Arduino və DDS Modulu ilə HF Antenna Analizatoru: 6 Addım (Şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Salam

Bu Təlimat kitabında, bir anten ölçə bilən və VSWR-ni hər hansı bir və ya bütün HF tezlik diapazonlarında göstərə biləcək ucuz bir anten analizatoru necə qurduğumu sizə göstərəcəyəm. Hər bir band üçün minimum VSWR və uyğun tezliyi tapacaq, eyni zamanda anten tənzimlənməsini asanlaşdırmaq üçün istifadəçi tərəfindən seçilmiş tezlik üçün real vaxt VSWR göstərəcək. Bir tezlik diapazonunu süpürsəniz, tezliyə qarşı VSWR qrafiki göstəriləcək. PC-də daha zərif qrafik qurmağa imkan vermək üçün arxada tezlik və VSWR məlumatlarını çıxarmaq üçün bir USB portu var. USB portu, lazım olduqda firmware yeniləmək üçün də istifadə edilə bilər.

Bu yaxınlarda həvəskar radioya girdim (çünki infrastrukturu olmayan böyük məsafələrdə həmyaşıdlarla ünsiyyət qurmaq fikrini bəyəndim) və sürətlə aşağıdakı müşahidələri apardım:

1. Məni maraqlandıran bütün dünya ünsiyyətləri HF diapazonlarında (3-30 MHz) baş verir

2. HF ötürücüləri çox bahalıdır və kifayət qədər uyğun bir antenə sürməsəniz qırılacaq

3. Ümumiyyətlə, öz HF anteninizi bağçanın içərisindən keçirilmiş tellərdən düzəltməyiniz gözlənilir (2 -də sərf etdiyinizdən daha çox pul xərcləmək istəmirsinizsə).

4. Anteniniz pis bir uyğunluq ola bilər, amma sınamayana qədər bilməyəcəksiniz.

İndi bir purist, ehtimal ki, əvvəlcə antenanı çox aşağı gücdə maraq tezliyində sınamalı və matçın keyfiyyətini qiymətləndirmək üçün qurğunun sayğacında VSWR -ni yoxlamalısınız. İstifadə etmək istəyə biləcəyim hər bir tezlik üçün belə bir şeylə məşğul olmağa vaxtım yoxdur. İstədiyim antenna analizatoru idi. Bu cihazlar, HF diapazonlarında istənilən tezlikdə anten uyğunluğunun keyfiyyətini yoxlaya bilər. Təəssüf ki, onlar da çox bahalıdır, buna görə özüm edə biləcəyimi düşünməyə başladım. Ucuz birbaşa rəqəmsal sintezator modulunu (DDS) idarə etmək üçün bir Arduinonun istifadəsini araşdıran K6BEZ -in (bkz https://www.hamstack.com/project_antenna_analyzer.html) həyata keçirdiyi mükəmməl işlərə rast gəldim. Tezliklə PIC istifadə etməyi üstün tutaraq xərc səbəbiylə Arduinodan imtina etdi. Yaxşı, 2017 -ci ildə təxminən 3,50 funt sterlinqə bir Arduino Nano satın ala bilərsiniz, buna görə də işinə yenidən baxmağın, qaldığı yeri götürməyin və nə ilə gələ biləcəyimi görməyin vaxtı olduğunu düşündüm (unutmayın ki, tək mən deyiləm) bunu kim etdi: İnternetdə tapıla biləcək çox gözəl nümunələr var).

Yeniləmə (29/7/2018) - bu iş, xeyirxahlıqla paylaşdığı istifadəçi interfeysində həqiqətən çox gözəl təkmilləşdirmələr etmiş Çindən bi3qwq tərəfindən qurulmuşdur. Çox peşəkar bir PCB (böyük bir kalibrləmə müqavimət xüsusiyyəti ilə) dizayn etdi və həqiqətən yaxşı görünüşlü bir quruluş etdi. Üstəlik, əvvəllər şərh yazanların çoxunu sevindirəcəyini bildiyim bir sxem hazırladı. Ətraflı məlumat üçün şərh bölməsinə baxın.

Yeniləmə - Bu yaxınlarda orijinal eskizin əhatə etmədiyi 60 m məsafəyə girirəm. Beləliklə, indi 160 m və 60 m bantları əlavə edən 7 -ci firmware versiyasını yüklədim. Bunlar əlavələr deyil; analizatorun işinə tam inteqrasiya olunmuşdur. Hələ də oxunaqlı, lakin kiçik ekranda eyni vaxtda on lent göstərməyimə icazə verən u8glib şriftini tapa bildiyim üçün şanslıyam (bəzi kədərlərə səbəb olan tək məkan olmasa da). Mövcud kalibrləmə dəyərlərinin interpolasiyası / ekstrapolyasiyasına əsaslanaraq yeni qruplar üçün kalibrləmə dəyərlərini təxmin etdim. Daha sonra bunları sabit rezistorlar ilə yoxladım və olduqca yaxşı nəticələr verirlər.

Yeniləmə - bir neçə adamın sxemlər haqqında soruşduğu kimi, əsas Arduino / DDS / VSWR körpü dövrəsi K6BEZ -in orijinal işindən xeyli dəyişməmişdir. Zəhmət olmasa bu layihəni əsaslandırdığım orijinal sxem üçün yuxarıdakı URL -ə baxın. İstifadəçi təcrübəsini asanlaşdırmaq üçün bir kodlayıcı, OLED ekran və tam inkişaf etmiş bir proqram təminatı əlavə etdim.

Yeniləmə - Bu sistem, diod detektorları olan rezistiv körpü ilə birlikdə çox aşağı gərginlikli DDS siqnal mənbəyindən istifadə edir. Beləliklə, diodlar qeyri-xətti bölgələrində işləyir və bu sistemin ilk versiyası VSWR-in az oxunmasına meyl etdi. Məsələn, 16 ohm və ya 160 ohm empedans yükü 50 ohm sistemində təxminən 3 VSWR göstərməlidir; bu sayğac, bu vəziyyətdə 2 -yə yaxın VSWR göstərdi. Bu səbəbdən bu problem üçün təsirli bir həll kimi görünən yüklərdən istifadə edərək bir proqram kalibrləmə apardım. Bu təlimatlandırmanın sonuncu addımında təsvir edilmiş və yenidən işlənmiş bir eskiz yüklənmişdir.

Yeniləmə - xüsusən də antena uzunluqlarını minimum VSWR üçün tənzimləyərkən, ayrılmaq çox faydalı olduğu üçün tək süpürgələrə əlavə edilmiş bir bort şəkli qurğusu əlavə edildi: bir qrafik sizə dərhal görünən bir trend verir.

Addım 1: əşyalarınızı satın alın

Aşağıdakı maddələrə ehtiyacınız olacaq. Çoxunu ucuz qiymətə Ebay -dan əldə etmək olar. Ən bahalı tək əşya, 10 funt sterlinqə yaxın olan qutu idi! Bəzi maddələri əvəz etmək mümkün ola bilər (məsələn, 50 Rs əvəzinə 47 Rs istifadə etdim). Diodlar olduqca qeyri -adi idi (İtaliyadan 5 ədəd almalı idim) və nə etdiyinizi bilirsinizsə, daha asan əldə edilə bilən əşyaları əvəz etməyə dəyər.

• Arduino Nano
• DDS modulu (DDS AD9850 Siqnal Generator Modulu HC-SR08 Sinyal Sinus Kare Dalğası 0-40MHz)
• 1.3 "i2c OLED ekran
• MCP6002 op-amp (8 pin)
• 2 ədəd AA143 diod
• Seramik kondansatörler: 2 off 100 nF, 3 off 10 nF
• 1 uF elektrolitik kondansatör
• Rezistorlar: 3 off 50 R, 2 off 10 K, 2 off 100 K, 2 off 5 K, 2 off 648 R
• 2,54 mm pitch vintli terminal blokları: 3 ədəd 2 pinli, 2 off 4 pinli
• Tək nüvəli bağlama teli
• 702 və ya oxşar bağlayıcı tel
• Stripboard
• Arduino və DDS -ni bağlamaq üçün kvadrat başlıq zolağı (qadın) - yuvarlaq yuva əşyalarını səhvən almayın!
• SO-239 şassi yuvası
• Düymə və düymə ilə fırlanan kodlayıcı (15 nəbz, 30 kilid)
• Ucuz fırlanan kodlayıcı 'modul' (isteğe bağlı)
• Layihə qutusu
• Düyməni dəyişdirin
• Düz açılı mini-usb, USB B bölmə montaj qurğusuna (50 sm)
• PP3 və batareya klipi / tutacağı
• Öz-özünə yapışan PCB montaj dirəkləri / dayaqları

Bir lehimləmə dəmiri və elektronika alətlərinə də ehtiyacınız olacaq. 3D printer və bir sütun matkapı korpus üçün faydalıdır, baxmayaraq ki, istəsəniz, ehtimal ki, hər şeyi lövhəyə yığa bilərsiniz və bir qutu ilə narahat olmayın.

Təbii ki, bu işi öz üzərinə götürürsən və öz riskinə görə əldə edilən nəticələrdən istifadə edirsən.

Addım 2: Stripboard qoyun

Şeritdəki komponentləri necə düzəldəcəyinizi planlaşdırın. K6BEZ -in orijinal sxeminə (kodlayıcıya və ya ekrana malik deyil - https://www.hamstack.com/hs_projects/antenna_analyzer_docs.pdf səhifəsinə baxın 7) istinad edərək ya özünüz edə bilərsiniz, ya da vaxtınıza qənaət edə bilərsiniz. planımı kopyalayın.

Kvadrat kağız və qələm istifadə edərək bu planları sadə bir şəkildə edirəm. Hər kəsişmə lövhə çuxurunu təmsil edir. Mis izlər üfüqi şəkildə gedir. Bir xaç qırıq bir yolu təmsil edir (əgər varsa, 6 mm -lik bir qazma və ya uyğun alətdən istifadə edin). Ətrafında bir qutu olan dairələr xətləri başlıqları təmsil edir. Vintləri olan böyük qutular bağlayıcı blokları bildirir. Diqqət yetirin ki, diaqramımda lövhənin ortasından üfüqi şəkildə keçən əlavə bir xətt var. Bir yerə qoyarkən bunu kənara qoyun ('bu xətti burax' işarəsi var).

Bəzi komponentlərin qəribə bir şəkildə düzəldildiyi görünə bilər. Bunun səbəbi, əsas aparat işlədikdən sonra dizaynın inkişaf etməsidir (xüsusən, məsələn, kodlayıcının aparatın kəsilməsinə ehtiyac olduğunu başa düşdüyüm zaman).

Komponentləri lövhəyə lehimləyərkən, bacakları lehimləmək üçün lövhəni çevirərkən, yerində möhkəm tutmaq üçün Blu-Tak istifadə edirəm.

Arduino və DDS modulunu hizalayaraq və açar sancaqları bağlamaq üçün yalnız lövhədən istifadə edərək istifadə etdiyim telin miqdarını minimuma endirməyə çalışdım. Enkoderin yalnız D2 və D3 pinlərində işləməsi üçün aparat kəsilmələrinin lazım olduğunu başa düşmədim, buna görə DDS RESET -i orijinal D3 bağlantısından bir az tel ilə köçürməli oldum:

DDS SIFIRLAMA - Arduino D7

DDS SDAT - Arduino D4

DDS FQ. UD - Arduino D5

DDS SCLK - Arduino D6

Arduino D2 & D3 kodlayıcı girişləri üçün istifadə olunur A & B. D11 kodlayıcı keçid girişi üçün istifadə olunur. D12 istifadə edilmir, amma gələcəkdə genişləndirmək üçün bunun üçün bir vida terminali quracağımı düşündüm.

Arduino A4 & A5, OLED ekran üçün SDA & SCL (I2C) siqnallarını təmin edir.

Arduino A0 və A1, girişləri VSWR körpüsündən alır (OPAMP vasitəsilə).

Addım 3: Modulları quraşdırın, Ətraf qurğuları qoşun və Kodu yandırın

Lövhəni bir korpusa bağlamaqda çətinlik çəkmədən əvvəl sınamağa dəyər. Aşağıdakı komponentləri vintli terminal bloklarından istifadə edərək lövhəyə çevik tellə bağlayın:

• 1.3 "OLED ekran (SDA və SCL sırasıyla Arduino pin A4 və A5 -ə bağlıdır; torpaq və Vcc açıq şəkildə Arduino GND və +5V -ə gedir)
• Döner kodlayıcı (bunun üçün bir torpaq, iki siqnal xətti və bir keçid xətti lazımdır - kodlayıcı səhv işləyirsə, keçid xətlərini yuvarlatmaq lazım ola bilər - bunları müvafiq olaraq Arduino yerə, D2, D3 və D11 -ə bağlayın). Diqqət yetirin ki, prototipləşdirmə işim üçün 15/30 kodlayıcıyı KH-XXX kodlayıcı modul lövhəsinə taxdım, çünki çılpaq kodlayıcılardakı sancaqlar çox zəifdir. Son iş üçün telləri birbaşa kodlayıcının üzərinə lehimlədim.
• 9V batareya
• SO -239 yuvası - mərkəzi pimi anten siqnal xəttinə lehimləyin və antenin torpağı üçün M3 üzük terminalından və vintindən istifadə edin.

Aşağıdakı eskizi Arduino üzərinə yandırın. Oli Krausdan çox yaxşı OLED sürücü kitabxanasını daxil etdiyinizə əmin olun, yoxsa məcmu çökəcək və yanacaq:

OLED ekranınız bir qədər fərqlidirsə, u8glib -də fərqli bir konfiqurasiya parametrinə ehtiyacınız ola bilər; bu, Oli'nin nümunə kodunda yaxşı sənədləşdirilmişdir.

Addım 4: Hamısını gözəl bir qutuya qoyun (isteğe bağlı)

Analizatoru çılpaq bir lövhə olaraq tərk etməyi ciddi şəkildə düşündüm, çünki ehtimal ki, bəzən istifadə olunurdu. Düşünsəm də, düşündüm ki, tək bir anten üzərində çox iş görsəm, zədələnə bilər. Beləliklə, hər şey bir qutuda getdi. Bunun necə edildiyinə dair təfərrüatlara girməyin heç bir mənası yoxdur, çünki qutunuz çox güman ki, fərqli olacaq, lakin bəzi əsas xüsusiyyətləri qeyd etməyə dəyər:

1. Şeridi taxmaq üçün öz-özünə yapışan PCB dayaqlarından istifadə edin. Həyatı həqiqətən asanlaşdırırlar.

2. Arduino USB portunu korpusun arxasına çıxarmaq üçün qısa bir USB adapter ucundan istifadə edin. Sonra VSWR məlumatlarına qarşı tezlik əldə etmək və Arduino -nu qapağını çıxarmadan yeniləmək üçün serial portuna daxil olmaq asandır.

3. İnternetdə heç nə tapa bilmədiyim üçün OLED ekranı dəstəkləmək üçün xüsusi 3D çaplı bir hissə hazırladım. Bu, kövrək ekranı qorumaq üçün 2 mm -lik bir akril parçası taxmağa imkan verən bir girintiyə malikdir. İki tərəfli lent və ya özünü vurma vintləri ilə (hər iki tərəfdəki tırnaqlar ilə) quraşdırıla bilər. Ekran quraşdırıldıqdan sonra, hər şeyi təmin etmək üçün PLA sancaqlarını elektron lövhənin arxasına əritmək üçün isti bir teldən istifadə edə bilərsiniz. Maraqlanan hər kəs üçün STL faylı:

Addım 5: Kalibrləmə

Əvvəlcə heç bir kalibrləmə etmədim, amma VSWR sayğacının ardıcıl olaraq aşağı oxuduğunu kəşf etdim. Bu o demək idi ki, bir anten yaxşı görünsə də, qurğumun avtomatik tənzimləyicisi ona uyğun gələ bilmədi. Bu problem DDS modulu çox aşağı amplituda siqnal verdiyindən yaranır (3,5 MHz -də təxminən 0,5 Vpp, tezlik artdıqca yuvarlanır). VSWR körpüsündəki detektor diodları bu səbəbdən xətti olmayan bölgələrində işləyir.

Bunun üçün iki mümkün düzəliş var. Birincisi, genişzolaqlı gücləndiricini DDS çıxışına uyğunlaşdırmaqdır. Potensial uyğun qurğular Çindən ucuz satılır və çıxışı təxminən 2 V -ə qədər artıracaq. Bunlardan birini sifariş etmişəm, amma hələ sınamamışam. Hiss edirəm ki, hətta bu amplitüd də bir qədər marjinal olacaq və bəzi qeyri-xətilik qalacaq. İkinci üsul, mövcud sayğacın çıxışına bilinən yükləri qoymaq və hər bir tezlik diapazonunda göstərilən VSWR -ni qeyd etməkdir. Bu, faktiki və hesabat VSWR üçün düzəliş əyriləri qurmağa imkan verir, sonra düzəlişləri dərhal tətbiq etmək üçün Arduino eskizinə daxil edilə bilər.

İkinci üsulu mən çox asan qəbul etdim. Aşağıdakı rezistorları tutun: 50, 100, 150 və 200 ohm. Bu 50 ohm cihazda bunlar tərifinə görə 1, 2, 3 və 4 VSWR -lərə uyğun gəlir. Eskizdə 'use_calibration' açarı var. Bunu LOW olaraq təyin edin və eskizi yükləyin (açılış ekranında bir xəbərdarlıq göstərəcək). Sonra hər bir rezistor üçün hər bir tezlik bandının mərkəzində ölçülər aparın. Görünən VSWR ilə müqayisədə gözlənilən planı tərtib etmək üçün bir elektron tablo istifadə edin. Daha sonra TrueVSWR = m.ln (ÖlçülmüşVSWR)+c formasının çarpan və kəsilməsini verən hər bir tezlik diapazonu üçün uyğun bir logarifmik əyri edə bilərsiniz. Bu dəyərlər son iki sütundakı swr_results massivinə yüklənməlidir (eskizdəki əvvəlki şərh ifadəsinə baxın). Bura onları qoymaq üçün qəribə bir yerdir, amma tələsirdim və bu mağazalar üzdüyü üçün o vaxt məntiqli bir seçim kimi görünürdü. Sonra use_calibration açarını YÜKSƏ qoyun, Arduinonu yenidən çırpın və gedin.

Nəzərə alın ki, spot tezlik ölçmələri apararkən, bantın ilkin seçimi üçün kalibrləmə tətbiq olunur. Tezlikdə kobud dəyişikliklər etsəniz, bu yenilənməyəcək.

İndi sayğac sabit yüklər üçün gözlənildiyi kimi oxuyur və antenlərimi ölçərkən məntiqli görünür! Gələn zaman o genişzolaqlı gücləndiricini sınamaqdan narahat olmayacağımdan şübhələnirəm …

Addım 6: Analizatordan istifadə edin

PL-259 ucu ilə bir anten bağlayın və cihazı yandırın. Bir sıçrayış ekranı göstərəcək və sonra bütün əsas HF lentlərinin avtomatik olaraq silinməsini həyata keçirəcəkdir. Ekranda test olunan tezlik, mövcud VSWR oxunuşu, minimum VSWR oxunuşu və baş vermə tezliyi göstərilir. Ölçmə səs -küyünü azaltmaq üçün hər bir tezlik nöqtəsində VSWR -dən beş ölçü alınır; bu beş oxunuşun orta dəyəri, son dəyər göstərilməzdən əvvəl, tezliyə görə doqquz nöqtəli hərəkət edən orta filtrdən keçir.

Bu bütün bantlı süpürgəni dayandırmaq istəyirsinizsə, sadəcə kodlayıcı düyməsini basın. Süpürmə dayanacaq və toplanan bütün qrup məlumatlarının xülasəsi göstəriləcək (hələ silinməyən qruplar üçün boşluqlarla). İkinci dəfə basmaqla əsas menyu açılacaq. Seçimlər, kodlayıcıyı döndərmək və sonra uyğun nöqtəyə basmaqla edilir. Əsas menyuda üç seçim var:

Bütün bantları süpür, bütün əsas HF qruplarının süpürməsini yenidən başlayacaq. Bitirdikdə, yuxarıda təsvir olunan xülasə ekranını göstərəcəkdir. Bunu yazmaq və ya saxlamaq istəyirsinizsə şəkil çəkdirin.

Tək bant süpürmək, kodlayıcı ilə tək bir band seçib sonra süpürməyə imkan verəcək. Seçim edərkən həm dalğa uzunluğu, həm də tezlik diapazonu göstərilir. Təmizləmə başa çatdıqda, kodlayıcıya ikinci dəfə basdığınızda, minimum VSWR və baş vermə tezliyinin ədədi göstəricisi olan sadə bir VSWR və yeni silinmiş qrupun tezlik qrafiki göstəriləcək. VSWR tendensiyasını tezliklə göstərdiyindən, dipol qollarınızı qısaltmaq və ya uzatmaq istəsəniz bu çox əlverişlidir; bu sadə ədədi hesabatla itir.

Tək tezlik, vahid sabit bir tezlik seçməyə imkan verir və sonra real vaxt rejimində anten tənzimləmə məqsədləri üçün canlı VSWR ölçüsünü davamlı olaraq yeniləyir. Əvvəlcə müvafiq tezlik diapazonunu seçin; sonra ekranda seçilmiş bandın mərkəzi tezliyi və canlı VSWR oxunuşu göstəriləcək. Bu nöqtədə müvafiq bant kalibrləmə tətbiq olunur. Tezliyin rəqəmlərindən birinin altından xətt çəkiləcək. Bu kodlayıcı ilə sağa və sola hərəkət edə bilər. Enkoderə basmaq xətti gücləndirir; sonra enkoderi döndərmək rəqəmi azaldacaq və ya artıracaq (bükülməmiş və ya daşımayan 0-9). Rəqəmi düzəltmək üçün kodlayıcıya yenidən basın, sonra növbəti rəqəmə keçin. Bu vasitədən istifadə edərək bütün HF spektrində demək olar ki, hər hansı bir tezliyə daxil ola bilərsiniz - başlanğıcda qrup seçimi, ehtimal ki, olmaq istədiyiniz yerə yaxınlaşmanıza kömək edir. Ancaq bir xəbərdarlıq var: seçilmiş qrup üçün kalibrləmə başlanğıcda yüklənir. Rəqəmləri dəyişdirərək seçilmiş qrupdan çox uzaqlaşsanız, kalibrləmə daha az etibarlı olacaq, buna görə də seçilmiş qrupun daxilində qalmağa çalışın. Bu rejimi bitirdikdən sonra, alt xəttini 'çıx' altında olana qədər sağa doğru hərəkət etdirin, sonra əsas menyuya qayıtmaq üçün kodlayıcıya basın.

PC -nizi analizatorun arxasındakı USB yuvasına (yəni Arduino -ya) qoşsanız, hər hansı bir təmizləmə əməliyyatı zamanı VSWR dəyərlərinə qarşı tezlik toplamaq üçün Arduino seriyalı monitorundan istifadə edə bilərsiniz (hazırda 9600 -ə qoyulub, ancaq onu dəyişə bilərsiniz) eskizimi düzəltməklə). Daha sonra qalıcı qrafiklər qura biləcəyiniz üçün dəyərlər bir elektron tabloya yerləşdirilə bilər.

Ekran görüntüsü, 9: 1 UNUN ilə 7.6 m uzunluğundakı balıq ovu dirəyimdəki şaquli antenimin VSWR xülasəsini göstərir. Qurğum, daxili avtomatik tənzimləyici qurğusu ilə 3: 1 maksimum SWR yerləşdirə bilər. Görə bilərsiniz ki, 80 m və 17 m istisna olmaqla bütün lentlər üzərində tənzimləyə biləcəyəm. İndi keçə bilən çox bantlı bir antenə sahib olduğumu bildiyim üçün rahatlaşa bilərəm və bantların əksəriyyətini ötürərkən bahalı bir şey qırmayacağam.

Uğurlar və ümid edirəm bunu faydalı hesab edəcəksən.