet.

In einem ersten Schritt habe ich die einzelnen Dämpfungsglieder in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 500 MHz charakterisiert. Bei einer nominellen Dämpfung von 10dB

habe ich Werte zwischen -9.79 dB und -8,98 dB gemessen. Bei nominell -20dB

Werte zwischen -19,54 dB und -18,65dB, und bei nominell -30dB

Werte zwischen -29,49 dB und -28,25dB. Alles in Allem stimmen die Werte gut mit dem Aufdruck überein, und sogar bei unprofessioneller Verschaltung aller Dämpfungsglieder mit Drahtbrücken 

lässt dich eine Gesamtdämpfung von 60dB mit einer Genauigkeit von +/- 1dB erzielen.

Das Digitale Dämpfungsglied habe ich bei einer Versorgungsspannung von 3,1V mit offenen Digitaleingängen auf 0 dB abgeglichen.

Auch für dieses Dämpfungsglied zeigt sich zwischen 1 MHz und 500 MHz mit +/- 1 dB  eine recht gute Übereinstimmung mit der nominellen Dämpfungskaskade.

Für die weitere Messung mit dem Handfunkgerät, hat sich der NanoVNA-H selbst jedoch auf Grund einer fehlenden Abschirmung als deutliche Störquelle herausgestellt. Um die Störung hörbar zumachen habe ich im Video unten einen Sweep von 145,995 kHz bis 146,005 kHz auf dem NanoVNA durchgeführt, und die Empfangsfrequenz am  Funkgerät auf 146 MHz eingestellt. 

Auch in mehreren Metern Entfernung ist die Abstrahlung des NanoVNA deutlich zu hören. Erst die Schirmung in einer Metallschachtel schafft Abhilfe.

Ich habe zunächst versucht den NanoVNA in die Schachtel zu bauen, 

bin dann aber dazu übergegangen die gesamte Elektronik in die Schachtel zu packen. Ich habe lediglich ein kurzes Kabel zum Funkgerät geführt, und die Löcher im Metallgehäuse mit Alufolie verschlossen. 

Für verschiedene Dämpfungskombinationen konnte ich dann folgende Skalenteile am Funkgerät abgelesen.

In der Tabelle oben habe ich zusätzlich die rechnerische Signalstärke und die 'Peak to Peak' Spannung eines entsprechenden Rechtecksignals aufgeführt. Grafisch aufgetragen ergibt sich folgendes Bild.

Die Zahl der Balken auf dem Display entspricht recht genau den S-Werten. Ein ziemlich erstaunliches Ergebnis wie ich finde, wenn man sich vor Augen führt, dass Spannungen im sub-µV-Bereich gemessen werden müssen. Im Video unten ist die Messung bei einer Dämpfung von 120 dB zu sehen. Die Signalanzeige des Funkgerätes ändert sich beim Aufsetzen des Metalldeckels von Vollausschlag auf 2 Balken. Dies entspricht einem einem S-Wert von 2-3.

Viel Spaß beim selber experimentieren...