Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B

Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B, jest kolejnym produktem firmy HP, tym razem już w pełni cyfrowym miernikiem. Posiada więcej funkcji oraz możliwości w porównaniu do modeli analogowych, takich jak np. HP-435B czy analogowy z cyfrowym odczytem HP-436A. Bardziej precyzyjnie określając, jest to mikroprocesorowy miernik mocy w.cz.

Mikrofalowy miernik mocy HP-437B jest nie drogim lecz wydajnym, programowalnym, jednokanałowym miernikiem mocy średniej, kompatybilnym z rodziną sensorów mocy z rodziny 8480. Zależnie od zastosowanego sensora, miernik HP-437B może mierzyć od -70dBm (100pW) do +44dBm (25W) dla częstotliwości od 100kHz do 110GHz.  HP-437B umożliwia szybkie, dokładne oraz niezawodne pomiary mocy średniej.

Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B można uznać za równoważny technologicznie w stosunku do konkurencyjnego miernika Marconi 6960B. Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B, umożliwia wykonywanie pomiarów relatywnych oraz z offsetem, posiada 10 pamięci ustawień użytkownika, oraz większość funkcji oferowanych przez mierniki mikroprocesorowe.

 

Mikrofalowy miernik mocy HP-437B posiada wystarczająco rozbudowane możliwości definiowania pamięci użytkownika

W pamięci HP-437B oprócz 10 pamięci użytkownika, można zapamiętać 10 różnych power sensorów. Dla każdego sensora należy zdefiniować indywidualną tabelę odchyłek, zależnych od częstotliwości na których będziemy mierzyli. Tabelę odchyłek tworzymy, przepisując tabelę umieszczoną na obudowie power sensora, wcześniej wprowadzonego do pamięci miernika. Poprawki kalibracyjne wpisujemy do rejestru pamięci, używając klawisza CAL FAC.

CAL FAC to klawisz służący do wprowadzania współczynnika kalibracyjnego, zależnego od częstotliwości, a umieszczonego w tabelce na obudowie sensora.

W tabeli odchyłek power sensora zdefiniowałem aż 30 punktów „poprawek częstotliwości” dla jednego sensora.

Ciekawe czy można zdefiniować więcej punktów?

Uwzględniając 30 ustawień x 10 sensorów x 10 pamięci użytkownika = 3000 indywidualnych ustawień, wobec zaledwie 10 w Marconi 6960B.

 

Wybieranie zapamiętanych ustawień mikrofalowego miernika mocy HP-437B

Aby skorzystać z zapamiętanych charakterystyk sensorów należy wybrać z pamięci właściwy setup. Wciskając klawisz SHIFT, wybieramy klawisz SENSOR i wybieramy z przewijanego kursorami menu, odpowiedni power sensor, oraz zatwierdzamy klawiszem ENTER. Następnie należy „poinformować” miernik na jakiej częstotliwości zamierzamy wykonywać pomiary. Aby wybrać interesującą nas częstotliwość wciskamy klawisz FREQ, klawiszami kursorów przewijamy aż natrafimy na właściwą częstotliwość i zatwierdzamy klawiszem ENTER. Od tego momentu możemy przejść do właściwego pomiaru na interesującej nas częstotliwości.

 

HP-437B jest szybszy od Marconi 6960b

W porównaniu do Marconi 6960B szybciej przebiega proces zerowania i autokalibracji. Czasy zerowania i autokalibracji nie są stałe, lecz zmieniają się dynamicznie, są zależne od wielkości odchyleń jakie wykryje logika miernika. Pierwsze zerowanie i autokalibracja przebiegają dłużej, ponowne procesy zerowania i autokalibracji przebiegają coraz krócej. Miernik sam wyczuwa jak daleko odpłynął power sensor. Czym mniejsze odchyłki wykryje logika miernika, tym krócej trwają procesy zerowania i autokalibracji. Czas zerowania zawiera się w przedziale od 5 do 20 sekund a czas autokalibracji jeszcze krócej, od 2 sekund.

W Marconi 6960B procesy zerowania i autokalibracji trwają zdecydowanie dłużej a czas ich trwania, jest niezmiennie zawsze taki sam.

W następujących przypadkach zalecane jest ponowne bądź wielokrotne, zerowanie mikroprocesorowych mierników mocy w.cz. :

1. Przy zmianie temperatury w pomieszczeniu o więcej niż  5 °C.

2. W przypadku pomiarów długotrwałych, jeżeli pomiar to umożliwia, zerujemy miernik mocy co 24 godziny.

3. Przed pomiarem sygnałów niskiego poziomu, na przykład 10 dB powyżej najniższego poziomu mocy dla danego power sensora.

4. Po zmianie power sensora na inny egzemplarz, w tym przypadku należy również przeprowadzić autokalibrację.

 

Bardziej szczegółowy wyświetlacz daje więcej możliwości

Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B, jest wyposażony w 12 znakowy wyświetlacz quasi alfanumeryczny, znaki składają się z 14 segmentów. To dwa razy więcej niż w Marconi 6960B w którym zastosowano 7 segmentowy wyświetlacz wskazywanej mocy, oraz ikony jednostek mocy. Pomimo że HP-437B jest wyposażony w 12 znakowy wyświetlacz, to do odczytu poziomów mocy, wykorzystywanych jest maksymalnie 5 cyfr. Tak duża ilość znaków alfanumerycznych w mierniku HP-437B wykorzystywana jest do sporządzania opisów używanych power sensorów.

W HP-437B oprócz 12 quazi alfanumerycznych znaków jest mnóstwo kropek, przecinków i trójkącików będących swego rodzaju strzałkami czy też wskaźnikami. Na fotce poniżej, widać trójkątny wskaźnik skierowany na napis PWR REF, informujący że źródło mocy wzorcowej jest włączone.

 

 

Nowością jest możliwość ustawienia rozdzielczości wyświetlanego wyniku. Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B umożliwia obserwacje poziomów mocy w ilości do 5 cyfr. Czyli o jedną więcej niż w innych miernikach mocy, nawet tych dużo droższych. Standardem w mikrofalowych miernikach mocy są 4 cyfry, prezentujące wyniki poziomów mocy. Producent zdecydował się na ten krok, ponieważ HP-437B, wykorzystuje doskonalszy sposób uśredniania wyników w porównaniu do np. MARCONI 6960B. Ostatnia cyfra wyświetlanego poziomu nie skacze, chyba że poziom mocy mierzonej znajduje się pomiędzy cyframi. W takim przypadku wynik przeskakuje o jedną cyfrę np. z 1.0001 do 1.0002 i z powrotem. W HP-437B, ze względu na doskonalszy sposób uśredniania wyników, nie występuje zjawisko nieustannej fluktuacji wyświetlanego wyniku w najniższym zakresie pomiarowym.

 

Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B czy Marconi 6960B ?

Dokładność tych mierników to 0.5 % ale power sensorów niekoniecznie, power sensory MARCONI- IFR- AEROFLEX’a dysponują zdecydowanie lepszą charakterystyką częstotliwościową. Posiadają szerszy zakres, zarówno w dolnym jak i górnym zakresie mierzonych częstotliwości.

Power sensory Marconi pracują od 30KHz do 20GHz a nie jak w HP od 100KHz do 18GHz. Na 1.8MHz nie zauważa się spadku czułości sensorów Marconi, natomiast sensory HP zaniżają wyniki. Power sensory HP mają zdecydowanie zauważalny spadek czułości w dolnym zakresie obsługiwanych częstotliwości. Power sensor Marconi 6912 pokrywa bez spadku czułości zakres 1 MHz do 1 GHz. Powiedzmy że „równoważny” mu sensor HP-8482A pracujący od 100 KHz, dopiero od 3 MHz w górę nie wykazuje spadków czułości.

Dla radioamatora nie powinien mieć znaczenia początek zakresu, czy 30 KHz, czy 100 KHz, jak dowodzi praktyka ma duże znaczenie. Teoretycznie częstotliwości od 30 KHz do 100 KHz, są po za zakresem zainteresowania radioamatorów, jednak mają wpływ na „nasze” zakresy. Pasmo 1.8 MHz, jak i średniofalowe 472 KHz nam odpadają, no chyba że sami „zbudujemy” indywidualną tabelkę z korekcjami odchyłek. Oryginalna tabelka naklejona na sensorze HP w zakresie niskich częstotliwości nie za bardzo pokrywa się z praktyką.

 

Sensory Marconi pod wieloma względami są lepsze od sensorów HP

Następną bardzo istotną zaletą sensorów Marconi, jest wprowadzenie dodatkowego współczynnika kalibracyjnego, nazwanego LIN FACTOR. Jest to liczba wyznaczona w fabryce i zapisana na etykiecie naklejonej na obudowie sensora, określająca współczynnik nieliniowości tegoż sensora. Wprowadzając tę liczbę do ustawień miernika, kompensujemy charakterystykę czułości sensora w zakresie ostatnich 10db dynamiki sensora, pomiędzy 10mW a 100mW. HP rozwiązało ten problem na zasadzie, że jeżeli coś nie zgadza się z faktami, to tym gorzej dla faktów. HP poinformował w instrukcji obsługi, że w zakresie od 10mW do 100mW, błąd pomiaru może dochodzić do około 5%.

W taki oto sposób HP rozwiązało problem, zamiast jak przystało na profesjonalną firmę, usunąć lub zredukować nieliniowość. Można z problemem nieliniowości sensorów poradzić sobie w taki sposób, aby nie korzystać z zakresu pomiędzy 10 a 100 mW. Należy tak dobierać tłumiki pomiarowe, aby maksymalne wskazanie nie przekraczało poziomu 10 mW, czyli zrezygnować z pełnej dynamiki sensora.

 

Marconi ma lepsze sensory, a HP ma lepsze źródła mocy wzorcowej oraz bardziej funkcjonalne mierniki mocy

Jak już wykazałem, power sensory Marconi są zdecydowanie lepsze od podstawowych sensorów HP, po za jednym wyjątkiem. W trakcie odkręcania, bądź dokręcania sensora do źródła sygnału, ciepło dłoni przenosi się na obudowę sensora. Sensory HP na metalowej obudowie sensora, mają nałożoną plastikową obudowę, która całkiem dobrze izoluje termicznie od ciepła dłoni. Inżynierowie firmy Marconi nie pomyśleli o tym jakże ważnym usprawnieniu, które jednocześnie jest dodatkową ochroną mechaniczną sensora. Po manewrach z sensorem Marconi, należy odczekać dobre 15 minut na wyrównanie temperatury sensora z temperaturą panującą w laboratorium.

Zastosowana zaawansowana obudowa w technologii plastikowej w HP-437B łączy w sobie lekkość tworzywa sztucznego z efektywnością ekranowania metalu, dzięki czemu 437B jest miernikiem mocy spełniającym specyfikacje EMI MIL-STD-461C

 

Drobna ale bardzo istotna modyfikacja

Ja ten problem rozwiązałem owijając sensor gąbką polietylenową, stosowaną w opakowaniach do zabezpieczania produktów przed zarysowaniami, wstrząsami i uderzeniami. Bardziej eleganckim sposobem, było by wydrukowanie za pomocą drukarki 3D plastikowych okładek zgrabnie obejmujących power sensor. Tak wykonana izolacja termiczna, była by jednocześnie ochroną mechaniczną, profesjonalnie wykonanej, metalowej obudowy doskonałych sensorów Marconi.

Co do sensorów sprawa jest jasna, natomiast mikrofalowy miernik mocy HP-437B ma kilka istotnych zalet nad Marconi 6960B, są to:

Jasno i logicznie rozdzielone funkcje pomiaru relatywnego i z offsetem.

Sprawniejszy system uśredniania wyników, nie występuje nieustanna fluktuacja ostatniej cyfry na niskich zakresach mocy.

Wyższa rozdzielczość pomiarów, 5 cyfr zamiast czterech.

Stabilniejsze źródło mocy wzorcowej 1 mW.

Możliwość wprowadzenia do pamięci miernika 10 różnych power sensorów razem z poprawkami kalibracyjnymi na 30 różnych częstotliwościach.

Pozwala na tworzenie opisów wprowadzonych do pamięci miernika sensorów, to bardzo duże udogodnienie.

Umożliwia ustawienie limitów mocy, różnych filtrów i przeprowadzenia self testu.

Mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B jest bardziej zaawansowany technologicznie od MARCONI 6960B.

A gdyby tak połączyć jakąś przejściówką sensory Marconi z miernikiem mocy HP-437B ? Hybryda powstała z takiego połączenia stała by się perfekcyjnym miernikiem, bardzo dokładnym i bardzo funkcjonalnym.

 

Wewnętrzne źródło mocy wzorcowej jest jednym z najistotniejszych komponentów mierników mocy

Precyzja wewnętrznego wzorca mocy w mikrofalowym mierniku mocy w.cz. HP-437B jest bardzo dobra, lecz już nie jest tak perfekcyjna jak w modelu HP-435. Po włączeniu wskazywany poziom to 999.0 uW, by po kilku godzinach wygrzewania ustalić się na poziomie 1000 uW. Nie wiem jak ten wzorzec zachowuje się w funkcji temperatury, nie zamierzam go wyciągać z miernika i poddawać wyczerpującym testom. Zachowanie wzorca mocy zaraz po włączeniu, wskazuje że nie jest to ideał, więc szkoda na niego czasu. Błąd 1 uW od razu po włączeniu to odchylenie zaledwie 0.1%, a więc pięciokrotnie lepiej niż dokładność samego miernika 0.5%. Po dłuższym wygrzaniu błąd się niweluje, więc tak naprawdę nie można mieć pretensji do HP bo jest bardzo dobrze. Szkoda że nie idealnie jak w mierniku HP-435, lecz dużo lepiej niż w Marconi 6960B z „oryginalnym” wewnętrznym wzorcem mocy.

 

Można mierzyć od razu po włączeniu, lecz precyzyjnie po 2 godzinach.

Długo wygrzewany mikrofalowy miernik mocy w.cz. HP-437B z podłączonym sensorem do wewnętrznego wzorca mocy, po wyzerowaniu i autokalibracji, wskazujący 1000.0 uW wyłączamy. Włączymy ponownie po kilku godzinach, a błąd wspólny power sensora oraz miernika mocy to 0.3%, na LCD 1003.0 uW. Po 30 minutach wygrzewania odchyłka zmniejsza się do 1001.5 uW, po 1 godzinie 1000.7 uW. Po wygrzewaniu 2 godzinnym ustali się na poziomie 1000.0 uW i już tak zostanie. Od razu po włączeniu bez żadnych zerowań i kalibracji mamy błąd 0.3% czyli mieści się w tolerancji 0.5% miernika. Całkowitą stabilność i niezmienność wskazywanych poziomów mocy miernik uzyskuje dopiero po 2 godzinach. Stosunkowo długo, lecz taki stan miernika jest wymagany TYLKO dla super precyzyjnych pomiarów stabilności innych wzorców. Zazwyczaj HP437B można używać natychmiast po włączeniu, tylko najbardziej wymagające pomiary wymagają wygrzewania dwu godzinnego.

HP-437B wygrzany przez 2 godziny, wyzerowany i poddany autokalibracji, pozostawiony na długi okres czasu na pomiarze 1.000mW, nie zmienia wyniku. Nawet po tygodniu czy miesiącu nadal obserwujemy 1.000 mW, pod warunkiem że w pomieszczeniu panuje stała temperatura.

Wzrost temperatury power sensora powoduje wzrost wskazań, czyli sensor ma dodatni współczynnik temperaturowy. Wzrost temperatury w pomieszczeniu powoduje spadek wskazań, co sugeruje że miernik reaguje odwrotnie niż power sensor, wykazując ujemny współczynnik temperaturowy. Miernik zdecydowanie bardziej reaguje na zmiany temperatury, ponieważ niweluje dodatni współczynnik temperaturowy power sensora i przeciąga go w drugą stronę.

 

Skoro nie ma ideałów to lepsze dwa niż jeden

Pomimo braku doskonałości wzorca w HP-437B, gdybym musiał dokonać wyboru, to ze względu na walory miernika cyfrowego wybrał bym HP-437B. Ze względu na specyficzne zastosowania analogowych mierników mocy, oraz rewelacyjny wewnętrzny wzorzec, warto kupić HP-435 i trzymać w swoich zasobach. Analogowe mierniki mocy HP-435B są lepsze do strojenia oraz wszelkich regulacji a także mają bardzo niską cenę na rynku wtórnym. Znając zalety analogowych mierników mocy, oraz niską cenę na rynku wtórnym, warto jeden kupić, jako zapasowe zewnętrzne źródło mocy wzorcowej.

Jeżeli zapasowy wzorzec mocy będzie wykazywał 1.000mW, oraz aktualnie używany wewnętrzny wzorzec w mierniku, wykazuje również 1mW, to jest dobrze. Nie ma możliwości żeby wspólnie odpłynęły dokładnie tyle samo i w tym samym kierunku. Dopóki poziomy mocy wewnętrznych źródeł referencyjnych, dwóch różnych mierników mocy nie rozjadą się, to wzorce mocy są wiarygodne. Dopóki nie zauważymy różnic, nie musimy myśleć o oddawaniu mierników do zewnętrznego laboratorium w celu przeprowadzenia kalibracji.

 

Ergonomia

Czytelność wyświetlacza quasi alfanumerycznego jest gorsza niż w Marconi 6960B, zdecydowanie mniejsze cyfry, oraz trochę mniej kontrastowe. Jak powszechnie wiadomo, kontrast wyświetlaczy LCD jest silnie zależny od kąta obserwacji. Najlepszy kontrast osiągamy obserwując wyświetlacz HP-437B nieco z góry, miernik powinien znajdować się poniżej linii wzroku. Odmiennie wygląda to w Marconi 6960B, miernik powinien znajdować się na równi z linią wzroku lub nieco powyżej. Jeżeli posiadamy obydwa mierniki mocy to optymalnym ustawieniem będzie: miernik Marconi 6960B na górze a pod nim HP-437B. W takim ustawieniu obydwa mierniki będą prezentowały bardzo kontrastowe odczyty.

Obydwa mierniki powstawały w mniej więcej tym samym okresie czasu, zapewne były dla siebie technologicznie konkurencyjnymi produktami. Instrukcja mojego HP-437B została wydrukowana w 1991 roku, czyli prawie 30 lat a miernik jest nadal w doskonałej kondycji. Pod względem ułatwiających użytkowanie właściwości, typowych dla miernika cyfrowego HP-437B zdecydowanie przewyższa Marconi 6960B. Przykładem jest możliwość wpisania do pamięci miernika power sensorów oraz definiowania dla każdego z sensorów indywidualnej, częstotliwościowej tabeli współczynników kalibracyjnych. HP-437B wykorzystuje doskonalszy sposób uśredniania wyników w porównaniu do MARCONI 6960B. W HP-437B nie występuje zjawisko nieustannej fluktuacji wyświetlanego wyniku, na najniższym zakresie pomiarowym. Obydwa mierniki są stosunkowo łatwe w obsłudze, jednak HP-437B wymaga większego zaangażowania w naukę obsługi z powodu mnogości funkcji. Pomimo leciwego wieku, obydwa mierniki charakteryzują się wystarczającą funkcjonalnością obsługi oraz bardzo dużą dokładnością pomiarową.

 

Zarówno Marconi 6960B jak i HP-437B są miernikami przeznaczonymi do pracy w warunkach dobrego oświetlenia, przeważnie dziennego.

Obydwa mierniki wyposażone są w wyświetlacze LCD, wtedy to była „obowiązująca technologia”, szczególnie porównując do HP-436 z wyświetlaczem na LED’ach. Obydwa modele są obarczone dość poważną wadą, żaden z nich nie ma podświetlenia LCD. W słabym wieczornym oświetleniu nie wiele widać, mierniki te wymagają dobrego i jasnego oświetlenia. Technologia wyświetlaczy LED wydawała się przestarzała, bardziej awaryjna oraz energochłonna, lecz nie jest obarczona problemem widoczności wyników przy słabym oświetleniu. Zapewne z tego powodu następnym miernikiem mocy HP, jest model HP-438A wyposażony w wyświetlacz LED, oraz możliwość podłączenia dwóch sensorów. Ciekawe obserwacje tego miernika opisał Australijski radioamator pod tym adresem:   http://vk4zxi.blogspot.com/2015/09/hp-437b-power-meter-new-toy-traps-for.html

Procedura szybkiej kalibracji: 

1. Włącz zasilanie.  

2. Podłącz kabel 11730A oraz power-sensor do wyjścia Power Ref, 8481A bezpośrednio, 8484A wymaga tłumika 11708A 30dB. 

3. Naciśnij przycisk ZERO i poczekaj na zakończenie procesu. 

4. Naciśnij SHIFT następnie POWER REF.

5. Naciśnij SHIFT następnie (ZERO CAL), teraz wprowadź współczynnik kalibracyjny sensora przy częstotliwości 50 MHz. Zwykle będzie to pierwszy współczynnik kalibracyjny i znajduje się na samym szczycie drukowanej etykiety każdego czujnika. Przykładowo, gdy współczynnik kalibracyjny na czujniku dla 50 MHz określono na 99.5 to wprowadzisz tę wartość, za pomocą strzałek góra / dół oraz lewo / prawo aby odpowiednio zmienić cyfry. Po wprowadzeniu prawidłowego współczynnika kalibracyjnego naciśnij klawisz Enter. Proces kalibracji zakończy się w ciągu 3-4 sekund.

6. Wyświetlacz powinien teraz odczytywać 1mW lub 0dBm dla 8481A i 1μW lub -30dBm dla 8484A. 

7. Odłącz czujnik od wyjścia Power Ref.

8. Ja osobiście zalecam nie wyłączać źródła referencyjnego 1 mW, niech pracuje na stałe, zawsze wygrzane i gotowe do pracy.

Raz na kilka lat warto skontrolować dokładność ustawień zakresów pomiarowych przy pomocy kalibratora zakresów HP 11683A Range Calibrator

Lista artykułów szczegółowo opisujących profesjonalne mierniki mocy w.cz. w tym mikrofal oraz akcesoriów pomocniczych