HF antenos analizatorius su „Arduino“ir DDS moduliu: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Sveiki

Šioje instrukcijoje aš jums parodysiu, kaip sukūriau nebrangų antenos analizatorių, galintį išmatuoti anteną ir parodyti jos VSWR per bet kurią ar visas HF dažnių juostas. Jis suras minimalų VSWR ir atitinkamą dažnį kiekvienoje juostoje, bet taip pat parodys realaus laiko VSWR pagal vartotojo pasirinktą dažnį, kad būtų lengviau sureguliuoti anteną. Jei šluojama viena dažnių juosta, ji parodys VSWR ir dažnio grafiką. Galinėje pusėje taip pat yra USB prievadas, skirtas dažniui ir VSWR duomenims išvesti, kad būtų galima patobulinti grafiką kompiuteryje. Jei reikia, USB prievadas taip pat gali būti naudojamas programinei įrangai atnaujinti.

Neseniai įsitraukiau į radijo mėgėjus (nes man patiko idėja bendrauti tarpusavyje dideliais atstumais be infrastruktūros) ir greitai padariau šiuos pastebėjimus:

1. Visi mane dominantys pasauliniai ryšiai vyksta aukštų dažnių juostose (3–30 MHz)

2. Aukšto dažnio siųstuvai-imtuvai yra labai brangūs ir sulūš, jei jų neįvesite į pakankamai gerai suderintą anteną

3. Paprastai tikimasi, kad sukomplektuosite savo HF anteną iš vielos gabalų, suvertų per sodą (nebent norite išleisti dar daugiau pinigų, nei išleidote per 2).

4. Jūsų antena gali būti netinkama, bet jūs to nesužinosite, kol neišbandysite.

Dabar puristas tikriausiai pasakytų, kad pirmiausia reikia išbandyti labai mažos galios anteną dominančiu dažniu ir patikrinti įrenginio skaitiklio VSWR, kad būtų galima įvertinti rungtynių kokybę. Aš tikrai neturiu laiko kištis į tokius dalykus kiekvienam dažniui, kurį galbūt norėčiau naudoti. Aš tikrai norėjau antenos analizatoriaus. Šie prietaisai gali patikrinti antenos atitikties kokybę bet kuriuo dažniu per HF diapazonus. Deja, jie taip pat yra labai brangūs, todėl pradėjau svarstyti, ar galėčiau pasigaminti savo. Aš sutikau puikų darbą, kurį atliko K6BEZ (žr. Netrukus jis atsisakė „Arduino“dėl išlaidų, norėdamas naudoti PIC. Na, 2017 m. Galite nusipirkti „Arduino Nano“už maždaug 3,50 svarų sterlingų, todėl pagalvojau, kad atėjo laikas dar kartą peržiūrėti jo darbą, tęsti ten, kur jis baigė, ir pamatyti, ką aš galiu sugalvoti (atkreipkite dėmesį, kad nesu vienintelis) kas tai padarė: internete galima rasti labai gražių pavyzdžių).

Atnaujinimas (2018 m. Liepos 29 d.) - šį darbą gerokai išplėtė bi3qwq iš Kinijos, kuris padarė tikrai gražių patobulinimų vartotojo sąsajoje, kuria maloniai pasidalino. Jis suprojektavo labai profesionalią PCB (su puikia kalibravimo rezistoriaus funkcija) ir padarė tikrai gerą išvaizdą. Be to, jis paruošė schemą, kuri, žinau, pradžiugins daugelį anksčiau komentavusių. Daugiau informacijos rasite komentarų skiltyje.

Atnaujinimas - neseniai įlipau į 60 m, o tai nebuvo apimta pradiniame eskize. Taigi dabar aš įkėliau 7 programinės įrangos versiją, kuri prideda 160 m ir 60 m juostas. Tai nėra priedai; jie visiškai integruoti į analizatoriaus veikimą. Man pasisekė, kad radau „u8glib“šriftą, kuris vis dar buvo įskaitomas, bet leido tuo pačiu metu rodyti dešimt juostų tame mažame ekrane (nors tai nebuvo vienatvė, dėl to kilo sielvartas). Apskaičiavau naujų juostų kalibravimo vertes, remdamasis esamų kalibravimo verčių interpoliacija / ekstrapoliacija. Tada aš juos patikrinau su fiksuotais rezistoriais ir jie duoda gana gerų rezultatų.

Atnaujinimas - kaip keli žmonės klausė apie schemas, pagrindinė „Arduino“/ DDS / VSWR tilto grandinė iš esmės nesikeičia nuo pradinio K6BEZ darbo. Peržiūrėkite aukščiau pateiktą jo pradinės schemos URL, kuriuo grindžiau šį projektą. Pridėjau koduotuvą, OLED ekraną ir visiškai sukurtą programinę -aparatinę įrangą, kad naudotojams būtų patogu naudotis.

Atnaujinimas - ši sistema naudoja labai žemos įtampos DDS signalo šaltinį kartu su varžiniu tiltu, kuriame yra diodų detektoriai. Taigi diodai veikia savo nelinijiniuose regionuose, ir mano pirmoji šios sistemos versija buvo linkusi nepakankamai perskaityti VSWR. Pavyzdžiui, 16 omų arba 160 omų varža turėtų rodyti maždaug 3 VSWR 50 omų sistemoje; šis matuoklis šioje situacijoje rodė VSWR arčiau 2. Todėl aš atlikiau programinės įrangos kalibravimą, naudodamas žinomas apkrovas, kurios, atrodo, yra veiksmingas šios problemos sprendimas. Tai aprašyta priešpaskutiniame šios instrukcijos žingsnyje, o įkeltas pataisytas eskizas.

Atnaujinimas - borto grafikų įrenginys pridėtas prie atskirų braukimų, nes tai buvo per daug naudinga atsisakyti, ypač kai derinamas antenų ilgis pagal minimalų VSWR: grafikas suteikia akimirksniu matomą tendenciją.

1 žingsnis: nusipirkite savo daiktus

Jums reikės šių elementų. Daugumą jų pigiai galima įsigyti „Ebay“. Brangiausias atskiras daiktas buvo dėžutė, už maždaug 10 svarų sterlingų! Gali būti įmanoma pakeisti kai kuriuos elementus (pavyzdžiui, aš naudoju 47 R, o ne 50 R). Diodai buvo gana neįprasti (turėjau nusipirkti 5 iš Italijos) ir, jei žinote, ką darote, vertėtų pakeisti lengviau prieinamus elementus.

• Arduino Nano
• DDS modulis (DDS AD9850 signalo generatoriaus modulis HC-SR08 signalo sinusinė kvadrato banga 0-40MHz)
• 1,3 colio „i2c“OLED ekranas
• MCP6002 op-amp (8 kontaktų)
• 2 išjungtas AA143 diodas
• Keraminiai kondensatoriai: 2 išjungti 100 nF, 3 išjungti 10 nF
• 1 uF elektrolitinis kondensatorius
• Rezistoriai: 3 išjungti 50 R, 2 išjungti 10 K, 2 išjungti 100 K, 2 išjungti 5 K, 2 išjungti 648 R
• 2,54 mm žingsnio varžtų gnybtų blokai: 3 išjungti 2 kontaktų, 2 išjungti 4 kontaktų
• Viengyslis sujungimo laidas
• 702 arba panaši prijungimo viela
• Stripboard
• Kvadratinė antraštė (patelė), skirta prijungti „Arduino“ir DDS - nepirkite apvalių lizdų per klaidą!
• SO-239 lizdas ant važiuoklės
• Sukamasis kodavimo įrenginys (15 impulsų, 30 sulaikymų) su stūmikliu ir rankenėle
• Pigus rotacinio kodavimo modulis (neprivaloma)
• Projekto dėžutė
• Jungiklis
• Stačiakampis mini-USB prie USB B pertvaros tvirtinimo laidas (50 cm)
• PP3 ir akumuliatoriaus spaustukas / laikiklis
• Lipni PCB montavimo stulpai / atramos

Jums taip pat reikės lituoklio ir elektronikos įrankių. 3D spausdintuvas ir stulpinis gręžtuvas yra naudingi gaubtui, nors, jei norite, tikriausiai galėtumėte viską surinkti ant juostos ir nesivarginti su dėžute.

Natūralu, kad jūs imatės šio darbo ir naudojatės rezultatais savo rizika.

2 žingsnis: Išdėstykite „Stripboard“

Suplanuokite, kaip išdėstysite komponentus ant juostos. Tai galite padaryti patys, remdamiesi originalia „K6BEZ“schema (kurioje nėra kodavimo įrenginio ar ekrano - žr. 7 psl. Iš https://www.hamstack.com/hs_projects/antenna_analyzer_docs.pdf), arba galite sutaupyti daug laiko ir nukopijuokite mano maketą.

Šiuos maketus darau paprastai, naudodamas kvadratinį popierių ir pieštuką. Kiekviena sankryža simbolizuoja juostos skylę. Variniai takeliai eina horizontaliai. Kryžius reiškia sulūžusį takelį (naudokite 6 mm grąžtą arba tinkamą įrankį, jei tokį turite). Apskritimų linijos su langeliu aplink jas žymi antraštes. Didelės dėžutės su varžtais žymi jungčių blokus. Atkreipkite dėmesį, kad mano diagramoje yra papildoma linija, kuri horizontaliai eina per lentos vidurį. Sujungdami palikite tai (tai pažymėta „praleisti šią eilutę“).

Kai kurie komponentai gali atrodyti keistai. Taip yra todėl, kad dizainas pasikeitė, kai tik pradėjau veikti pagrindinė aparatinė įranga (ypač kai supratau, kad, pavyzdžiui, koduotuvui reikia aparatūros pertraukimų).

Lituodamas komponentus ant plokštės, naudoju „Blu-Tak“, kad juos tvirtai laikyčiau, o apverčiu lentą, kad lituotų kojas.

Aš bandžiau sumažinti naudojamo laido kiekį, suderindamas „Arduino“ir DDS modulį ir tiesiog naudodamas juostelę, norėdamas prijungti raktus. Tuo metu nesupratau, kad aparatinės įrangos pertraukos, reikalingos koduotuvui skaityti, veikia tik su D2 ir D3 kaiščiais, todėl turėjau perkelti DDS RESET iš pradinio D3 ryšio su trupučiu vielos:

DDS ATSTATYMAS - „Arduino D7“

DDS SDAT - „Arduino D4“

DDS FQ. UD - „Arduino D5“

DDS SCLK - „Arduino D6“

„Arduino D2“ir „D3“naudojami kodavimo įvestims A ir B. D11 naudojama kodavimo jungiklio įėjimui. D12 nenaudojamas, bet aš maniau, kad vis tiek padarysiu jam varžtą, kad ateityje jį būtų galima išplėsti.

„Arduino A4“ir „A5“teikia SDA ir SCL (I2C) signalus OLED ekranui.

„Arduino A0“ir „A1“ima įvestis iš VSWR tilto (per OPAMP).

3 veiksmas: įdiekite modulius, pritvirtinkite išorinius įrenginius ir paleiskite kodą

Verta išbandyti plokštę prieš pradedant montuoti ją į korpusą. Prie plokštės pritvirtinkite šiuos komponentus, naudodami lanksčią vielą, naudodami varžtų gnybtų blokus:

• 1,3 colių OLED ekranas (SDA ir SCL yra prijungti prie „Arduino“kaiščių A4 ir A5 atitinkamai; įžeminimas ir „Vcc“, žinoma, yra „Arduino GND“ir +5 V)
• Rotacinis kodavimo įrenginys (tam reikia įžeminimo, dviejų signalų linijų ir jungiklio linijos - gali tekti apversti jungiklių linijas, jei kodavimo priemonė veikia neteisingai - atitinkamai prijunkite jas prie „Arduino“žemės, D2, D3 ir D11). Atminkite, kad savo prototipų kūrimo metu 15/30 kodavimo įrenginį sumontavau ant KH-XXX kodavimo modulio plokštės, nes plikų kodavimo įrenginių kaiščiai yra labai silpni. Paskutiniam darbui aš lituodavau laidus tiesiai ant kodavimo įrenginio.
• 9V baterija
• SO -239 lizdas - lituokite centrinį kaištį prie antenos signalo linijos ir naudokite M3 žiedinį gnybtą ir varžtą antenos įžeminimui

Nubraukite šį eskizą ant „Arduino“. Taip pat įsitikinkite, kad įtraukėte labai gerą OLED tvarkyklių biblioteką iš Oli Kraus, kitaip kompiliacija suduš ir sudegs:

Jei jūsų OLED ekranas šiek tiek skiriasi, gali reikėti kitokio konfigūravimo nustatymo u8glib; tai gerai dokumentuota Oli pavyzdiniame kode.

4 žingsnis: sudėkite viską į gražią dėžutę (neprivaloma)

Rimtai svarsčiau palikti analizatorių kaip pliką lentą, nes tikėtina, kad jis bus naudojamas tik retkarčiais. Tačiau pagalvojęs pagalvojau, kad jei daug dirbsiu su viena antena, tai gali būti sugadinta. Taigi viskas vyko dėžutėje. Nėra prasmės gilintis į tai, kaip tai buvo padaryta, nes jūsų dėžutė greičiausiai bus kitokia, tačiau verta paminėti kai kurias pagrindines funkcijas:

1. Juostos plokštės montavimui naudokite lipnią PCB atramą. Jie tikrai palengvina gyvenimą.

2. Naudodami trumpą USB adapterio laidą išveskite „Arduino“USB prievadą korpuso gale. Tada lengva pasiekti nuoseklųjį prievadą, kad gautumėte dažnio ir VSWR duomenis, taip pat atnaujinkite „Arduino“nenuimdami dangtelio.

3. Sukūriau pasirinktinę 3D spausdintą dalį, kuri palaikytų OLED ekraną, nes internete nieko neradau. Jame yra įdubimas, leidžiantis įterpti 2 mm akrilo gabalėlį, kad būtų apsaugotas trapus ekranas. Jis gali būti montuojamas naudojant dvipusę juostą arba savisriegius varžtus (su skirtukais abiejose pusėse). Kai ekranas bus sumontuotas, galite naudoti karštą laidą (pagalvokite apie sąvaržėlę ir žibintą), kad ištirptumėte PLA kaiščius ant plokštės galinės pusės, kad viskas būtų pritvirtinta. Čia yra STL failas visiems, kurie domisi:

5 žingsnis: kalibravimas

Iš pradžių aš neatlikau kalibravimo, bet sužinojau, kad VSWR matuoklis nuolat rodė žemą rodmenį. Tai reiškė, kad nors antena ir atrodė tinkama, mano įrenginio automatinis derintuvas negalėjo jos suderinti. Ši problema kyla dėl to, kad DDS modulis skleidžia labai mažos amplitudės signalą (apie 0,5 Vpp esant 3,5 MHz dažniui, jis išnyksta). Todėl VSWR tilto detektoriai veikia jų nelinijinėje srityje.

Tam yra du galimi pataisymai. Pirmasis - pritaikyti plačiajuosčio ryšio stiprintuvą prie DDS išvesties. Potencialiai tinkamus įrenginius pigiai galima įsigyti iš Kinijos ir jie padidins išvestį iki maždaug 2 V p. Aš užsisakiau vieną iš jų, bet dar neišbandžiau. Manau, kad net ši amplitudė bus šiek tiek ribinė ir išliks tam tikras netiesiškumas. Antrasis metodas yra esamo skaitiklio išvesties apkrova ir kiekvienos dažnių juostos įrašomas rodomas VSWR. Tai leidžia jums sukurti faktinio ir pranešto VSWR korekcijos kreives, kurios vėliau gali būti įtrauktos į „Arduino“eskizą, kad būtų galima pataisyti skraidant.

Aš priėmiau antrąjį metodą, nes tai buvo lengva padaryti. Tiesiog paimkite šiuos rezistorius: 50, 100, 150 ir 200 omų. Šiame 50 omų instrumente jie pagal apibrėžimą atitiks 1, 2, 3 ir 4 VSWR. Eskize yra jungiklis „use_calibration“. Nustatykite šią parinktį į LOW ir įkelkite eskizą (kuris pasirodys įspėjime pradžios ekrane). Tada atlikite kiekvieno rezistoriaus matavimus kiekvienos dažnių juostos centre. Naudokite skaičiuoklę, kad pavaizduotumėte tikėtiną ir rodomą VSWR. Tada galite pritaikyti kiekvienos dažnių juostos logaritminę kreivę, kuri suteikia daugiklį ir perima formą TrueVSWR = m.ln (MeasuredVSWR)+c. Šios vertės turėtų būti įkeliamos į swr_results masyvą paskutiniuose dviejuose stulpeliuose (žr. Ankstesnį eskizo komentaro teiginį). Tai keista vieta juos įdėti, bet aš skubėjau ir, nes šios masyvo parduotuvės plūduriuoja, tuo metu atrodė protingas pasirinkimas. Tada perjunkite „use_calibration“jungiklį į AUKŠTĄ, iš naujo paleiskite „Arduino“ir eikite.

Atminkite, kad atliekant taškinio dažnio matavimus, kalibravimas taikomas pradiniam juostos pasirinkimui. Tai nebus atnaujinta, jei bendrai pakeisite dažnumą.

Dabar matuoklis nuskaito, kaip tikėtasi fiksuotoms apkrovoms, ir atrodo, kad mato mano antenas! Įtariu, kad galbūt nesivarginsiu išbandyti to plačiajuosčio ryšio stiprintuvo, kai jis atvyks …

6 žingsnis: Naudokite analizatorių

Prijunkite anteną per PL-259 laidą ir įjunkite įrenginį. Jis parodys pradinį ekraną, tada automatiškai atliks visų pagrindinių HF juostų valymą. Ekrane rodomas bandomas dažnis, dabartinis VSWR rodmuo, minimalus VSWR rodmuo ir dažnis, kuriuo jis įvyko. Siekiant sumažinti matavimo triukšmą, kiekviename dažnio taške atliekami penki VSWR matavimai; vidutinė šių penkių rodmenų vertė perduodama per devynių taškų slenkančio vidurkio filtrą, atsižvelgiant į dažnį, prieš parodant galutinę vertę.

Jei norite sustabdyti visų juostų valymą, tiesiog paspauskite kodavimo rankenėlę. Valymas bus sustabdytas ir bus rodoma visų surinktų juostų duomenų suvestinė (su nuliais toms juostoms, kurios dar nėra ištrintos). Antras paspaudimas parodys pagrindinį meniu. Pasirinkimas atliekamas sukant kodavimo įrenginį ir paspaudžiant jį atitinkamame taške. Pagrindiniame meniu yra trys pasirinkimai:

„Sweep all“juostos pradės visų pagrindinių HF juostų šlavimą. Kai jis bus baigtas, jis parodys aukščiau aprašytą suvestinės ekraną. Užsirašykite tai arba nufotografuokite, jei norite ją išsaugoti.

„Sweep“viena juosta leis koduotuvu pasirinkti vieną juostą, tada ją nušluoti. Pasirinkus rodomas ir bangos ilgis, ir dažnių diapazonas. Kai šlavimas bus baigtas, antras kodavimo mygtuko paspaudimas parodys paprastą ką tik nuvalytos juostos VSWR ir dažnio grafiką, nurodydamas minimalų VSWR ir dažnį, kuris įvyko. Tai labai patogu, jei norite žinoti, ar sutrumpinti, ar pailginti dipolines rankas, nes tai dažnai rodo VSWR tendenciją; tai prarandama naudojant paprastą skaitinę ataskaitą.

Vienas dažnis leidžia pasirinkti vieną fiksuotą dažnį ir nuolat atnaujinti tiesioginį VSWR matavimą, kad antena būtų derinama realiuoju laiku. Pirmiausia pasirinkite atitinkamą dažnių juostą; tada ekrane bus rodomas centrinis pasirinktos juostos dažnis ir tiesioginis VSWR rodmuo. Šiuo metu taikomas atitinkamas juostos kalibravimas. Vienas iš dažnio skaitmenų bus pabrauktas. Jį galima perkelti į kairę ir į dešinę su koduotuvu. Paspaudus kodavimo priemonę, linija sustiprėja; pasukus kodavimo priemonę, skaičius sumažės arba padidės (0–9 be apvyniojimo ar nešiojimo). Dar kartą paspauskite kodavimo priemonę, kad ištaisytumėte skaitmenį, tada pereikite prie kito. Naudodamiesi šia priemone, galite pasiekti beveik bet kokį dažnį visame HF spektre - juostos pasirinkimas pradžioje tik padeda priartėti prie to, kur tikriausiai norite būti. Tačiau yra įspėjimas: pasirinktos juostos kalibravimas įkeliamas pradžioje. Jei perėjote per toli nuo pasirinktos juostos, pakeisdami skaitmenis, kalibravimas taps mažiau galiojantis, todėl stenkitės likti pasirinktoje juostoje. Baigę šį režimą, pastumkite pabraukimo brūkšnį iki galo į dešinę, kol jis bus „išeiti“, tada paspauskite koduotuvą, kad grįžtumėte į pagrindinį meniu.

Jei prijungsite kompiuterį prie USB lizdo, esančio analizatoriaus gale (ty prie „Arduino“), galite naudoti „Arduino“serijinį monitorių, kad surinktumėte dažnio ir VSWR reikšmes atliekant bet kokias valymo operacijas (šiuo metu jis nustatytas į 9600, bet galite tai pakeisti lengvai redaguodami mano eskizą). Tuomet vertes galima sudėti į skaičiuoklę, kad galėtumėte nubrėžti daugiau nuolatinių grafikų ir pan.

Ekrano kopijoje parodyta VSWR suvestinė, skirta mano 7,6 m žvejybos stulpelio vertikaliai antenai su 9: 1 UNUN. Mano įrenginyje gali būti 3: 1 maksimalus SWR su vidiniu automatinio derinimo bloku. Matote, kad galėsiu jį sureguliuoti per visas juostas, išskyrus 80 m ir 17 m. Taigi dabar galiu atsipalaiduoti žinodamas, kad turiu priimtiną kelių juostų anteną ir nesugadinsiu nieko brangaus, kai perduosiu daugumoje juostų.

Sėkmės ir tikiuosi, kad tai jums bus naudinga.