Ардуино – уникальный микроконтроллер, позволяющий вам создать любое устройство, ограниченное лишь фантазией инженера. Сегодня мы поговорим об одном из таких проектов и разберём антенный анализатор на Ардуино, а также все нюансы, с которыми вам придётся столкнуться при его пайке и программировании.
На самом деле анализатор спектра на Ардуино – достаточно простой проект, но идеально подойдёт новичкам и тем, кто хочет добавить данное устройство к себе в инструментарий. Давайте разберём, что такое логический анализатор на Аrduino, и какие подводные камни вас ожидают при его проектировке и пайке.
Схема логического анализатора на базе МК Arduino
Для начала необходимо спроектировать то, что мы будем паять. Логический анализатор является простым инструментом, вся его задача состоит в считывании и анализе двоичного кода (цифрового сигнала), передаваемого при помощи подачи электричества.
Иными словами, каждые 5 вольт подаваемые на устройство – это единичка, отсутствие таковых – это ноль. Такой двоичный код используется при кодировке данных и во многих устройствах, в том числе на основе Ардуино. Читаться начинает, как правило, с единицы. А чтобы проверить свой проект с двоичной кодировкой, вам и пригодится логический анализатор.
Проще всего испробовать устройство на шине I2C, что применяется в большинстве электронных устройств и по сей день. Чтобы разобраться, что нам нужно проектировать, давайте рассмотрим главные характеристики устройства:
- 4 канала для логического анализа поступающих сигналов.
- Вариативность частоты сигналов вплоть до 400 кГц, такой промежуток охватит большую часть современных приборов, кроме специализированных.
- Напряжение на входе должно составлять до +5 Вольт, как уже описывалось, это стандарт, принимаемый за единицу (наличие сигнала).
- LED дисплей для отображения информации. Особенно изощрённые программисты могут купить пару светодиодов и выстроить собственный дисплей нужной им диагонали, но для всех остальных – написание ПО под такое устройство будет слишком трудоёмким, и окажется лишним шагом. Поэтому здесь мы рассмотрим вариант устройства именно с ЖК дисплеем.
- 4 аккумулятора для питания, на 1.2 В при максимальном напряжении в 4.8 Вольт.
- Оперативная память. Желательно взять две разновидности – скоростную (3.6мс на сигнал) и низкоскоростную (36 с), такое решение позволит охватить весь диапазон сигналов.
- Панель управления или пара кнопок.
- Любая оболочка под крепление конструкции. Можно распечатать на 3-Д принтере, можно взять ненужный пластиковый коробок или обойтись вовсе без корпуса. Здесь мы не будем давать советов, устройство работает, что в оболочке, что без, выбор остаётся за вами.
Для питания вам необходимо подобрать именно аккумуляторы, так как 4 батарейки по 1.5 Вольта могут вывести Ардуино из строя и сжечь плату. Не говоря уже об опасности для ЖК дисплея. Поэтому не поскупитесь, и возьмите качественные комплектующие. Ведь качество конечного изделия равно параметру худшего его компонента.
Не забудьте добавить к конечной схеме переключатель S1, который будет использоваться для подачи питания и отключения прибора, чтобы аккумуляторы не разряжались попросту.
Потребуются и специальные подтягивающие резисторы, которые позволят исключить ложные данные, что могут появляться из-за электромагнитного поля пальцев сигнальных щупов. В результате помехи и искажения на цифровых входах будут минимальны.
Светодиод вы можете взять по своему желанию, он необходим для индикации наличия цифрового сигнала, и вполне заменяется ПО под ЖК дисплей. Такое решение удобно лишь в качестве показателя записи цифровых сигналов в память, но вы, в любом случае, будете активировать прибор вручную, так что подобная индикация, при необходимости, может быть убрана.
Рекомендуемая периферия для создания логического анализатора на базе микроконтроллера Arduino
Из всего вышеописанного вы уже успели составить примерный список периферии для покупки, но давайте уточним этот момент. В логическом анализаторе вам потребуется:
- Сам микроконтроллер Ардуино. Не имеет разницы, какой вы подберёте, это лишь повлияет на конечный размер устройства. ПО под любую версию выглядит одинаково. На фото выше был использована плата Arduino Uno.
- ЖК дисплей. Если у вас имеется старый кнопочный телефон, можете снять с него, и устроить «безотходное» производство.
- Резисторы различной ёмкости.
- Датчик тока.
- 4 аккумулятора.
- Светодиод или парочка.
- Карта памяти, но это опционально.
Помимо этого, вам, естественно, потребуется паяльник, припой и прочие принадлежности. Лучше заранее найти место, где вы будете всё это собирать. А если работаете с паяльником впервые, изучите правила пожарной безопасности и особенности его эксплуатации, чтобы по 10 раз не перепаивать каждую деталь.
Программирование МК Arduino при реализации проекта «логический анализатор»
Благодаря популярности Ардуино существуют уже готовые библиотеки и функции для логических анализаторов на этом МК. Вам остаётся лишь подобрать подходящую и переписать программный код под своё устройство. Ведь платы, датчики и прочие вводные у всех различаются, и чтобы ваше устройство работало без проблем, придётся подогнать чужой код под свои запросы. Если же вы не хотите лишний раз заморачиваться и у вас есть опыт программирования на С++, можете воспользоваться любой полюбившейся средой.
Код для схемы на фото выше может быть таким:
/***********************************
128 by 64 LCD Logic Analyzer 6 channel and 3Mb/s
By Bob Davis
Uses Universal 8bit Graphics Library, http://code.google.com/p/u8glib/
Copyright (c) 2012, olikraus@gmail.com All rights reserved.
********************************************/
#include "U8glib.h"
// 8Bit Com: D0..D7: 8,9,10,11,4,5,6,7 en=18, di=17,rw=16
//U8GLIB_ST7920_128X64_4X u8g(8, 9, 10, 11, 4, 5, 6, 7, 18, 17, 16);
// **** NOTE **** I Moved the three control pins !!!
U8GLIB_ST7920_128X64_4X u8g(8, 9, 10, 11, 4, 5, 6, 7, 1, 2, 3);
int Sample[128];
int Input=0;
int OldInput=0;
int xpos=0;
void u8g_prepare(void) {
u8g.setFont(u8g_font_6x10);
u8g.setFontRefHeightExtendedText();
u8g.setDefaultForegroundColor();
u8g.setFontPosTop();
}
void DrawMarkers(void) {
u8g.drawFrame (0,0,128,64);
u8g.drawPixel (20,1);
u8g.drawPixel (40,1);
u8g.drawPixel (60,1);
u8g.drawPixel (80,1);
u8g.drawPixel (100,1);
u8g.drawPixel (20,62);
u8g.drawPixel (40,62);
u8g.drawPixel (60,62);
u8g.drawPixel (80,62);
u8g.drawPixel (100,62);
}
void draw(void) {
u8g_prepare();
DrawMarkers();
// wait for a trigger of a positive going input
Input=digitalRead(A0);
while (Input != 1){
Input=digitalRead(A0);
}
// collect the analog data into an array
// No loop is about 50% faster!
Sample[1]=PINC; Sample[2]=PINC; Sample[3]=PINC; Sample[4]=PINC;
Sample[5]=PINC; Sample[6]=PINC; Sample[7]=PINC; Sample[8]=PINC;
Sample[9]=PINC; Sample[10]=PINC; Sample[11]=PINC; Sample[12]=PINC;
Sample[13]=PINC; Sample[14]=PINC; Sample[15]=PINC; Sample[16]=PINC;
Sample[17]=PINC; Sample[18]=PINC; Sample[19]=PINC; Sample[20]=PINC;
Sample[21]=PINC; Sample[22]=PINC; Sample[23]=PINC; Sample[24]=PINC;
Sample[25]=PINC; Sample[26]=PINC; Sample[27]=PINC; Sample[28]=PINC;
Sample[29]=PINC; Sample[30]=PINC; Sample[31]=PINC; Sample[32]=PINC;
Sample[33]=PINC; Sample[34]=PINC; Sample[35]=PINC; Sample[36]=PINC;
Sample[37]=PINC; Sample[38]=PINC; Sample[39]=PINC; Sample[40]=PINC;
Sample[41]=PINC; Sample[42]=PINC; Sample[43]=PINC; Sample[44]=PINC;
Sample[45]=PINC; Sample[46]=PINC; Sample[47]=PINC; Sample[48]=PINC;
Sample[49]=PINC; Sample[50]=PINC; Sample[51]=PINC; Sample[52]=PINC;
Sample[53]=PINC; Sample[54]=PINC; Sample[55]=PINC; Sample[56]=PINC;
Sample[57]=PINC; Sample[58]=PINC; Sample[59]=PINC; Sample[60]=PINC;
Sample[61]=PINC; Sample[62]=PINC; Sample[63]=PINC; Sample[64]=PINC;
Sample[65]=PINC; Sample[66]=PINC; Sample[67]=PINC; Sample[68]=PINC;
Sample[69]=PINC; Sample[70]=PINC; Sample[71]=PINC; Sample[72]=PINC;
Sample[73]=PINC; Sample[74]=PINC; Sample[75]=PINC; Sample[76]=PINC;
Sample[77]=PINC; Sample[78]=PINC; Sample[79]=PINC; Sample[80]=PINC;
Sample[81]=PINC; Sample[82]=PINC; Sample[83]=PINC; Sample[84]=PINC;
Sample[85]=PINC; Sample[86]=PINC; Sample[87]=PINC; Sample[88]=PINC;
Sample[89]=PINC; Sample[90]=PINC; Sample[91]=PINC; Sample[92]=PINC;
Sample[93]=PINC; Sample[94]=PINC; Sample[95]=PINC; Sample[96]=PINC;
Sample[97]=PINC; Sample[98]=PINC; Sample[99]=PINC; Sample[100]=PINC;
Sample[101]=PINC; Sample[102]=PINC; Sample[103]=PINC; Sample[104]=PINC;
Sample[105]=PINC; Sample[106]=PINC; Sample[107]=PINC; Sample[108]=PINC;
Sample[109]=PINC; Sample[110]=PINC; Sample[111]=PINC; Sample[112]=PINC;
Sample[113]=PINC; Sample[114]=PINC; Sample[115]=PINC; Sample[116]=PINC;
Sample[117]=PINC; Sample[118]=PINC; Sample[119]=PINC; Sample[120]=PINC;
Sample[121]=PINC; Sample[122]=PINC; Sample[123]=PINC; Sample[124]=PINC;
Sample[125]=PINC; Sample[126]=PINC; Sample[127]=PINC;
// display the collected analog data from array
for(int xpos=0; xpos<128; xpos++) {
u8g.drawLine (xpos, ((Sample[xpos]&B00000001)*4)+4, xpos, ((Sample[xpos+1]&B00000001)*4)+4);
u8g.drawLine (xpos, ((Sample[xpos]&B00000010)*2)+14, xpos, ((Sample[xpos+1]&B00000010)*2)+14);
u8g.drawLine (xpos, ((Sample[xpos]&B00000100)*1)+24, xpos, ((Sample[xpos+1]&B00000100)*1)+24);
u8g.drawLine (xpos, ((Sample[xpos]&B00001000)/2)+34, xpos, ((Sample[xpos+1]&B00001000)/2)+34);
u8g.drawLine (xpos, ((Sample[xpos]&B00010000)/4)+44, xpos, ((Sample[xpos+1]&B00010000)/4)+44);
u8g.drawLine (xpos, ((Sample[xpos]&B00100000)/8)+54, xpos, ((Sample[xpos+1]&B00100000)/8)+54);
}
}
void setup(void) {
pinMode(A0, INPUT);
pinMode(A1, INPUT);
pinMode(A2, INPUT);
pinMode(A3, INPUT);
pinMode(A4, INPUT);
pinMode(A5, INPUT);
// assign default color value
if ( u8g.getMode() == U8G_MODE_R3G3B2 )
u8g.setColorIndex(255); // RGB=white
else if ( u8g.getMode() == U8G_MODE_GRAY2BIT )
u8g.setColorIndex(3); // max intensity
else if ( u8g.getMode() == U8G_MODE_BW )
u8g.setColorIndex(1); // pixel on, black
}
void loop(void) {
// picture loop
// u8g.firstPage();
do { draw(); }
while( u8g.nextPage() );
// rebuild the picture after some delay
delay(100);
} Не забудьте скачать библиотеки для работы с Ардуино. А также учитывать, что вывод идёт на ЖК экран. По окончанию написания софта просто подгрузите его на плату с помощью специального переходника под usb.
Может случиться так, что из-за особенностей отображения информации на ЖК дисплее, вам не хватит постоянной памяти устройства. В таком случае имеет смысл докупить флешку и прикрепить её к системе. Благо делается это достаточно просто, а всё, что вам потребуется – специальный переходник под ваш форм-фактор физического накопителя.
19 февраля 2018 в 14:50
| Обновлено 7 ноября 2020 в 01:21 (редакция)
Опубликовано: Редакция
Статьи, Arduino
Всем привет! Настала весна, время ставить хорошие передающие антенны. Появляется проблема — как настраивать антенны в резонанс? Конечно, можно использовать КСВ-метр и трансивер, но тогда придется каждый раз после корректировки длины элементов бежать домой и проверять КСВ по диапазонам. Это очень неудобно, и мне пришла в голову мысль изготовить простой антенный анализатор.
В наличии у меня было: Arduino Nano, AD9850 и различная рассыпуха. «Гугление» привело меня на сайт австралийского радиолюбителя VK3YY.
Схема анализатора очень проста:
Печатная плата будет во вложении снизу. Вытравил ее используя метод ЛУТ. Получилось, правда, немного криво, часть дорожек перетравились, но что поделать. Плата с нанесенным тонером:
Диоды пришлось заменить отечественные Д9, т.к. в своем городе нужных не нашел, а заказывать и ждать потом слишком долго.
Получилось вот такое устройство:
После сборки в Ардуино был залит скетч с сайта автора. Программа для работы с данным анализатором будет также во вложении.
Устройство собрано, прошивка залита… что дальше? Дальше запускаем программу VNA, выбираем COM порт нашего анализатора и ждем Connect:
На графике ничего нет, т.к. у нас в гнездо антенны ничего не подключено, КСВ бесконечен. Теперь подключаем эквивалент нагрузки 50 Ом и нажимаем Sweep:
На графике КСВ во всей полосе частот 1 — устройство работает. Можно приступать к установке и настройке антенн.
На 7 МГц было принято решение изготовить диполь. Модель антенны была рассчитана в Mmana-gal под мои провода и высоты размещения антенны.
И график КСВ получившейся антенны:
Все получилось так, как и планировалось. Подведем итоги: устройство полноценным анализатором назвать нельзя, так как оно не показывает активное и реактивное сопротивления антенны. Но даже имея такой простой прибор можно изготавливать и настраивать несложные антенны.
Достоинства устройства:
- Простота;
- Дешевизна компонентов;
Недостатки:
- Не отображает сопротивления;
- Необходим компьютер для проведения измерений, что не очень удобно в походе.
Решено попробовать сделать устройство автономным и примерно научить определять сопротивления, но это тема следующей статьи…
Схема, печатная плата (формат для DipTrace), скетч для ардуино, программа для снятия графиков: https://yadi.sk/d/TZG2pkH2comc1w
Литература: https://vk3yy.wordpress.com/2014/09/29/antenna-analyser-project/
В наше время радиоволны перестали быть чем-то неизведанным. Радиолюбители стали появляться повсюду. В их работе или увлечении напрямую задействуется такой прибор, как антенный анализатор. Что это такое, какие существуют его виды и как он работает, будет рассмотрено в этой статье далее.
Анализатор RigExpert
Существует множество разнообразных моделей, однако в статье будут рассмотрены только некоторые из них. Одно из многофункциональных устройств — это RigExpert AA 600. Предназначение данного прибора — это настройка, проверка и ремонт антенн, а также антенно-фидерных трактов. Ключевыми показателями этого прибора является КСВ — коэффициент стоячей волны — и импеданс. Обе эти характеристики имеют графическое отображение на данном устройстве.
Кроме этого, есть такие дополнительные функции, как память графиков, подключение к компьютеру, а также удобные в плане использования режимы измерения. Все это делает модель RigExpert AA 600 довольно приемлемой в использовании как профессионалами, так и любителями. Также у этого прибора есть еще два отличительных режима измерения, которые выделяют его из общей массы, это МультиКСВ™ и SWR2Air™. Для того чтобы было намного проще находить какие-либо неисправности на кабельных линиях, этот антенный анализатор обладает встроенным режимом анализа неоднородностей по линии передачи.
Технические характеристики
Прибор для настройки антенн RigExpert
обладает следующими техническими параметрами:
- Частотный диапазон прибора — от 0,1 до 600 МГц.
- Дискретность или периодичность ввода частоты для этого прибора составляет 1 кГц.
- Проводить измерения данным устройством можно в системах с сопротивлением 25, 50, 75, 100 Ом.
- Диапазон измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) в числовых значениях — от 1 до 100, а в графическом режиме — от 1 до 10.
- Отображается КСВ как закрашенная полоса или же как цифровая индикация.
- Есть возможность опциональной калибровки в графическом режиме КСВ, а также на R, X и круговой диаграмме Смита.
Питание для данной модели может осуществляться из следующих источников:
- Щелочными батареями в количестве 3 штук с напряжением каждой 1,5 В. Типоразмер для этих батарей — АА.
- Никель-метал-гидридными батареями также в количестве 3 штук, каждый из которых имеет напряжение в 1,2В, а емкость — от 1800 до 3000 мА·ч.
Время работы данной модели составляет максимум 3 часа в режиме непрерывных измерений или же двое суток, если прибор находится в «дежурном» режиме. Данные временные отрезки пригодны для свежезаряженных элементов питания прибора.
Меры предосторожности
Существует несколько правил, которых нужно придерживаться при использовании данного антенного анализатора.
- Строго запрещается проводить какие-либо измерения или просто подключать прибор к антенне во время грозы. Удар молнии, а также то статическое напряжение, которое накапливается в антенне, являются смертельно опасными для человека.
- Нельзя оставлять прибор подключенным к антенне после того, как работа была окончена. Удар грозы или же другой включенный рядом передатчик могут вывести его из строя.
- Запрещается подавать на вход устройства сигналы с высокой частотой, а также включать передатчик, если рядом уже имеется другой рабочий передатчик радиоволн.
- Необходимо перед подключением заземлять кабель. Это деляется для того, чтобы избежать удара током от статистического разряда электричества, имеющегося в кабеле.
- Не рекомендуется оставлять прибор для настройки антенн включенным, если все необходимые измерения выполнены. Это будет мешать работающим рядом передатчикам.
Обзор модели SARK
Прибор данной фирмы появился довольно давно и в свое время являся лучшим по такому соотношению, как цена-качество. Но и на сегодняшний день это устройство вполне успешно эксплуатируется и пользуется спросом.
Модель SARK 110 — это векторный измеритель комплексных сопротивлений. Измерение осуществляется в диапазоне от 0.1 до 230 МГц. Кроме того, это устройство также показывает КСВ и R-L-C в последовательном, а также параллельном эквиваленте. Кроме этих показателей, прибор также показывает добротность, фазу, коэффициент отражения подключенной нагрузки. К тому же может измерить длину кабеля и расстояние до того момента, где находится неоднородность.
Вывод данных осуществляется на экран размером в 3 дюйма в качестве обычных круговых диаграмм Вольтера — Смита или же в качестве обычных числовых показателей. В случае если экран кажется слишком маленьким, есть возможность через USB-кабель подключить устройство к компьютеру и выводить данные на его монитор.
Предназначение модели SARK
Стоит сказать о том, что данный антенный анализатор — это очень серьезный прибор, который обладает большим набором самых разнообразных функций. Для того чтобы описать их все, понадобится довольно много времени, а потому будут приведены лишь основные из них.
Прибор обладает синтезатором для выполнения следующих функций:
- Возможность прямого цифрового синтеза с точностью до 1 Гц.
- Синусоидальный выходной сигнал.
- Рабочий диапазон частот от 0,1 до 230 МГц.
Данная модель также может измерять следующие параметры:
- Комплексный импеданс в последовательном и параллельном эквиваленте, в прямоугольных или полярных координатах.
- Коэффициент отражения в тех же прямоугольных или параллельных эквивалентах.
- КСВ, потери на отражение, а также процент отраженной мощности.
- Последнее, что может измерять данный анализатор, — это добротность, индуктивность и эквивалентная емкость.
Особенности работы
Данный антенный анализатор наделен некоторыми общими особенностями, распространяющимися на все виды работы, которые может выполнять эта модель.
- Обладает возможностью предустановки для всех любительских диапазонов, которые попадают в полосу прибора.
- Обладает настраиваемым образцовым импедансом.
- Есть возможность сохранять все собранные данные в памяти анализатора, а после вызывать их оттуда при необходимости.
- Обладает предустановками для большинства популярных кабелей, использующихся для соединения.
- Есть возможность добавлять или же вычитать коэффициент передачи.
- белые или черные.
- Есть возможность настраивать вручную толщину графиков.
Кроме проведения анализа, это устройство может также выполнять следующие виды работ:
- Построение прямоугольных графиков.
- Построение круговой диаграммы Смита.
- Одночастотный режим.
- Измерение кабеля.
- Полевой режим.
- Многодиапазонный режим.
- Генератор высоких частот.
Также стоит добавить, что время автономной работы данного устройства составляет приблизительно 2,5 часа.
Анализатор АА-330М
Предназначение этого устройства — это иследование характеристики антенно-фидерного устройства КВ-диапазона. Прибор является портативным, а находится он в корпусе, который выполнен из ударопрочного пластика. Модель обладает широкими возможностями, которые подойдут и профессионалам, и любителям. Антенный анализатор АА-330М снабжен интерфейсом, который позволяет связываться с компьютером, а также обладает программным обеспечением, что еще сильнее расширяет возможности по исследованию характеристик различных антенн. Данная модель может работать в автоматическом режиме, в котором она будет сканировать выбранный диапазон частот. Также она может работать и в ручном режиме, в котором обладает удобным шаговым валкодером, имеющим, в свою очередь, функцию кнопки, чтобы можно было быстрее и удобнее выбирать параметры.
Возможности устройства
Модель обладает большим набором разнообразных возможностей. При проведении измерений на экране устройства отображаются такие параметры, как КСВ, частота, активная и реактивная составляющая сопротивления, а также знак реактивности. В то же время на экран компьютера будут выводиться все графики, которые возможно сохранить в данный момент. Эта функция очень удобна, так как эти графики можно вызвать и в дальнейшем, чтобы анализировать одновременно с новыми измерениями с других антенн. Таким образом, можно сравнивать показатели новых антенн со старыми, которые были давно демонтированы. Еще одна очень удобня функция — это автоматическое нахождение прибором резонансной частоты во время сканирования выбранного диапазона. Это экономит большое количество времени, а также сокращает затраты усилий на настройку антенны. При вращении ручки валкодера есть возможность просканировать все частоты с шагом в 1, 10, 100, 250 КГц.
Функции модели АА-330М
Модель АА-330М обладает возможностью работать как генератор синусоидального тока, который генерирует уровень сигнала на выходе в 1,4 В. Также присутствует возможность перестройки шага в 1, 10, 100, 250 КГц. Еще одна из функций прибора — это возможность работать с двумя разными фидерными линиями — в 50 и 75 Ом. Для этого у устройства присутствует два различных измерительных моста. Прибор снабжен функцией отключения подсветки на экране. Данное действие применяется при использовании прибора в «полевых» условиях и дает возможность увеличить время работы анализатора примерно на 30 %. Также имеется еще одна функция, которая позволяет записывать все полученные после сканирования данные на энергозависимую память прибора. Присутствует возможность последующего вывода записанных данных на экран монитора, а сохранение графиков происходит при выключении аппарата. Точность и надежность данного прибора были проверены на многочисленных опытах работы с антеннами R-SQUAD.
Антенно-фидерная система
Данная система предназначается для выполнения нескольких функций.
- Первая функция данной системы — это прием запросных сигналов, а также передача ответных в секторе, в котором действует курсовой радиомаяк.
- Вторая — это обеспечение совместной работы приемного, а также передающего устройства на общую антенну. Также обеспечивает переключение работы на резервный комплект в том случае, если основной рабочий выходит из строя по каким-либо причинам.
Также важно отметить, что антенно-фидерная система состоит из двух компонентов — это антенная система, а также фидерный тракт. В свою очередь, первый из двух указанных элементов включет в себя восемь различных излучателей, а также один делитель мощности, который распределяет ее по восьми различным направлениям. А в состав фидерной системы входят такие компоненты, как четыре направленных ответвителя, а также два коаксильных соединительных кабеля, поглощающих нагрузки.
Значение КСВ
В настоящее время КСВ-метры довольно распространены и широко применяются. Значение этих приборов велико, к тому же измерение КСВ, то есть коэффициента стоячей волны, широко применяется и в антенных анализаторах. Однако, несмотря на значительную роль этой аппаратуры, мало кто достоверно знает, что же все-таки измеряет такой КСВ-метр отдельно или встроенный в анализатор. Точно известно, что коэффициент стоячей волны в фидере определяется двумя параметрами. К ним относят входной импеданс антенны и волновое сопротивление фидера. Также важно отметить, что в практической части чаще всего измерение этих показателей необходимо проводить на небольшом удалении от самой антенны. Чаще всего таким местом является трансивер.
Как настроить ТВ
Для того чтобы настроить ТВ МТС, существует два способа. Один из них довольно прост. Он заключается в приобретении рекомендованного комплекта с мультимедийной приставкой. Преимущество данного метода в том, что в таком комплекте все каналы уже будут настроены. Однако при использовании САМ-модуля «МТС ТВ» Verimatrix придется настраивать все каналы самостоятельно. Для того чтобы сделать это, можно использовать распространенные в Интернете списки транспондеров, а также и прилагающиеся к ним диапазоны частот. Для поиска необходимых частот и их настройки также можно использовать анализаторы антенные, описанные выше.
При настройке антенно-фидерных систем важно правильно измерить
коэффициент стоячей волны (КСВ). Этот параметр в любительских условиях
обычно измеряется с помощью КСВ-метра на фиксированной частоте, а
частотная характеристика антенны строится рядом последовательных
замеров. Для однодиапазонной антенны этот классический метод вполне применим.
Но чтобы настроить таким образом 7-и диапазонную КВ антенну, в которой
изменение размеров одного конструктивного элемента влияет в разной
степени на ее параметры на нескольких диапазонах, потребуется масса
усилий и времени.
Тут необходим профессиональный антенный анализатор, который выведет на
дисплей или экран ноутбука график значения КСВ, а также активного и
реактивного сопротивления антенны в зависимости от частоты. Удобно и
наглядно. Именно к такому выводу я пришел, когда смонтировал на дачном
участке на крошечной, с трудом отвоеванной у жены площадке, всеволновую
КВ антенну GAP TITAN DX.
Во всей остроте встал вопрос – покупать фирменный антенный анализатор
или делать его своими руками. Учитывая, что этот прибор нужен не чаще раза в
год, а на приобретение антенны уже была потрачена изрядная сумма денег,
я склонился ко второму варианту.
Антенный анализатор должен быть по возможности простым, его настройка и
калибровка должна быть доступна в домашних условиях без использования
каких-либо образцовых приборов. Он должен обеспечивать панорамное
измерение КСВ, X и R с выводом графиков на экран компьютера и (или)
собственного дисплея в частотном диапазоне 1-30 МГц. Ну, и конечно,
стоимость комплектующих должна быть существенно ниже стоимости самого
дешевого серийно выпускаемого антенного анализатора. Противоречивые
требования…
В качестве контроллера я решил использовать готовую отладочную плату
Arduino Uno R3. И после длительных поисков и анализа существующих решений
нашел хороший вариант антенного анализатора, который доступен для
изготовления своими руками.
Впервые описание схемы, конструкции и принципа действия антенного анализатора,
удовлетворяющего, на мой взгляд, всем перечисленным требованиям, было опубликовано
в журнале «Funkamateur» №12 за 2004г. Авторы – Davide Tosatti (IW3HEV)
и Alessandro Zanotti (IW3IJZ)
. Журнал «Радиохобби»
в №1 за 2005г. опубликовал сокращенный перевод этой статьи. За прошедшее
с той поры десятилетие идея не только не устарела, но и получила дальнейшие развитие.
Польский радиолюбитель Jarek (SP3SWJ)
на своем сайте
разместил массу информации по дальнейшему развитию идеи. Множество вариантов
схем и конструкций от VNA MAX 1 до VNA MAX 6, масса ссылок.
Частотный диапазон от 1-30 МГц до 1-500 МГц. К сожалению, сайт, на мой взгляд,
совершенно «бестолковый». Очень сложно понять, какая прошивка и какая программа
для какой схемы. Где первая версия, а где последняя и т.п. Полную информацию,
необходимую для повторения, выловить очень не просто, а для некоторых схем
ее просто нет.
Davide (IW3HEV)
организовал серийное производство своего антенного
анализатора под брендом miniVNA .
Красивая коробочка позволяет проводить измерения в диапазоне от 100 КГц
до 200 МГц, а с дополнительным блоком и до 1,5 ГГц. Все хорошо, но почти
400€ за это чудо техники для российского радиолюбителя дороговато…
Схема и описание miniVNA опубликовано в журнале «A Radio. Praktica Elektronika»
№10 за 2007 г.
После этого краткого экскурса в историю перейдем к делу. Структурная
схема антенного анализатора VNA показана на рисунке.
Сигнал с генератора на основе DDS через направленный ответвитель
подается в исследуемую антенну. Сигналы с датчика прямой и отраженной
волны подаются на уникальную микросхему от Analog Devices – AD8302. На
ее выходе формируются два аналоговых сигнала. Первый пропорционален
отношению амплитуд входных сигналов, второй – разности их фаз.
Комплектующие для этого антенного анализатора в общем-то достаточно
редкие, но вполне доступные. Проблема в том, что найти все необходимые
компоненты у одного продавца невозможно. А если приобретать в разных
российских интернет магазинах, транспортные расходы становятся слишком
большими. К счастью, есть Aliexpress и eBay. В общем, без помощи
братского китайского народа я бы ничего не смог сделать.
Как я уже писал, основное требование к этой конструкции – простота
изготовления и минимальная стоимость. При сохранении необходимых
метрологических характеристик, разумеется. Поэтому я использовал в
конструкции два готовых модуля. Первый – это модуль синтезатора на
основе DDS AD9851. На небольшой плате смонтирована микросхема
синтезатора, тактовый генератор и вся необходимая обвязка. И стОит этот
модуль в Китае дешевле одной микросхемы DDS в России.
Второй модуль – «Arduino Uno». Это популярная отладочная плата на
основе микроконтроллера ATmega328. Она включает в себя микроконтроллер,
всю необходимую обвязку и конвертер USB-COM для связи с компьютером. И
опять же его стоимость в Китае соизмерима со стоимостью одного
микроконтроллера в России…
А вот измерительный модуль пришлось собирать самостоятельно. Его схема
показана на рисунке. Сигнал с модуля DDS подается на монолитный
усилитель DA1 типа GALI производства
Mini-Circuits .
Важнейшая часть измерительного модуля – направленный ответвитель T1. От
его качества зависит точность и частотный диапазон анализатора. Это так
называемый «Tandem Match» – трансформатор на двухдырочном бинокле.
Подробно методика изготовления «Tandem match» описана в статье в
упоминавшемся выше журнале Funkamateur и в pdf файле, ссылка на который
в конце этой странички.
К разъему X1 подключается антенна. В показанном на схеме отключенном
состоянии реле K1 сигналы прямой и отраженной волны с направленного
ответвителя через аттенюаторы 10 db на резисторах R9, R10, R15 и R11,
R12, R16 подаются на входы DA3 AD8302. Аттенюаторы нужны для исключения
перегрузки AD8302.
Этот антенный анализатор можно использовать и для исследования
амплитудно-частотных характеристик электрических цепей. При включенном
состоянии реле K1 сигнал с разъема X1 может быть подан на исследуемую
цепь, сигнал с выхода этой цепи подается на разъем X2. Таким образом
можно настроить полосовой фильтр, снять характеристику кварца и т.п.
Аналоговые сигналы, пропорциональные отношению амплитуд и разности фаз
прямой и отраженной волны с выхода DA3 подаются на АЦП микроконтроллера
ATmega328 в модуле Arduino Uno. Учитывая, что ноутбук в наше время перестал
быть роскошью, я решил на первом этапе отказаться от собственного
индикатора в этом антенном анализаторе. Вся информация выводится на
экран ноутбука, к которому анализатор подключается через интерфейс USB.
Дополнительного питания не требуется, хотя на плате и предусмотрен
стабилизатор на 5 В. Это в расчете на будущую модернизацию для
возможности работы в автономном режиме. Конечно, на крыше с ноутбуком не
всегда удобно, но зато читать информацию с большого экрана гораздо
комфортнее и нагляднее, чем с небольшого дисплея.
Подключение измерительного модуля к плате Arduino показано на рисунке
Программу для ATmega328 я написал на Си в среде CodeVisionAVR v2.05.0.
Совсем не обязательно программировать Arduino в ее фирменной среде. Это
имеет смысл только для тех, кто впервые сталкивается с программированием.
Тем же, кто имеет представление о других языках программирования, нет
никакой необходимости разбираться в синтаксисе и других тонкостях языка
Arduino. Ведь это упрощенный до предела Си, в котором отсутствует
встроенный отладчик, тщательно скрыты от пользователя все аппаратные
модули внутренней периферии контроллера. А о возможности ассемблерных
вставок даже и речи нет.
Есть, конечно и плюсы у Arduino. Основной, на мой взгляд, это
возможность загрузки программы в контроллер без программатора, используя
смонтированный на плате конвертер USB-COM. Как это сделать читайте в полном
описании, ссылка в конце этой странички. Предварительно потребуется скачать
последнюю версию программного обеспечения Arduino с
официального сайта
и установить из него драйвер конвертера USB-COM.
Для загрузки HEX файла в Arduino Uno потребуется также программа XLoader,
архив с дистрибутивом которой нужно скачать с
сайта ее автора .
Локальная ссылка есть в конце странички. Работа с программой проста и интуитивно понятна,
подробности в полном описании.
Несколько слов об использованных деталях. Все резисторы и неполярные
конденсаторы SMD типоразмеров 1206 или 0805. Индуктивности L1 и L2 могут
быть как SMD, так и обычные для монтажа в отверстия. Резисторы R4 и R6
калибровочные, необходимость их установки и номиналы определяются при наладке.
Стабилизатор DA2 в данной версии не используется, т.к. анализатор
питается от USB. Он установлен в расчете на будущую доработку
конструкции.
Обратите внимание на установку джамперов на модуле DDS. Они должны быть
установлены именно так, как показано на рисунке – замкнуты J1 и J3,
остальные разомкнуты. Схему и описание модуля DDS также можно скачать по ссылке
в конце странички.
Для наладки желательно иметь ВЧ вольтметр, а лучше осциллограф с
полосой пропускания хотя бы несколько мегагерц и частотомер. В крайнем
случае можно обойтись ВЧ пробником на диоде и мультиметром. Здесь я не буду
подробно описывать наладку, желающие могут ознакомиться с ней в полном описании,
Антенный анализатор работает под управлением программы Ig_MiniVNA.
Ее последнюю версию до недавнего времени можно было загрузить с сайта
http://clbsite.free.fr/. К сожалению, в 2015 г. ссылка перестала работать.
Так что загружайте с моего сайта. Ссылка ниже. Это последняя версия программы.
Действительно последняя, т.к. по утверждению автора при крахе компьютера
он потерял все… Но программа работает как на Windows XP, так и на Windows 7 64 бит.
Работа с программой проста и интуитивно понятна, детали смотрите в полном
описании, а также
на сайте SP3SWJ .
Этот сайт, к сожалению, только на польском языке и в большом беспорядке…
Для примера привожу вид окна программы при исследовании моей антенны в
диапазоне 40м. Наглядно видно, что резонанс сдвинут вниз по частоте.
Надо настраивать.
Частотный диапазон анализатора определяется в первую очередь
направленным ответвителем, материалом его сердечника, аккуратностью и
симметричностью намотки. Верхняя граница частотного диапазона зависит от
типа DDS. Теоретическое предельное значение – половина тактовой частоты
DDS, в данном случае это 90 МГц. Реально удовлетворительные параметры
обеспечиваются до частоты не более 1/4 тактовой, т.е до 45 МГц. Но
больше 30 МГц для КВ антенны и не нужно.
Антенный анализатор может работать под управлением еще одной программы — vna/J,
которую написал Dietmar Krause (DL2SBA)
. Ее можно скачать
с его сайта .
Программа написана на JAVA и может работать не только под Windows, но
также под Linux и Mac.
Разумеется, предварительно нужно установить на компьютер JAVA.
Интерфейс vna/J похож на IG_MiniVNA. Только после запуска программы из
списка поддерживаемых устройств нужно выбрать miniVNA. Работа с этими
программами практически аналогична. Для vna/J на страничке «Manuals» сайта DL2SBA
есть подробные инструкции по установке ПО, калибровке анализатора, а также
руководство пользователя.
Если эта конструкция Вас заинтересовала, можете ознакомиться с полным описанием,
скачать чертеж печатной платы измерительного блока в формате Sprint Layout, его
схему в формате sPplan, а также подробную методику изготовления направленного ответвителя
«Tandem match», прошивку и проект программы для Arduino Uno. Для удобства я
выкладываю все упомянутые выше статьи из журналов, а также программы Ig_MiniVNA и XLoader.
Внимание! При изготовлении печатной платы следует учитывать, что использованное
в схеме реле чувствительно к полярности подключения обмотки. Если на обмотку
подать напряжение обратной полярности, реле не сработает. Это может привести
к погрешности при калибровке прибора. Поэтому перед изготовлением печатной
платы следует уточнить по datasheet, куда нужно подавать плюс, а куда минус.
Можно просто подать на обмотку 5 вольт и убедиться, что контакты перекидываются.
Если полярность использованного вами реле не соответствует печатной плате,
следует подкорректировать рисунок дорожек. Если плата уже изготовлена,
придется резать дорожки — менять местами подключение выводов обмотки. Убедиться,
что реле срабатывает в уже собранном анализаторе можно, если отключить провод
«Rele» от Arduino и подключить его к +5 В.
– весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой
антенны
.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне
.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны
. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности»
Похожие материалы:
Антенный анализатор – весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой антенны.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности».
Антенный анализатор – весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой антенны.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности».
При настройке антенно-фидерных систем важно правильно измерить коэффициент стоячей волны (КСВ). Этот параметр в любительских условиях обычно измеряется с помощью КСВ-метра на фиксированной частоте, а частотная характеристика антенны строится рядом последовательных замеров. Для однодиапазонной антенны этот классический метод вполне применим.
Но чтобы настроить таким образом много диапазонную КВ антенну, в которой изменение размеров одного конструктивного элемента влияет в разной степени на ее параметры на нескольких диапазонах, потребуется масса усилий и времени.
Тут необходим дорогой или (полу)профессиональный антенный анализатор, который выведет на дисплей или экран график значения КСВ, а также активного и реактивного сопротивления антенны в зависимости от частоты. Удобно и наглядно.
Или даже такой, профисиональный, цена которого достигает 40.000$.
И вот встает вопрос – покупать достаточно дорогой или фирменный антенный анализатор или делать его своими руками. Учитывая, что этот прибор нужен не чаще раза, два в год. А все остальное время он будет хранится на «верхней полке». Если конечно не заниматься установкой и настройкой професионально. Смеюсь Или сделать самому (заказать) самодельный, не дорогостоящий, и доступных компонентов.
Антенный анализатор должен быть по возможности простым, его настройка и калибровка должна быть доступна в домашних условиях без использования каких-либо образцовых приборов. Он должен обеспечивать панорамное измерение КСВ, с выводом графиков на экран компьютера и (или) собственного дисплея в частотном диапазоне 1-30 МГц.
Все анализаторы, будь то самодельные или профи, используют практически одинаковый алгоритм, формулу для вычисления значений — измерительный мост. Разница заключается только в предложенном сервисе, комфортной работе, программном обеспечении, которое они используют.
В качестве контроллера можно использовать готовую плату Arduino Nano, плюс добавить стандартный модуль синтезатора частоты на AD9850.
Придется только соединить эти два модуля и дополнить платой с несколькими деталями измерительного моста по предложенной схеме.
В качестве «наглядного пособия», по которому можно периодически любоваться своими антеннами, используется компьютер, ноутбук с установленной простой, маленькой программкой. Управление прибором (железом) осуществляется стандартный кабелем через USB-порт.
– весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой
антенны
.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне
.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны
. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности»
Похожие материалы:
В наше время радиоволны перестали быть чем-то неизведанным. Радиолюбители стали появляться повсюду. В их работе или увлечении напрямую задействуется такой прибор, как антенный анализатор. Что это такое, какие существуют его виды и как он работает, будет рассмотрено в этой статье далее.
Анализатор RigExpert
Существует множество разнообразных моделей, однако в статье будут рассмотрены только некоторые из них. Одно из многофункциональных устройств — это RigExpert AA 600. Предназначение данного прибора — это настройка, проверка и ремонт антенн, а также антенно-фидерных трактов. Ключевыми показателями этого прибора является КСВ — коэффициент стоячей волны — и импеданс. Обе эти характеристики имеют графическое отображение на данном устройстве.
Кроме этого, есть такие дополнительные функции, как память графиков, подключение к компьютеру, а также удобные в плане использования режимы измерения. Все это делает модель RigExpert AA 600 довольно приемлемой в использовании как профессионалами, так и любителями. Также у этого прибора есть еще два отличительных режима измерения, которые выделяют его из общей массы, это МультиКСВ™ и SWR2Air™. Для того чтобы было намного проще находить какие-либо неисправности на кабельных линиях, этот антенный анализатор обладает встроенным режимом анализа неоднородностей по линии передачи.
Технические характеристики
Прибор для настройки антенн RigExpert
обладает следующими техническими параметрами:
- Частотный диапазон прибора — от 0,1 до 600 МГц.
- Дискретность или периодичность ввода частоты для этого прибора составляет 1 кГц.
- Проводить измерения данным устройством можно в системах с сопротивлением 25, 50, 75, 100 Ом.
- Диапазон измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) в числовых значениях — от 1 до 100, а в графическом режиме — от 1 до 10.
- Отображается КСВ как закрашенная полоса или же как цифровая индикация.
- Есть возможность опциональной калибровки в графическом режиме КСВ, а также на R, X и круговой диаграмме Смита.
Питание для данной модели может осуществляться из следующих источников:
- Щелочными батареями в количестве 3 штук с напряжением каждой 1,5 В. Типоразмер для этих батарей — АА.
- Никель-метал-гидридными батареями также в количестве 3 штук, каждый из которых имеет напряжение в 1,2В, а емкость — от 1800 до 3000 мА·ч.
Время работы данной модели составляет максимум 3 часа в режиме непрерывных измерений или же двое суток, если прибор находится в «дежурном» режиме. Данные временные отрезки пригодны для свежезаряженных элементов питания прибора.
Меры предосторожности
Существует несколько правил, которых нужно придерживаться при использовании данного антенного анализатора.
- Строго запрещается проводить какие-либо измерения или просто подключать прибор к антенне во время грозы. Удар молнии, а также то статическое напряжение, которое накапливается в антенне, являются смертельно опасными для человека.
- Нельзя оставлять прибор подключенным к антенне после того, как работа была окончена. Удар грозы или же другой включенный рядом передатчик могут вывести его из строя.
- Запрещается подавать на вход устройства сигналы с высокой частотой, а также включать передатчик, если рядом уже имеется другой рабочий передатчик радиоволн.
- Необходимо перед подключением заземлять кабель. Это деляется для того, чтобы избежать удара током от статистического разряда электричества, имеющегося в кабеле.
- Не рекомендуется оставлять прибор для настройки антенн включенным, если все необходимые измерения выполнены. Это будет мешать работающим рядом передатчикам.
Обзор модели SARK
Прибор данной фирмы появился довольно давно и в свое время являся лучшим по такому соотношению, как цена-качество. Но и на сегодняшний день это устройство вполне успешно эксплуатируется и пользуется спросом.
Модель SARK 110 — это векторный измеритель комплексных сопротивлений. Измерение осуществляется в диапазоне от 0.1 до 230 МГц. Кроме того, это устройство также показывает КСВ и R-L-C в последовательном, а также параллельном эквиваленте. Кроме этих показателей, прибор также показывает добротность, фазу, коэффициент отражения подключенной нагрузки. К тому же может измерить длину кабеля и расстояние до того момента, где находится неоднородность.
Вывод данных осуществляется на экран размером в 3 дюйма в качестве обычных круговых диаграмм Вольтера — Смита или же в качестве обычных числовых показателей. В случае если экран кажется слишком маленьким, есть возможность через USB-кабель подключить устройство к компьютеру и выводить данные на его монитор.
Предназначение модели SARK
Стоит сказать о том, что данный антенный анализатор — это очень серьезный прибор, который обладает большим набором самых разнообразных функций. Для того чтобы описать их все, понадобится довольно много времени, а потому будут приведены лишь основные из них.
Прибор обладает синтезатором для выполнения следующих функций:
- Возможность прямого цифрового синтеза с точностью до 1 Гц.
- Синусоидальный выходной сигнал.
- Рабочий диапазон частот от 0,1 до 230 МГц.
Данная модель также может измерять следующие параметры:
- Комплексный импеданс в последовательном и параллельном эквиваленте, в прямоугольных или полярных координатах.
- Коэффициент отражения в тех же прямоугольных или параллельных эквивалентах.
- КСВ, потери на отражение, а также процент отраженной мощности.
- Последнее, что может измерять данный анализатор, — это добротность, индуктивность и эквивалентная емкость.
Особенности работы
Данный антенный анализатор наделен некоторыми общими особенностями, распространяющимися на все виды работы, которые может выполнять эта модель.
- Обладает возможностью предустановки для всех любительских диапазонов, которые попадают в полосу прибора.
- Обладает настраиваемым образцовым импедансом.
- Есть возможность сохранять все собранные данные в памяти анализатора, а после вызывать их оттуда при необходимости.
- Обладает предустановками для большинства популярных кабелей, использующихся для соединения.
- Есть возможность добавлять или же вычитать коэффициент передачи.
- белые или черные.
- Есть возможность настраивать вручную толщину графиков.
Кроме проведения анализа, это устройство может также выполнять следующие виды работ:
- Построение прямоугольных графиков.
- Построение круговой диаграммы Смита.
- Одночастотный режим.
- Измерение кабеля.
- Полевой режим.
- Многодиапазонный режим.
- Генератор высоких частот.
Также стоит добавить, что время автономной работы данного устройства составляет приблизительно 2,5 часа.
Анализатор АА-330М
Предназначение этого устройства — это иследование характеристики антенно-фидерного устройства КВ-диапазона. Прибор является портативным, а находится он в корпусе, который выполнен из ударопрочного пластика. Модель обладает широкими возможностями, которые подойдут и профессионалам, и любителям. Антенный анализатор АА-330М снабжен интерфейсом, который позволяет связываться с компьютером, а также обладает программным обеспечением, что еще сильнее расширяет возможности по исследованию характеристик различных антенн. Данная модель может работать в автоматическом режиме, в котором она будет сканировать выбранный диапазон частот. Также она может работать и в ручном режиме, в котором обладает удобным шаговым валкодером, имеющим, в свою очередь, функцию кнопки, чтобы можно было быстрее и удобнее выбирать параметры.
Возможности устройства
Модель обладает большим набором разнообразных возможностей. При проведении измерений на экране устройства отображаются такие параметры, как КСВ, частота, активная и реактивная составляющая сопротивления, а также знак реактивности. В то же время на экран компьютера будут выводиться все графики, которые возможно сохранить в данный момент. Эта функция очень удобна, так как эти графики можно вызвать и в дальнейшем, чтобы анализировать одновременно с новыми измерениями с других антенн. Таким образом, можно сравнивать показатели новых антенн со старыми, которые были давно демонтированы. Еще одна очень удобня функция — это автоматическое нахождение прибором резонансной частоты во время сканирования выбранного диапазона. Это экономит большое количество времени, а также сокращает затраты усилий на настройку антенны. При вращении ручки валкодера есть возможность просканировать все частоты с шагом в 1, 10, 100, 250 КГц.
Функции модели АА-330М
Модель АА-330М обладает возможностью работать как генератор синусоидального тока, который генерирует уровень сигнала на выходе в 1,4 В. Также присутствует возможность перестройки шага в 1, 10, 100, 250 КГц. Еще одна из функций прибора — это возможность работать с двумя разными фидерными линиями — в 50 и 75 Ом. Для этого у устройства присутствует два различных измерительных моста. Прибор снабжен функцией отключения подсветки на экране. Данное действие применяется при использовании прибора в «полевых» условиях и дает возможность увеличить время работы анализатора примерно на 30 %. Также имеется еще одна функция, которая позволяет записывать все полученные после сканирования данные на энергозависимую память прибора. Присутствует возможность последующего вывода записанных данных на экран монитора, а сохранение графиков происходит при выключении аппарата. Точность и надежность данного прибора были проверены на многочисленных опытах работы с антеннами R-SQUAD.
Антенно-фидерная система
Данная система предназначается для выполнения нескольких функций.
- Первая функция данной системы — это прием запросных сигналов, а также передача ответных в секторе, в котором действует курсовой радиомаяк.
- Вторая — это обеспечение совместной работы приемного, а также передающего устройства на общую антенну. Также обеспечивает переключение работы на резервный комплект в том случае, если основной рабочий выходит из строя по каким-либо причинам.
Также важно отметить, что антенно-фидерная система состоит из двух компонентов — это антенная система, а также фидерный тракт. В свою очередь, первый из двух указанных элементов включет в себя восемь различных излучателей, а также один делитель мощности, который распределяет ее по восьми различным направлениям. А в состав фидерной системы входят такие компоненты, как четыре направленных ответвителя, а также два коаксильных соединительных кабеля, поглощающих нагрузки.
Значение КСВ
В настоящее время КСВ-метры довольно распространены и широко применяются. Значение этих приборов велико, к тому же измерение КСВ, то есть коэффициента стоячей волны, широко применяется и в антенных анализаторах. Однако, несмотря на значительную роль этой аппаратуры, мало кто достоверно знает, что же все-таки измеряет такой КСВ-метр отдельно или встроенный в анализатор. Точно известно, что коэффициент стоячей волны в фидере определяется двумя параметрами. К ним относят входной импеданс антенны и волновое сопротивление фидера. Также важно отметить, что в практической части чаще всего измерение этих показателей необходимо проводить на небольшом удалении от самой антенны. Чаще всего таким местом является трансивер.
Как настроить ТВ
Для того чтобы настроить ТВ МТС, существует два способа. Один из них довольно прост. Он заключается в приобретении рекомендованного комплекта с мультимедийной приставкой. Преимущество данного метода в том, что в таком комплекте все каналы уже будут настроены. Однако при использовании САМ-модуля «МТС ТВ» Verimatrix придется настраивать все каналы самостоятельно. Для того чтобы сделать это, можно использовать распространенные в Интернете списки транспондеров, а также и прилагающиеся к ним диапазоны частот. Для поиска необходимых частот и их настройки также можно использовать анализаторы антенные, описанные выше.
При настройке антенно-фидерных систем важно правильно измерить
коэффициент стоячей волны (КСВ). Этот параметр в любительских условиях
обычно измеряется с помощью КСВ-метра на фиксированной частоте, а
частотная характеристика антенны строится рядом последовательных
замеров. Для однодиапазонной антенны этот классический метод вполне применим.
Но чтобы настроить таким образом 7-и диапазонную КВ антенну, в которой
изменение размеров одного конструктивного элемента влияет в разной
степени на ее параметры на нескольких диапазонах, потребуется масса
усилий и времени.
Тут необходим профессиональный антенный анализатор, который выведет на
дисплей или экран ноутбука график значения КСВ, а также активного и
реактивного сопротивления антенны в зависимости от частоты. Удобно и
наглядно. Именно к такому выводу я пришел, когда смонтировал на дачном
участке на крошечной, с трудом отвоеванной у жены площадке, всеволновую
КВ антенну GAP TITAN DX.
Во всей остроте встал вопрос – покупать фирменный антенный анализатор
или делать его своими руками. Учитывая, что этот прибор нужен не чаще раза в
год, а на приобретение антенны уже была потрачена изрядная сумма денег,
я склонился ко второму варианту.
Антенный анализатор должен быть по возможности простым, его настройка и
калибровка должна быть доступна в домашних условиях без использования
каких-либо образцовых приборов. Он должен обеспечивать панорамное
измерение КСВ, X и R с выводом графиков на экран компьютера и (или)
собственного дисплея в частотном диапазоне 1-30 МГц. Ну, и конечно,
стоимость комплектующих должна быть существенно ниже стоимости самого
дешевого серийно выпускаемого антенного анализатора. Противоречивые
требования…
В качестве контроллера я решил использовать готовую отладочную плату
Arduino Uno R3. И после длительных поисков и анализа существующих решений
нашел хороший вариант антенного анализатора, который доступен для
изготовления своими руками.
Впервые описание схемы, конструкции и принципа действия антенного анализатора,
удовлетворяющего, на мой взгляд, всем перечисленным требованиям, было опубликовано
в журнале «Funkamateur» №12 за 2004г. Авторы – Davide Tosatti (IW3HEV)
и Alessandro Zanotti (IW3IJZ)
. Журнал «Радиохобби»
в №1 за 2005г. опубликовал сокращенный перевод этой статьи. За прошедшее
с той поры десятилетие идея не только не устарела, но и получила дальнейшие развитие.
Польский радиолюбитель Jarek (SP3SWJ)
на своем сайте
разместил массу информации по дальнейшему развитию идеи. Множество вариантов
схем и конструкций от VNA MAX 1 до VNA MAX 6, масса ссылок.
Частотный диапазон от 1-30 МГц до 1-500 МГц. К сожалению, сайт, на мой взгляд,
совершенно «бестолковый». Очень сложно понять, какая прошивка и какая программа
для какой схемы. Где первая версия, а где последняя и т.п. Полную информацию,
необходимую для повторения, выловить очень не просто, а для некоторых схем
ее просто нет.
Davide (IW3HEV)
организовал серийное производство своего антенного
анализатора под брендом miniVNA .
Красивая коробочка позволяет проводить измерения в диапазоне от 100 КГц
до 200 МГц, а с дополнительным блоком и до 1,5 ГГц. Все хорошо, но почти
400€ за это чудо техники для российского радиолюбителя дороговато…
Схема и описание miniVNA опубликовано в журнале «A Radio. Praktica Elektronika»
№10 за 2007 г.
После этого краткого экскурса в историю перейдем к делу. Структурная
схема антенного анализатора VNA показана на рисунке.
Сигнал с генератора на основе DDS через направленный ответвитель
подается в исследуемую антенну. Сигналы с датчика прямой и отраженной
волны подаются на уникальную микросхему от Analog Devices – AD8302. На
ее выходе формируются два аналоговых сигнала. Первый пропорционален
отношению амплитуд входных сигналов, второй – разности их фаз.
Комплектующие для этого антенного анализатора в общем-то достаточно
редкие, но вполне доступные. Проблема в том, что найти все необходимые
компоненты у одного продавца невозможно. А если приобретать в разных
российских интернет магазинах, транспортные расходы становятся слишком
большими. К счастью, есть Aliexpress и eBay. В общем, без помощи
братского китайского народа я бы ничего не смог сделать.
Как я уже писал, основное требование к этой конструкции – простота
изготовления и минимальная стоимость. При сохранении необходимых
метрологических характеристик, разумеется. Поэтому я использовал в
конструкции два готовых модуля. Первый – это модуль синтезатора на
основе DDS AD9851. На небольшой плате смонтирована микросхема
синтезатора, тактовый генератор и вся необходимая обвязка. И стОит этот
модуль в Китае дешевле одной микросхемы DDS в России.
Второй модуль – «Arduino Uno». Это популярная отладочная плата на
основе микроконтроллера ATmega328. Она включает в себя микроконтроллер,
всю необходимую обвязку и конвертер USB-COM для связи с компьютером. И
опять же его стоимость в Китае соизмерима со стоимостью одного
микроконтроллера в России…
А вот измерительный модуль пришлось собирать самостоятельно. Его схема
показана на рисунке. Сигнал с модуля DDS подается на монолитный
усилитель DA1 типа GALI производства
Mini-Circuits .
Важнейшая часть измерительного модуля – направленный ответвитель T1. От
его качества зависит точность и частотный диапазон анализатора. Это так
называемый «Tandem Match» – трансформатор на двухдырочном бинокле.
Подробно методика изготовления «Tandem match» описана в статье в
упоминавшемся выше журнале Funkamateur и в pdf файле, ссылка на который
в конце этой странички.
К разъему X1 подключается антенна. В показанном на схеме отключенном
состоянии реле K1 сигналы прямой и отраженной волны с направленного
ответвителя через аттенюаторы 10 db на резисторах R9, R10, R15 и R11,
R12, R16 подаются на входы DA3 AD8302. Аттенюаторы нужны для исключения
перегрузки AD8302.
Этот антенный анализатор можно использовать и для исследования
амплитудно-частотных характеристик электрических цепей. При включенном
состоянии реле K1 сигнал с разъема X1 может быть подан на исследуемую
цепь, сигнал с выхода этой цепи подается на разъем X2. Таким образом
можно настроить полосовой фильтр, снять характеристику кварца и т.п.
Аналоговые сигналы, пропорциональные отношению амплитуд и разности фаз
прямой и отраженной волны с выхода DA3 подаются на АЦП микроконтроллера
ATmega328 в модуле Arduino Uno. Учитывая, что ноутбук в наше время перестал
быть роскошью, я решил на первом этапе отказаться от собственного
индикатора в этом антенном анализаторе. Вся информация выводится на
экран ноутбука, к которому анализатор подключается через интерфейс USB.
Дополнительного питания не требуется, хотя на плате и предусмотрен
стабилизатор на 5 В. Это в расчете на будущую модернизацию для
возможности работы в автономном режиме. Конечно, на крыше с ноутбуком не
всегда удобно, но зато читать информацию с большого экрана гораздо
комфортнее и нагляднее, чем с небольшого дисплея.
Подключение измерительного модуля к плате Arduino показано на рисунке
Программу для ATmega328 я написал на Си в среде CodeVisionAVR v2.05.0.
Совсем не обязательно программировать Arduino в ее фирменной среде. Это
имеет смысл только для тех, кто впервые сталкивается с программированием.
Тем же, кто имеет представление о других языках программирования, нет
никакой необходимости разбираться в синтаксисе и других тонкостях языка
Arduino. Ведь это упрощенный до предела Си, в котором отсутствует
встроенный отладчик, тщательно скрыты от пользователя все аппаратные
модули внутренней периферии контроллера. А о возможности ассемблерных
вставок даже и речи нет.
Есть, конечно и плюсы у Arduino. Основной, на мой взгляд, это
возможность загрузки программы в контроллер без программатора, используя
смонтированный на плате конвертер USB-COM. Как это сделать читайте в полном
описании, ссылка в конце этой странички. Предварительно потребуется скачать
последнюю версию программного обеспечения Arduino с
официального сайта
и установить из него драйвер конвертера USB-COM.
Для загрузки HEX файла в Arduino Uno потребуется также программа XLoader,
архив с дистрибутивом которой нужно скачать с
сайта ее автора .
Локальная ссылка есть в конце странички. Работа с программой проста и интуитивно понятна,
подробности в полном описании.
Несколько слов об использованных деталях. Все резисторы и неполярные
конденсаторы SMD типоразмеров 1206 или 0805. Индуктивности L1 и L2 могут
быть как SMD, так и обычные для монтажа в отверстия. Резисторы R4 и R6
калибровочные, необходимость их установки и номиналы определяются при наладке.
Стабилизатор DA2 в данной версии не используется, т.к. анализатор
питается от USB. Он установлен в расчете на будущую доработку
конструкции.
Обратите внимание на установку джамперов на модуле DDS. Они должны быть
установлены именно так, как показано на рисунке – замкнуты J1 и J3,
остальные разомкнуты. Схему и описание модуля DDS также можно скачать по ссылке
в конце странички.
Для наладки желательно иметь ВЧ вольтметр, а лучше осциллограф с
полосой пропускания хотя бы несколько мегагерц и частотомер. В крайнем
случае можно обойтись ВЧ пробником на диоде и мультиметром. Здесь я не буду
подробно описывать наладку, желающие могут ознакомиться с ней в полном описании,
Антенный анализатор работает под управлением программы Ig_MiniVNA.
Ее последнюю версию до недавнего времени можно было загрузить с сайта
http://clbsite.free.fr/. К сожалению, в 2015 г. ссылка перестала работать.
Так что загружайте с моего сайта. Ссылка ниже. Это последняя версия программы.
Действительно последняя, т.к. по утверждению автора при крахе компьютера
он потерял все… Но программа работает как на Windows XP, так и на Windows 7 64 бит.
Работа с программой проста и интуитивно понятна, детали смотрите в полном
описании, а также
на сайте SP3SWJ .
Этот сайт, к сожалению, только на польском языке и в большом беспорядке…
Для примера привожу вид окна программы при исследовании моей антенны в
диапазоне 40м. Наглядно видно, что резонанс сдвинут вниз по частоте.
Надо настраивать.
Частотный диапазон анализатора определяется в первую очередь
направленным ответвителем, материалом его сердечника, аккуратностью и
симметричностью намотки. Верхняя граница частотного диапазона зависит от
типа DDS. Теоретическое предельное значение – половина тактовой частоты
DDS, в данном случае это 90 МГц. Реально удовлетворительные параметры
обеспечиваются до частоты не более 1/4 тактовой, т.е до 45 МГц. Но
больше 30 МГц для КВ антенны и не нужно.
Антенный анализатор может работать под управлением еще одной программы — vna/J,
которую написал Dietmar Krause (DL2SBA)
. Ее можно скачать
с его сайта .
Программа написана на JAVA и может работать не только под Windows, но
также под Linux и Mac.
Разумеется, предварительно нужно установить на компьютер JAVA.
Интерфейс vna/J похож на IG_MiniVNA. Только после запуска программы из
списка поддерживаемых устройств нужно выбрать miniVNA. Работа с этими
программами практически аналогична. Для vna/J на страничке «Manuals» сайта DL2SBA
есть подробные инструкции по установке ПО, калибровке анализатора, а также
руководство пользователя.
Если эта конструкция Вас заинтересовала, можете ознакомиться с полным описанием,
скачать чертеж печатной платы измерительного блока в формате Sprint Layout, его
схему в формате sPplan, а также подробную методику изготовления направленного ответвителя
«Tandem match», прошивку и проект программы для Arduino Uno. Для удобства я
выкладываю все упомянутые выше статьи из журналов, а также программы Ig_MiniVNA и XLoader.
Внимание! При изготовлении печатной платы следует учитывать, что использованное
в схеме реле чувствительно к полярности подключения обмотки. Если на обмотку
подать напряжение обратной полярности, реле не сработает. Это может привести
к погрешности при калибровке прибора. Поэтому перед изготовлением печатной
платы следует уточнить по datasheet, куда нужно подавать плюс, а куда минус.
Можно просто подать на обмотку 5 вольт и убедиться, что контакты перекидываются.
Если полярность использованного вами реле не соответствует печатной плате,
следует подкорректировать рисунок дорожек. Если плата уже изготовлена,
придется резать дорожки — менять местами подключение выводов обмотки. Убедиться,
что реле срабатывает в уже собранном анализаторе можно, если отключить провод
«Rele» от Arduino и подключить его к +5 В.
При настройке антенно-фидерных систем важно правильно измерить коэффициент стоячей волны (КСВ). Этот параметр в любительских условиях обычно измеряется с помощью КСВ-метра на фиксированной частоте, а частотная характеристика антенны строится рядом последовательных замеров. Для однодиапазонной антенны этот классический метод вполне применим.
Но чтобы настроить таким образом много диапазонную КВ антенну, в которой изменение размеров одного конструктивного элемента влияет в разной степени на ее параметры на нескольких диапазонах, потребуется масса усилий и времени.
Тут необходим дорогой или (полу)профессиональный антенный анализатор, который выведет на дисплей или экран график значения КСВ, а также активного и реактивного сопротивления антенны в зависимости от частоты. Удобно и наглядно.
Или даже такой, профисиональный, цена которого достигает 40.000$.
И вот встает вопрос – покупать достаточно дорогой или фирменный антенный анализатор или делать его своими руками. Учитывая, что этот прибор нужен не чаще раза, два в год. А все остальное время он будет хранится на «верхней полке». Если конечно не заниматься установкой и настройкой професионально. Смеюсь Или сделать самому (заказать) самодельный, не дорогостоящий, и доступных компонентов.
Антенный анализатор должен быть по возможности простым, его настройка и калибровка должна быть доступна в домашних условиях без использования каких-либо образцовых приборов. Он должен обеспечивать панорамное измерение КСВ, с выводом графиков на экран компьютера и (или) собственного дисплея в частотном диапазоне 1-30 МГц.
Все анализаторы, будь то самодельные или профи, используют практически одинаковый алгоритм, формулу для вычисления значений — измерительный мост. Разница заключается только в предложенном сервисе, комфортной работе, программном обеспечении, которое они используют.
В качестве контроллера можно использовать готовую плату Arduino Nano, плюс добавить стандартный модуль синтезатора частоты на AD9850.
Придется только соединить эти два модуля и дополнить платой с несколькими деталями измерительного моста по предложенной схеме.
В качестве «наглядного пособия», по которому можно периодически любоваться своими антеннами, используется компьютер, ноутбук с установленной простой, маленькой программкой. Управление прибором (железом) осуществляется стандартный кабелем через USB-порт.
– весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой
антенны
.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне
.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны
. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности»
Похожие материалы:
При настройке антенно-фидерных систем важно правильно измерить
коэффициент стоячей волны (КСВ). Этот параметр в любительских условиях
обычно измеряется с помощью КСВ-метра на фиксированной частоте, а
частотная характеристика антенны строится рядом последовательных
замеров. Для однодиапазонной антенны этот классический метод вполне применим.
Но чтобы настроить таким образом 7-и диапазонную КВ антенну, в которой
изменение размеров одного конструктивного элемента влияет в разной
степени на ее параметры на нескольких диапазонах, потребуется масса
усилий и времени.
Тут необходим профессиональный антенный анализатор, который выведет на
дисплей или экран ноутбука график значения КСВ, а также активного и
реактивного сопротивления антенны в зависимости от частоты. Удобно и
наглядно. Именно к такому выводу я пришел, когда смонтировал на дачном
участке на крошечной, с трудом отвоеванной у жены площадке, всеволновую
КВ антенну GAP TITAN DX.
Во всей остроте встал вопрос – покупать фирменный антенный анализатор
или делать его своими руками. Учитывая, что этот прибор нужен не чаще раза в
год, а на приобретение антенны уже была потрачена изрядная сумма денег,
я склонился ко второму варианту.
Антенный анализатор должен быть по возможности простым, его настройка и
калибровка должна быть доступна в домашних условиях без использования
каких-либо образцовых приборов. Он должен обеспечивать панорамное
измерение КСВ, X и R с выводом графиков на экран компьютера и (или)
собственного дисплея в частотном диапазоне 1-30 МГц. Ну, и конечно,
стоимость комплектующих должна быть существенно ниже стоимости самого
дешевого серийно выпускаемого антенного анализатора. Противоречивые
требования…
В качестве контроллера я решил использовать готовую отладочную плату
Arduino Uno R3. И после длительных поисков и анализа существующих решений
нашел хороший вариант антенного анализатора, который доступен для
изготовления своими руками.
Впервые описание схемы, конструкции и принципа действия антенного анализатора,
удовлетворяющего, на мой взгляд, всем перечисленным требованиям, было опубликовано
в журнале «Funkamateur» №12 за 2004г. Авторы – Davide Tosatti (IW3HEV)
и Alessandro Zanotti (IW3IJZ)
. Журнал «Радиохобби»
в №1 за 2005г. опубликовал сокращенный перевод этой статьи. За прошедшее
с той поры десятилетие идея не только не устарела, но и получила дальнейшие развитие.
Польский радиолюбитель Jarek (SP3SWJ)
на своем сайте
разместил массу информации по дальнейшему развитию идеи. Множество вариантов
схем и конструкций от VNA MAX 1 до VNA MAX 6, масса ссылок.
Частотный диапазон от 1-30 МГц до 1-500 МГц. К сожалению, сайт, на мой взгляд,
совершенно «бестолковый». Очень сложно понять, какая прошивка и какая программа
для какой схемы. Где первая версия, а где последняя и т.п. Полную информацию,
необходимую для повторения, выловить очень не просто, а для некоторых схем
ее просто нет.
Davide (IW3HEV)
организовал серийное производство своего антенного
анализатора под брендом miniVNA .
Красивая коробочка позволяет проводить измерения в диапазоне от 100 КГц
до 200 МГц, а с дополнительным блоком и до 1,5 ГГц. Все хорошо, но почти
400€ за это чудо техники для российского радиолюбителя дороговато…
Схема и описание miniVNA опубликовано в журнале «A Radio. Praktica Elektronika»
№10 за 2007 г.
После этого краткого экскурса в историю перейдем к делу. Структурная
схема антенного анализатора VNA показана на рисунке.
Сигнал с генератора на основе DDS через направленный ответвитель
подается в исследуемую антенну. Сигналы с датчика прямой и отраженной
волны подаются на уникальную микросхему от Analog Devices – AD8302. На
ее выходе формируются два аналоговых сигнала. Первый пропорционален
отношению амплитуд входных сигналов, второй – разности их фаз.
Комплектующие для этого антенного анализатора в общем-то достаточно
редкие, но вполне доступные. Проблема в том, что найти все необходимые
компоненты у одного продавца невозможно. А если приобретать в разных
российских интернет магазинах, транспортные расходы становятся слишком
большими. К счастью, есть Aliexpress и eBay. В общем, без помощи
братского китайского народа я бы ничего не смог сделать.
Как я уже писал, основное требование к этой конструкции – простота
изготовления и минимальная стоимость. При сохранении необходимых
метрологических характеристик, разумеется. Поэтому я использовал в
конструкции два готовых модуля. Первый – это модуль синтезатора на
основе DDS AD9851. На небольшой плате смонтирована микросхема
синтезатора, тактовый генератор и вся необходимая обвязка. И стОит этот
модуль в Китае дешевле одной микросхемы DDS в России.
Второй модуль – «Arduino Uno». Это популярная отладочная плата на
основе микроконтроллера ATmega328. Она включает в себя микроконтроллер,
всю необходимую обвязку и конвертер USB-COM для связи с компьютером. И
опять же его стоимость в Китае соизмерима со стоимостью одного
микроконтроллера в России…
А вот измерительный модуль пришлось собирать самостоятельно. Его схема
показана на рисунке. Сигнал с модуля DDS подается на монолитный
усилитель DA1 типа GALI производства
Mini-Circuits .
Важнейшая часть измерительного модуля – направленный ответвитель T1. От
его качества зависит точность и частотный диапазон анализатора. Это так
называемый «Tandem Match» – трансформатор на двухдырочном бинокле.
Подробно методика изготовления «Tandem match» описана в статье в
упоминавшемся выше журнале Funkamateur и в pdf файле, ссылка на который
в конце этой странички.
К разъему X1 подключается антенна. В показанном на схеме отключенном
состоянии реле K1 сигналы прямой и отраженной волны с направленного
ответвителя через аттенюаторы 10 db на резисторах R9, R10, R15 и R11,
R12, R16 подаются на входы DA3 AD8302. Аттенюаторы нужны для исключения
перегрузки AD8302.
Этот антенный анализатор можно использовать и для исследования
амплитудно-частотных характеристик электрических цепей. При включенном
состоянии реле K1 сигнал с разъема X1 может быть подан на исследуемую
цепь, сигнал с выхода этой цепи подается на разъем X2. Таким образом
можно настроить полосовой фильтр, снять характеристику кварца и т.п.
Аналоговые сигналы, пропорциональные отношению амплитуд и разности фаз
прямой и отраженной волны с выхода DA3 подаются на АЦП микроконтроллера
ATmega328 в модуле Arduino Uno. Учитывая, что ноутбук в наше время перестал
быть роскошью, я решил на первом этапе отказаться от собственного
индикатора в этом антенном анализаторе. Вся информация выводится на
экран ноутбука, к которому анализатор подключается через интерфейс USB.
Дополнительного питания не требуется, хотя на плате и предусмотрен
стабилизатор на 5 В. Это в расчете на будущую модернизацию для
возможности работы в автономном режиме. Конечно, на крыше с ноутбуком не
всегда удобно, но зато читать информацию с большого экрана гораздо
комфортнее и нагляднее, чем с небольшого дисплея.
Подключение измерительного модуля к плате Arduino показано на рисунке
Программу для ATmega328 я написал на Си в среде CodeVisionAVR v2.05.0.
Совсем не обязательно программировать Arduino в ее фирменной среде. Это
имеет смысл только для тех, кто впервые сталкивается с программированием.
Тем же, кто имеет представление о других языках программирования, нет
никакой необходимости разбираться в синтаксисе и других тонкостях языка
Arduino. Ведь это упрощенный до предела Си, в котором отсутствует
встроенный отладчик, тщательно скрыты от пользователя все аппаратные
модули внутренней периферии контроллера. А о возможности ассемблерных
вставок даже и речи нет.
Есть, конечно и плюсы у Arduino. Основной, на мой взгляд, это
возможность загрузки программы в контроллер без программатора, используя
смонтированный на плате конвертер USB-COM. Как это сделать читайте в полном
описании, ссылка в конце этой странички. Предварительно потребуется скачать
последнюю версию программного обеспечения Arduino с
официального сайта
и установить из него драйвер конвертера USB-COM.
Для загрузки HEX файла в Arduino Uno потребуется также программа XLoader,
архив с дистрибутивом которой нужно скачать с
сайта ее автора .
Локальная ссылка есть в конце странички. Работа с программой проста и интуитивно понятна,
подробности в полном описании.
Несколько слов об использованных деталях. Все резисторы и неполярные
конденсаторы SMD типоразмеров 1206 или 0805. Индуктивности L1 и L2 могут
быть как SMD, так и обычные для монтажа в отверстия. Резисторы R4 и R6
калибровочные, необходимость их установки и номиналы определяются при наладке.
Стабилизатор DA2 в данной версии не используется, т.к. анализатор
питается от USB. Он установлен в расчете на будущую доработку
конструкции.
Обратите внимание на установку джамперов на модуле DDS. Они должны быть
установлены именно так, как показано на рисунке – замкнуты J1 и J3,
остальные разомкнуты. Схему и описание модуля DDS также можно скачать по ссылке
в конце странички.
Для наладки желательно иметь ВЧ вольтметр, а лучше осциллограф с
полосой пропускания хотя бы несколько мегагерц и частотомер. В крайнем
случае можно обойтись ВЧ пробником на диоде и мультиметром. Здесь я не буду
подробно описывать наладку, желающие могут ознакомиться с ней в полном описании,
Антенный анализатор работает под управлением программы Ig_MiniVNA.
Ее последнюю версию до недавнего времени можно было загрузить с сайта
http://clbsite.free.fr/. К сожалению, в 2015 г. ссылка перестала работать.
Так что загружайте с моего сайта. Ссылка ниже. Это последняя версия программы.
Действительно последняя, т.к. по утверждению автора при крахе компьютера
он потерял все… Но программа работает как на Windows XP, так и на Windows 7 64 бит.
Работа с программой проста и интуитивно понятна, детали смотрите в полном
описании, а также
на сайте SP3SWJ .
Этот сайт, к сожалению, только на польском языке и в большом беспорядке…
Для примера привожу вид окна программы при исследовании моей антенны в
диапазоне 40м. Наглядно видно, что резонанс сдвинут вниз по частоте.
Надо настраивать.
Частотный диапазон анализатора определяется в первую очередь
направленным ответвителем, материалом его сердечника, аккуратностью и
симметричностью намотки. Верхняя граница частотного диапазона зависит от
типа DDS. Теоретическое предельное значение – половина тактовой частоты
DDS, в данном случае это 90 МГц. Реально удовлетворительные параметры
обеспечиваются до частоты не более 1/4 тактовой, т.е до 45 МГц. Но
больше 30 МГц для КВ антенны и не нужно.
Антенный анализатор может работать под управлением еще одной программы — vna/J,
которую написал Dietmar Krause (DL2SBA)
. Ее можно скачать
с его сайта .
Программа написана на JAVA и может работать не только под Windows, но
также под Linux и Mac.
Разумеется, предварительно нужно установить на компьютер JAVA.
Интерфейс vna/J похож на IG_MiniVNA. Только после запуска программы из
списка поддерживаемых устройств нужно выбрать miniVNA. Работа с этими
программами практически аналогична. Для vna/J на страничке «Manuals» сайта DL2SBA
есть подробные инструкции по установке ПО, калибровке анализатора, а также
руководство пользователя.
Если эта конструкция Вас заинтересовала, можете ознакомиться с полным описанием,
скачать чертеж печатной платы измерительного блока в формате Sprint Layout, его
схему в формате sPplan, а также подробную методику изготовления направленного ответвителя
«Tandem match», прошивку и проект программы для Arduino Uno. Для удобства я
выкладываю все упомянутые выше статьи из журналов, а также программы Ig_MiniVNA и XLoader.
Внимание! При изготовлении печатной платы следует учитывать, что использованное
в схеме реле чувствительно к полярности подключения обмотки. Если на обмотку
подать напряжение обратной полярности, реле не сработает. Это может привести
к погрешности при калибровке прибора. Поэтому перед изготовлением печатной
платы следует уточнить по datasheet, куда нужно подавать плюс, а куда минус.
Можно просто подать на обмотку 5 вольт и убедиться, что контакты перекидываются.
Если полярность использованного вами реле не соответствует печатной плате,
следует подкорректировать рисунок дорожек. Если плата уже изготовлена,
придется резать дорожки — менять местами подключение выводов обмотки. Убедиться,
что реле срабатывает в уже собранном анализаторе можно, если отключить провод
«Rele» от Arduino и подключить его к +5 В.
Антенный анализатор – весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой антенны.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности».
Антенный анализатор
– весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой антенны.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности»
– весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой
антенны
.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне
.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны
. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности»
Похожие материалы:
При настройке антенно-фидерных систем важно правильно измерить коэффициент стоячей волны (КСВ). Этот параметр в любительских условиях обычно измеряется с помощью КСВ-метра на фиксированной частоте, а частотная характеристика антенны строится рядом последовательных замеров. Для однодиапазонной антенны этот классический метод вполне применим.
Но чтобы настроить таким образом много диапазонную КВ антенну, в которой изменение размеров одного конструктивного элемента влияет в разной степени на ее параметры на нескольких диапазонах, потребуется масса усилий и времени.
Тут необходим дорогой или (полу)профессиональный антенный анализатор, который выведет на дисплей или экран график значения КСВ, а также активного и реактивного сопротивления антенны в зависимости от частоты. Удобно и наглядно.
Или даже такой, профисиональный, цена которого достигает 40.000$.
И вот встает вопрос – покупать достаточно дорогой или фирменный антенный анализатор или делать его своими руками. Учитывая, что этот прибор нужен не чаще раза, два в год. А все остальное время он будет хранится на «верхней полке». Если конечно не заниматься установкой и настройкой професионально. Смеюсь Или сделать самому (заказать) самодельный, не дорогостоящий, и доступных компонентов.
Антенный анализатор должен быть по возможности простым, его настройка и калибровка должна быть доступна в домашних условиях без использования каких-либо образцовых приборов. Он должен обеспечивать панорамное измерение КСВ, с выводом графиков на экран компьютера и (или) собственного дисплея в частотном диапазоне 1-30 МГц.
Все анализаторы, будь то самодельные или профи, используют практически одинаковый алгоритм, формулу для вычисления значений — измерительный мост. Разница заключается только в предложенном сервисе, комфортной работе, программном обеспечении, которое они используют.
В качестве контроллера можно использовать готовую плату Arduino Nano, плюс добавить стандартный модуль синтезатора частоты на AD9850.
Придется только соединить эти два модуля и дополнить платой с несколькими деталями измерительного моста по предложенной схеме.
В качестве «наглядного пособия», по которому можно периодически любоваться своими антеннами, используется компьютер, ноутбук с установленной простой, маленькой программкой. Управление прибором (железом) осуществляется стандартный кабелем через USB-порт.
Антенный анализатор – весьма полезный прибор Многие радиолюбители хотели бы иметь «фирменный» антенный анализатор вроде MJF259, или аналогичный. Но такие приборы слишком дороги… Однако, уверен, у каждого радиолюбителя имеется покупной или самодельный генератор ВЧ и частотомер. Используя эти два прибора и дифференциальный мост можно получить систему, способную во многих случаях работать как антенный анализатор.
Схема, показанная на рисунке, использовалась при настройке антенн КВ-диапазона, от 1.6 до 30 МГц. Нужен генератор ВЧ работающий в таком диапазоне А частотомер нужен для точного определения этой частоты. Впрочем, частотомер не обязателен, если ГВЧ имеет достаточно четкую и внятную шкалу. Сигнал от генератора подается на разъем Х1. Резистором R1 регулируется уровень (можно R1 и не ставить, а пользоваться регулятором уровня, имеющемся у генератора).
К разъему Х2 подключают анализируемую антенну. ВЧ напряжение поступает на первичную обмотку. ВЧ напряжение на вторичных обмотках трансформатора поступает на измеритель, состоящий из микроамперметра Р1 и детектора на германиевых диодах VD1 и VD2 Диоды должны быть германиевыми, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность измерителя при индикации минимальных показаний (баланс).
Баланса моста достигают регулировкой резистора R3 и переменного конденсатора С5. Эти детали необходимо снабдить шкалами с указанием сопротивлений и емкостей соответствующих углам поворота рукояток. Баланс достигается в случае равенства активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах, Затем, добившись баланса, нужно прочитать значения сопротивления R3 и емкости С5. а затем рассчитать реактивное сопротивление С5 исходя из данной частоты. Таким образом можно будет определить активную (R3) и реактивную (С5) составляющую сопротивления анализируемой антенны.
Обратите внимание на емкость СЗ, которая составляет 100 пФ, то есть, половину максимальной емкости С5. Если при измерениях окажется что емкость С5 в балансе установилась больше 100 пФ, то это говорит о емкостном характере реактивного сопротивления антенны, а вот величина С5, установленная меньше 100 пФ, наоборот, говорит о индуктивном характере реактивного сопротивления в антенне.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 600НН диаметром 10 мм. Обмотки одинаковые, они выполнены втрое сложенным обмоточным проводом типа ПЭВ диаметром 0,35. Восемь витков, равномерно распределенных по кольцу. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Схема требует налаживания и градуировки. Переменный резистор R3 и конденсатор С5 нужно, как уже сказано, обустроить шкалами со значениями сопротивления и емкости, соответственно (потребуется омметр и измеритель емкости).
Далее, подключаем к Х2 эквивалент антенны. – сопротивление 50 ом, не индуктивное. На У1 подаем сигнал 15 МГц. Ставим ручку С5 в положение 100 пФ. Увеличиваем напряжением с генератора (резистором R1 или регулятором генератора) до максимального показания Р1. Затем, вращая ручку R3 ищем место с глубоким провалом в показаниях прибора. Далее, делаем показания прибора еще меньше, регулируя конденсатор С5. На шкале С5 делаем дополнительную метку, обозначенную «0». Это есть точка отсутствия реактивной составляющей в нагрузке. Промежуток от нулевой точки до максимального значения емкости С5 нужно выделить сектором и отметить как «Емкостная реактивность», а промежуток от этой же нулевой точки и до минимальной емкости С5 выделить другим сектором и отметить как «Индуктивная составляющая реактивности».