HF антенна анализаторы Arduino және DDS модулімен: 6 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Сәлем

Бұл нұсқаулықта мен антеннаны өлшейтін және оның VSWR жиілігін кез келген немесе барлық жоғары жиілік диапазонында көрсететін арзан антенналық анализаторды қалай құрғанымды көрсетемін. Ол әр диапазон үшін минималды VSWR мен сәйкес жиілікті табады, сонымен қатар антеннаны реттеуді жеңілдету үшін пайдаланушы таңдаған жиілік үшін нақты уақыттағы VSWR көрсетеді. Егер бір жиілік диапазонын сыпырсаңыз, онда VSWR мен жиіліктің графигі көрсетіледі. Сондай-ақ, артқы жағында компьютерде графикалық графиканы жақсартуға мүмкіндік беретін жиілік пен VSWR деректерін шығаруға арналған USB порты бар. USB порты қажет болған жағдайда микробағдарламаны жаңарту үшін де қолданыла алады.

Мен жақында әуесқойлық радиоға қосылдым (өйткені инфрақұрылымсыз үлкен қашықтықта құрдастармен қарым-қатынас жасау идеясы ұнады) және тез арада келесі ескертулерді жасадым:

1. Мені қызықтыратын бүкіл әлемдегі байланыс HF диапазонында (3-30 МГц) жүзеге асады.

2. HF трансиверлері өте қымбат және егер сіз оларды сәйкес келетін антеннаға кіргізбесеңіз, олар бұзылады

3. Әдетте сіз өзіңіздің жеке HF антеннаңызды бау -бақшаға тартылған сымдардан орнатасыз деп күтілуде (егер сіз 2 -ге жұмсалғаннан да көп ақша жұмсамағыңыз келмесе).

4. Сіздің антеннаңыз нашар болуы мүмкін, бірақ сіз оны сынап көрмейінше білмейсіз.

Енді тазалықшы антеннаны өте төмен қуатта қызығушылық жиілігінде тексеріп, матчтың сапасын бағалау үшін бұрғылау қондырғысының өлшеуішіндегі VSWR -ды тексеру керек деп айтуы мүмкін. Мен қолданғым келетін әр жиілік үшін мұндай нәрсемен айналысуға уақыт жоқ. Мен шынымен антенна анализаторын алғым келді. Бұл құрылғылар антенна сәйкестігінің сапасын HF диапазонында кез келген жиілікте тексере алады. Өкінішке орай, олар өте қымбат, сондықтан мен өз бетімше жасай аламын ба деп шештім. Мен арзан сандық синтезатор модулін (DDS) басқару үшін Arduino қолданылуын зерттеген K6BEZ (https://www.hamstack.com/project_antenna_analyzer.html қараңыз) жасаған керемет жұмысқа тап болдым. Ол көп ұзамай Ардуинодан бас тартты, ол PIC қолдануды жөн көрді. 2017 жылы сіз шамамен 3,50 фунт стерлингке Arduino Nano сатып ала аласыз, сондықтан мен оның жұмысын қайта қараудың уақыты келді деп ойладым. Мұны кім жасады: Интернетте өте жақсы мысалдар бар).

Жаңарту (29/7/2018) - бұл жұмысты қытайлық bi3qwq құрды, ол қолданушы интерфейсіне шынымен жақсы жақсартулар енгізді, олар оны мейірімділікпен бөлісті. Ол өте кәсіби ПХД құрастырды (калибрлеу резисторының керемет мүмкіндігімен) және шынымен жақсы құрылымды жасады. Ең бастысы, ол схеманы дайындады, мен білемін, бұл бұрын түсініктеме бергендердің көпшілігін қуантады. Қосымша ақпарат алу үшін түсініктемелер бөлімін қараңыз.

Жаңарту - Мен жақында 60 м -ге жеттім, оны бастапқы эскиз қамтымады. Енді мен 160 м және 60 м диапазондарын қосатын микробағдарламаның 7 нұсқасын жүктедім. Бұл қондырмалар емес; олар анализатордың жұмысына толық қосылған. Мен әлі де түсінікті u8glib қарпін таба алғаным бақыт болды, бірақ маған сол экранда бір мезгілде он диапазонды көрсетуге мүмкіндік берді (бұл біршама кеңістік болмаса да, қайғы әкелді). Менде жаңа калибрлеу мәндері бар калибрлеу мәндерін интерполяциялауға / экстраполяциялауға негізделген. Содан кейін мен оларды тұрақты резисторлармен тексердім және олар өте жақсы нәтиже береді.

Жаңарту - бірнеше адамдар схемалар туралы сұрағандықтан, Arduino / DDS / VSWR көпірінің негізгі схемасы K6BEZ -дің түпнұсқалық жұмысынан еш өзгеріссіз қалды. Осы жобаны негізге алған оның бастапқы схемасы үшін жоғарыдағы URL мекенжайын тексеріңіз. Мен кодерді, OLED экраны мен толықтай әзірленген микробағдарламаны қолданушылардың тәжірибесін жеңілдету үшін қостым.

Жаңарту - бұл жүйе диодты детекторлары бар резистивті көпірмен бірге өте төмен кернеулі DDS сигнал көзін пайдаланады. Осылайша, диодтар өздерінің сызықты емес аймақтарында жұмыс істейді және менің бұл жүйенің бірінші нұсқасы VSWR-ді нашар оқуға бейім болды. Мысал ретінде, 16 Ом немесе 160 Ом импеданс жүктемесі 50 Ом жүйесінде шамамен 3 VSWR көрсетуі керек; бұл есептегіш бұл жағдайда VSWR -ді 2 -ге жақын екенін көрсетті. Мен бұл мәселені шешудің тиімді шешімі болып табылатын белгілі жүктемелерді пайдаланып бағдарламалық қамтамасыз етуді калибрледім. Бұл нұсқаулықтың соңғы қадамында сипатталған және өңделген эскиз жүктелген.

Жаңарту - борттық графикалық қондырғы біркелкі тазартуларға қосылды, себебі бұл антеннаның ұзындығын минималды VSWR үшін реттеу кезінде өте пайдалы болды: график сізге бірден көрінетін тренд береді.

1 -қадам: заттарыңызды сатып алыңыз

Сізге келесі заттар қажет болады. Олардың көпшілігін Ebay -ден арзан алуға болады. Ең қымбат жалғыз зат қорап болды, шамамен 10 фунт стерлингке! Кейбір элементтерді ауыстыруға болады (мысалы, мен 50 Rs орнына 47 Rs қолдандым). Диодтар өте ерекше болды (мен Италиядан 5 сатып алуым керек еді) және егер сіз не істеп жатқаныңызды білсеңіз, қол жетімді заттарды алмастыруға тұрарлық болар еді.

• Ардуино Нано
• DDS модулі (DDS AD9850 сигнал генераторы модулі HC-SR08 сигналдық синусикалық шаршы толқын 0-40МГц)
• 1.3 «i2c OLED дисплейі
• MCP6002 жұмыс күшейткіші (8 істікшелі)
• 2 өшірілген AA143 диод
• Керамикалық конденсаторлар: 2 өшіру 100 нФ, 3 өшіру 10 нФ
• 1 uF электролиттік конденсатор
• Резисторлар: 3 өшіру 50 Р, 2 өшіру 10 К, 2 өшіру 100 К, 2 өшіру 5 К, 2 өшіру 648 Р
• 2,54 мм бұрандалы терминал блоктары: 3 ажыратқыш 2 істікшелі, 2 істікшелі 4 істікшелі
• Бір ядролы қосылатын сым
• 702 немесе ұқсас сым
• Жолақ тақтасы
• Arduino мен DDS қосуға арналған төртбұрышты тақырыптық жолақ (әйел) - дөңгелек розетканы қате сатып алмаңыз!
• SO-239 шассиіне орнатылатын розетка
• Айналмалы кодер (15 импульсті, 30 детальды) басқыш пен тұтқасы бар
• Арзан айналмалы кодер 'модулі' (міндетті емес)
• Жоба қорабы
• Қосқышты ауыстыру
• USB B қалқанға арналған тік бұрышты мини-usb (50 см)
• PP3 және батарея қысқыш / ұстағыш
• Өздігінен жабысатын ПХД монтаждық тіректері / тіректер

Сізге сондай -ақ дәнекерлеу үтігі мен электроника құралдары қажет болады. 3D -принтер мен бағаналы бұрғылау қоршау үшін пайдалы, бірақ егер сіз қаласаңыз, бәрін лента тақтасына жинап, қораппен алаңдамасаңыз болады.

Әрине, сіз бұл жұмысты өзіңіз жасайсыз және өз тәуекеліңізге байланысты алынған нәтижелерді пайдаланасыз.

2 -қадам: Стриптоны салыңыз

Таспадағы компоненттерді қалай орналастыруды жоспарлаңыз. Сіз мұны өзіңіз жасай аласыз, K6BEZ -дің бастапқы схемасына сілтеме жасай отырып (кодтаушысы немесе экраны жоқ - https://www.hamstack.com/hs_projects/antenna_analyzer_docs.pdf 7 -бетті қараңыз) немесе уақытты үнемдеуге болады. менің макетімді көшіру.

Мен бұл макеттерді квадрат қағаз мен қарындаштың көмегімен қарапайым түрде жасаймын. Әрбір қиылысу таспалы тесікті білдіреді. Мыс жолдары көлденең жүреді. Крест сынған жолды білдіреді (егер бар болса, 6 мм бұрғылауды немесе тиісті құралды қолданыңыз). Айналасында қорапшасы бар шеңбер сызықтары тақырыптарды білдіреді. Бұрандалары бар үлкен қораптар қосқыш блоктарын білдіреді. Менің диаграммада тақтаның ортасынан көлденең өтетін қосымша сызық бар екенін ескеріңіз. Сіз оны біріктірген кезде оны қалдырыңыз («бұл жолды өткізіп жіберу» деп белгіленген).

Кейбір компоненттер таңқаларлық түрде салынған сияқты. Бұл дизайн мен негізгі құрал -жабдықтармен жұмыс жасағаннан кейін дамыды (әсіресе, егер мен кодтаушыға аппараттық үзілістер қажет екенін түсінсем).

Бөлшектерді тақтаға дәнекерлеу кезінде мен Blu-Tak көмегімен мықтап ұстап тұрамын, ал тақтаны аяқтарды дәнекерлеу үшін төңкеремін.

Мен Arduino мен DDS модулін сәйкестендіру арқылы сымның мөлшерін азайтуға тырыстым және тек түйреуіштерді қосу үшін таспаны қолдандым. Мен кодерді тек D2 және D3 түйреуіштерінде жұмыс істеу үшін қажет болатын аппараттық үзілістерді түсінбедім, сондықтан DDS RESET -ті бастапқы D3 қосылымынан кішкене сыммен жылжытуға тура келді:

DDS қалпына келтіру - Arduino D7

DDS SDAT - Arduino D4

DDS FQ. UD - Arduino D5

DDS SCLK - Arduino D6

Arduino D2 & D3 A & B. кодер кірістері үшін қолданылады. D11 кодер қосқышының кірісі үшін қолданылады. D12 қолданылмайды, бірақ мен оны болашақта кеңейту үшін бұрандалы терминал жасаймын деп ойладым.

Arduino A4 & A5 OLED экраны үшін SDA & SCL (I2C) сигналдарын береді.

Arduino A0 & A1 кірістерді VSWR көпірінен алады (OPAMP арқылы).

3 -қадам: модульдерді орнатыңыз, перифериялық құрылғыларды бекітіңіз және кодты жарқылдатыңыз

Тақтаны корпусқа орнату қиынға соқпас бұрын тестілеу керек. Келесі компоненттерді бұрандалы терминал блоктарының көмегімен тақтаға икемді сыммен бекітіңіз:

• 1,3 дюймдік OLED дисплейі (SDA мен SCL тиісінше A4 және A5 түйреуішіне қосылады; жерге және Vcc Arduino GND және +5V -ге өтеді, әрине)
• Айналмалы кодер (бұл жерге, екі сигналдық желіге және коммутаторға қажет - егер кодер дұрыс жұмыс істемесе, сізге қосқыш сызықтарын айналдыру қажет болуы мүмкін - оларды тиісінше Arduino жерге, D2, D3 және D11 -ке қосыңыз). Менің прототиптеу жұмысым үшін 15/30 кодерді KH-XXX кодтаушы модульдік тақтаға орнаттым, себебі жалаңаш кодерлердегі түйреуіштер өте жұқа. Соңғы жұмыс үшін мен сымдарды тікелей кодерге дәнекерледім.
• 9В батарея
• SO -239 розеткасы - орталық түйреуішті антеннаның сигнал беру желісіне дәнекерлеңіз және антеннаны жерге қосу үшін M3 сақиналы терминалы мен бұрандасын қолданыңыз.

Келесі эскизді Arduino -ға салыңыз. Сондай -ақ, Oli Kraus -тан өте жақсы OLED драйвер кітапханасын қосқаныңызға көз жеткізіңіз, әйтпесе компиляция бұзылады және күйіп кетеді:

Егер сіздің OLED дисплейіңіз сәл өзгеше болса, сізге u8glib -де басқа конфигурация параметрі қажет болуы мүмкін; бұл Оли мысалында жақсы құжатталған.

4 -қадам: Барлығын жақсы қорапқа салыңыз (міндетті емес)

Мен анализаторды жалаңаш тақта ретінде қалдыруды байыпты түрде қарастырдым, себебі оны кейде қолдануға болады. Ой жүгірте отырып, егер мен бір антеннада көп жұмыс жасайтын болсам, ол зақымдалуы мүмкін деп ойладым. Осылайша бәрі қорапқа түсті. Мұның қалай жасалғаны туралы егжей -тегжейлі айтудың қажеті жоқ, өйткені сіздің қорапшаңыз басқаша болуы мүмкін, бірақ кейбір негізгі ерекшеліктерді атап өткен жөн:

1. Таспалы тақтаны монтаждау үшін өздігінен жабысатын ПХД тіректерін қолданыңыз. Олар өмірді шынымен жеңілдетеді.

2. Arduino USB портын корпустың артқы жағына шығару үшін қысқа USB адаптер сымын қолданыңыз. Содан кейін VSWR -ге қарсы жиіліктерді алу үшін сериялық портқа кіру оңай, сонымен қатар қақпақты шешпей Arduino -ны жаңарту.

3. Мен OLED дисплейін қолдау үшін 3D басып шығарылатын реттелетін бөлікті әзірледім, себебі мен интернеттен ештеңе таба алмадым. Бұл осал экранды қорғау үшін 2 мм акрилді салуға мүмкіндік беретін ойыққа ие. Оны екі жақты таспамен немесе өздігінен бұрап тұратын бұрандалармен орнатуға болады (екі жағында ілгектер бар). Дисплей орнатылғаннан кейін, барлығын бекіту үшін, платаның артқы жағындағы PLA түйреуіштерін еріту үшін ыстық сымды қолдануға болады (қысқыш пен шамды ойлаңыз). Міне, қызығушылық танытқандарға арналған STL файлы:

5 -қадам: калибрлеу

Бастапқыда мен ешқандай калибрлеу жасамадым, бірақ VSWR өлшегіші үнемі төмен оқитынын білдім. Бұл антенна дұрыс сияқты көрінгенімен, менің қондырғының автоматты реттегіші оған сәйкес келмеді. Бұл мәселе DDS модулі өте төмен амплитудалық сигнал беретіндіктен туындайды (3,5 МГц жиілігінде 0,5 Вт -қа жуық, жиіліктің ұлғаюына қарай жылжиды). VSWR көпіріндегі детекторлық диодтар олардың сызықты емес аймағында жұмыс істейді.

Бұл үшін екі мүмкін түзету бар. Біріншісі - кең жолақты күшейткішті DDS шығысына сәйкестендіру. Ықтимал қондырғылар Қытайдан арзан бағамен шығарылады және олар өнімділікті шамамен 2 Вт дейін арттырады, мен олардың біреуіне тапсырыс бердім, бірақ әлі сынап көрмедім. Менің ойымша, тіпті бұл амплитуда шамалы болады және кейбір сызықтық емес қалады. Екінші әдіс - қолданыстағы есептегіштің шығысына белгілі жүктемелерді қою және әрбір жиілік диапазонында көрсетілген VSWR -ды жазу. Бұл сізге нақты VSWR -ге қарсы түзету қисықтарын құруға мүмкіндік береді, содан кейін оларды түзету үшін Arduino нобайына енгізуге болады.

Мен екінші әдісті қабылдадым, себебі бұл оңай болды. Келесі резисторларды ұстаңыз: 50, 100, 150 және 200 Ом. Бұл 50 Омдық аспапта олар анықтамасы бойынша 1, 2, 3 және 4 VSWR сәйкес келеді. Эскизде 'use_calibration' қосқышы бар. Мұны LOW күйіне орнатыңыз және эскизді жүктеңіз (ол экранда ескертуді көрсетеді). Содан кейін әр резистор үшін жиілік диапазонының ортасында өлшеу жүргізіңіз. Кестеде көрсетілген VSWR -ге қарсы кесте құру үшін электрондық кестені пайдаланыңыз. Сіз содан кейін TrueVSWR = m.ln (MeasuredVSWR)+c түріндегі мультипликатор мен кесуді беретін әрбір жиілік диапазонына сәйкес логарифмдік қисық жасай аласыз. Бұл мәндер соңғы екі бағандағы swr_results массивіне жүктелуі керек (нобайдағы алдыңғы түсініктеме мәлімдемесін қараңыз). Бұл оларды қоюдың біртүрлі жері, бірақ мен асығыс едім, және бұл дүкендер өзгермелі болғандықтан, бұл сол кезде ақылға қонымды таңдау болып көрінді. Содан кейін use_calibration қосқышын ЖОҒАРЫ күйге қайтарыңыз, Arduino -ны жаңартып, өшіріңіз.

Назар аударыңыз, нүктелік жиілікті өлшеу кезінде диапазонды бастапқы таңдау үшін калибрлеу қолданылады. Егер сіз жиілікте өрескел өзгерістер енгізсеңіз, бұл жаңартылмайды.

Енді есептегіш бекітілген жүктемелер үшін күткендей оқиды және менің антенналарымды өлшеу кезінде мағынасы бар сияқты! Менің ойымша, бұл кең жолақты күшейткіш келгенде ол маған кедергі жасамайды деп ойлаймын …

6 -қадам: анализаторды қолдану

Антеннаны PL-259 сымы арқылы жалғап, құрылғыны қосыңыз. Ол экранды көрсетеді, содан кейін барлық негізгі HF диапазондарын автоматты түрде тазартады. Бейнебетте тексерілетін жиілік, ағымдағы VSWR көрсеткіші, минималды VSWR көрсеткіші және оның пайда болу жиілігі көрсетіледі. Өлшеу шуын азайту үшін әрбір жиілік нүктесінде VSWR бес өлшемі алынады; осы бес оқудың орташа мәні соңғы мәнді көрсетпес бұрын жиілікке қатысты тоғыз нүктелі жылжымалы орташа сүзгіден өтеді.

Егер сіз барлық жолақтарды тазартуды тоқтатқыңыз келсе, кодер тұтқасын басыңыз. Тазалау тоқтатылады және барлық диапазон деректерінің қысқаша мазмұны көрсетіледі (әлі тазартылмаған диапазондардың нөлдері бар). Екінші рет басу арқылы негізгі мәзір ашылады. Таңдау кодерді айналдыру, содан кейін оны тиісті нүктеге басу арқылы қабылданады. Негізгі мәзірде үш таңдау бар:

Барлық топтарды тазарту барлық негізгі HF диапазондарын тазалауды қайта бастайды. Аяқтағаннан кейін ол жоғарыда сипатталған жиынтық экранды көрсетеді. Осыны жазғыңыз келсе немесе суретке түсіргіңіз келсе.

Жалғыз жолақты тазарту сізге кодермен бір жолақты таңдауға мүмкіндік береді, содан кейін оны сыпырады. Таңдау кезінде толқын ұзындығы мен жиілік диапазоны көрсетіледі. Тазалау аяқталғаннан кейін, кодерді екінші рет басу VSWR қарапайым диапазонының жиіліктік графигін көрсетеді, онда сандық VSWR мен оның пайда болу жиілігі көрсетіледі. Егер сіз дипольдік қолдарыңызды қысқарту немесе ұзарту керектігін білгіңіз келсе, бұл өте ыңғайлы, себебі ол VSWR жиілігін көрсетеді; бұл қарапайым сандық есеппен жоғалады.

Жалғыз жиілік бір тұрақты жиілікті таңдауға мүмкіндік береді, содан кейін нақты уақыт режимінде антеннаны реттеу үшін VSWR тірі өлшеуін үнемі жаңартады. Алдымен сәйкес жиілік жолағын таңдаңыз; дисплей таңдалған диапазонның орта жиілігін және VSWR тіркесімін көрсетеді. Бұл кезде тиісті диапазонды калибрлеу қолданылады. Жиілік цифрларының бірінің асты сызылады. Бұл кодер көмегімен солға және оңға жылжытуға болады. Кодерді басу сызықты күшейтеді; содан кейін кодерді айналдыру цифрды азайтады немесе көбейтеді (0-9 орамасыз немесе тасусыз). Цифрды түзету үшін кодерді қайтадан басыңыз, содан кейін келесіге өтіңіз. Сіз бұл қондырғының көмегімен HF спектрінің кез келген жиілігіне қол жеткізе аласыз - диапазонды таңдау сізді қалаған жерге жақындатуға көмектеседі. Ескерту бар: таңдалған диапазон үшін калибрлеу бастапқыда жүктеледі. Егер сіз таңдалған диапазоннан тым алыстасаңыз, цифрларды өзгерту арқылы калибрлеу күші төмендейді, сондықтан таңдалған диапазонда қалуға тырысыңыз. Бұл режимді аяқтағаннан кейін астыңғы сызықты оңға қарай «шығу» күйіне дейін жылжытыңыз, содан кейін негізгі мәзірге оралу үшін кодерді басыңыз.

Егер сіз компьютерді анализатордың артындағы USB ұясына қоссаңыз (мысалы, Arduino -ға), кез келген тазарту кезінде VSWR мәндеріне қарсы жиілікті жинау үшін Arduino сериялық мониторын пайдалануға болады (ол қазір 9600 -ге орнатылған, бірақ оны өзгертуге болады) нобайымды өңдеу арқылы). Содан кейін мәндерді электрондық кестеге қоюға болады, осылайша сіз тұрақты графиктерді т.

Скриншотта 9: 1 UNUN бар 7,6 м балық аулау бағанының тік антеннасына арналған VSWR қысқаша мазмұны көрсетілген. Менің қондырғы 3: 1 максималды SWR сыйымдылығын ішкі авто тюнер қондырғысымен сыйдыра алады. Сіз оны 80 м және 17 м -ден басқа барлық диапазондарда реттей алатынымды көресіз. Енді менде көп жолақты антенна бар екенін біле отырып, демалуға болады және мен көптеген жолақтарды тарату кезінде қымбат нәрсені бұзбаймын.

Сәттілік және бұл сізге пайдалы деп үміттенемін.