HF antenas analizators ar Arduino un DDS moduli: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Sveiki

Šajā pamācībā es jums parādīšu, kā es izveidoju lētu antenu analizatoru, kas var izmērīt antenu un parādīt tās VSWR jebkurā vai visās HF frekvenču joslās. Tas atradīs minimālo VSWR un atbilstošo frekvenci katrai joslai, bet arī parādīs reāllaika VSWR lietotāja izvēlētai frekvencei, lai atvieglotu antenas regulēšanu. Slaucot vienu frekvenču joslu, tas parādīs VSWR un frekvences grafiku. Tā aizmugurē ir arī USB ports frekvences un VSWR datu izvadīšanai, lai personālā datorā varētu veikt precīzāku grafiku attēlošanu. Vajadzības gadījumā USB portu var izmantot arī, lai atjauninātu programmaparatūru.

Nesen iesaistījos radioamatieros (jo man patika ideja par savstarpēju saziņu milzīgos attālumos bez infrastruktūras) un ātri izdarīju šādus novērojumus:

1. Visa pasaules mēroga komunikācija, kas mani interesēja, notiek HF joslās (3-30 MHz)

2. HF raiduztvērēji ir ļoti dārgi, un tie salūzīs, ja tos neievadīsit saprātīgi labi saskaņotā antenā

3. Parasti tiek sagaidīts, ka jūs izveidosit savu HF antenu no stieples gabaliem, kas savīti pāri dārzam (ja vien nevēlaties tērēt pat vairāk naudas, nekā iztērējāt 2).

4. Jūsu antena var būt slikta atbilstība, taču jūs to nezināsit, kamēr to neizmēģināsit.

Tagad purists droši vien teiktu, ka vispirms jāpārbauda antena ar ļoti mazu jaudu interesējošā frekvencē un jāpārbauda VSWR uz platformas mērītāja, lai novērtētu spēles kvalitāti. Man nav īsti laika muldēt ar šādām lietām par katru frekvenci, kuru es varētu vēlēties izmantot. Tas, ko es patiešām gribēju, bija antenas analizators. Šīs ierīces var pārbaudīt antenas atbilstības kvalitāti jebkurā frekvencē HF joslās. Diemžēl tie ir arī ļoti dārgi, tāpēc es sāku apsvērt, vai es varētu to izgatavot pats. Uzgāju lielisko darbu, ko veica K6BEZ (skat. Http://www.hamstack.com/project_antenna_analyzer.html), kurš pētīja Arduino izmantošanu lēta tiešā digitālā sintezatora moduļa (DDS) kontrolei. Drīz viņš izmaksu dēļ pameta Arduino, dodot priekšroku PIC izmantošanai. 2017. gadā jūs varat iegādāties Arduino Nano par aptuveni 3,50 sterliņu mārciņām, tāpēc es domāju, ka ir pienācis laiks pārskatīt viņa darbu, turpināt darbu, kur viņš beidzis, un redzēt, ko es varētu izdomāt (ņemiet vērā, ka es neesmu vienīgais) kurš to ir izdarījis: internetā ir atrodami ļoti jauki piemēri).

Atjauninājums (29/7/2018) - šo darbu ir ievērojami papildinājis bi3qwq no Ķīnas, kurš ir veicis patiešām jaukus uzlabojumus lietotāja saskarnē, ar kuru viņš laipni dalījās. Viņš ir izstrādājis ļoti profesionālu PCB (ar lielisku kalibrēšanas pretestības funkciju) un ir izveidojis patiešām labu izskatu. Visbeidzot, viņš ir sagatavojis shēmu, kas, manuprāt, iepriecinās daudzus no tiem, kuri iepriekš ir komentējuši. Lūdzu, skatiet komentāru sadaļu, lai iegūtu vairāk informācijas.

Atjauninājums - nesen esmu nokļuvis 60 m, ko sākotnējā skice neaptvēra. Tāpēc tagad esmu augšupielādējis programmaparatūras 7. versiju, kas pievieno 160 m un 60 m joslas. Tie nav papildinājumi; tie ir pilnībā integrēti analizatora darbībā. Man bija paveicies, ka es varēju atrast fontu u8glib, kas joprojām bija salasāms, bet ļāva man vienlaikus parādīt desmit joslas šajā mazajā ekrānā (lai gan tas nebija monospace, kas izraisīja zināmas bēdas). Esmu aprēķinājis kalibrēšanas vērtības jaunajām joslām, pamatojoties uz esošo kalibrēšanas vērtību interpolāciju / ekstrapolāciju. Pēc tam es tos pārbaudīju ar fiksētiem rezistoriem, un tie dod diezgan labus rezultātus.

Atjauninājums - kā vairāki cilvēki jautāja par shēmām, Arduino / DDS / VSWR pamata tilta ķēde lielā mērā nav mainīta no K6BEZ sākotnējā darba. Lūdzu, pārbaudiet iepriekš minēto vietrādi URL, lai iegūtu viņa sākotnējo shēmu, uz kuras pamata es izveidoju šo projektu. Esmu pievienojis kodētāju, OLED ekrānu un pilnībā izstrādātu programmaparatūru, lai nodrošinātu ērtu lietotāja pieredzi.

Atjaunināt - šī sistēma izmanto ļoti zema sprieguma DDS signāla avotu kopā ar pretestības tiltu, kas satur diodes detektorus. Tādējādi diodes darbojas savos nelineārajos reģionos, un mana pirmā šīs sistēmas versija bija tendence nepietiekami izlasīt VSWR. Piemēram, 16 omu vai 160 omu pretestības slodzei vajadzētu parādīt aptuveni 3 VSWR 50 omu sistēmā; šis skaitītājs šajā situācijā norādīja VSWR tuvāk 2. Tāpēc es veicu programmatūras kalibrēšanu, izmantojot zināmas slodzes, kas, šķiet, ir efektīvs šīs problēmas risinājums. Tas ir aprakstīts šīs instrukcijas priekšpēdējā solī, un augšupielādēta pārskatīta skice.

Atjauninājums - borta grafikas iekārta ir pievienota atsevišķām pārmeklēšanām, jo to bija pārāk lietderīgi izlaist, jo īpaši, noskaņojot antenu garumu minimālajam VSWR: diagramma sniedz jums uzreiz redzamu tendenci.

1. darbība: iegādājieties savas lietas

Jums būs nepieciešami šādi priekšmeti. Lielāko daļu no tiem var lēti iegūt no Ebay. Dārgākā atsevišķā prece bija kaste, kuras cena bija 10 sterliņu mārciņas! Varētu būt iespējams aizstāt dažus priekšmetus (piemēram, es izmantoju 47 R, nevis 50 R). Diodes bija diezgan neparastas (man bija jāpērk 5 no Itālijas), un būtu vērts aizstāt vieglāk pieejamas preces, ja zināt, ko darāt.

• Arduino Nano
• DDS modulis (DDS AD9850 signālu ģeneratora modulis HC-SR08 signāla sinusa kvadrātveida vilnis 0-40 MHz)
• 1,3 collu i2c OLED displejs
• MCP6002 op-amp (8 kontakti)
• 2 izslēgta AA143 diode
• Keramikas kondensatori: 2 off 100 nF, 3 off 10 nF
• 1 uF elektrolītiskais kondensators
• Rezistori: 3 off 50 R, 2 off 10 K, 2 off 100 K, 2 off 5 K, 2 off 648 R
• 2,54 mm slīpuma skrūvju spaiļu bloki: 3 izslēgti 2 kontakti, 2 izslēgti 4 kontakti
• Viena kodola savienojošais vads
• 702 vai līdzīgs savienojuma vads
• Stripboard
• Kvadrātveida galvenes sloksne (sieviete) Arduino un DDS pievienošanai - nepērciet apaļas kontaktligzdas lietas nejauši!
• Šasijas stiprinājuma ligzda SO-239
• Rotējošais kodētājs (15 impulsi, 30 aiztures) ar spiedpogu un pogu
• Lēts rotējošā kodētāja “modulis” (pēc izvēles)
• Projekta kaste
• Pārslēgšanas slēdzis
• Taisnā leņķa mini-USB un USB B starpsienu stiprinājuma vads (50 cm)
• PP3 un akumulatora stiprinājums / turētājs
• Pašlīmējošie PCB montāžas stabi / atdalītāji

Jums būs nepieciešami arī lodāmurs un elektronikas instrumenti. 3D printeris un pīlāru urbis ir noderīgi korpusam, lai gan, ja vēlaties, jūs, iespējams, varētu visu salikt uz sloksnes un netraucēt ar kastīti.

Protams, jūs uzņematies šo darbu un izmantojat iegūtos rezultātus uz savu risku.

2. darbība. Izklājiet Stripboard

Plānojiet, kā jūs sakārtosit komponentus uz sloksnes. Jūs to varat izdarīt pats, atsaucoties uz K6BEZ sākotnējo shēmu (kurai nav kodētāja vai ekrāna - skatiet lapu https://www.hamstack.com/hs_projects/antenna_analyzer_docs.pdf), vai arī varat ietaupīt daudz laika. kopēt manu izkārtojumu.

Es veicu šos izkārtojumus vienkāršā veidā, izmantojot kvadrātveida papīru un zīmuli. Katrs krustojums ir striptīza caurums. Vara celiņi iet horizontāli. Krusts attēlo salauztu sliežu ceļu (izmantojiet 6 mm urbi vai atbilstošu instrumentu, ja tāds ir). Apļu līnijas ar lodziņu ap tām apzīmē galvenes. Lielas kastes ar skrūvēm apzīmē savienotāju blokus. Ņemiet vērā, ka manā diagrammā ir papildu līnija, kas horizontāli iet caur tāfeles vidusdaļu. Izlaidiet to, kad to saliekat kopā (tas ir atzīmēts kā “izlaist šo rindiņu”).

Dažas sastāvdaļas var šķist dīvaini izkārtotas. Tas ir tāpēc, ka dizains attīstījās, tiklīdz es saņēmu pamata aparatūras darbību (it īpaši, ja es sapratu, ka, piemēram, kodētājam vajadzīgi aparatūras pārtraukumi).

Lodējot komponentus uz tāfeles, es izmantoju Blu-Tak, lai tos stingri noturētu, kamēr es pagriezu dēli, lai lodētu kājas.

Es mēģināju samazināt izmantotā stieples daudzumu, izlīdzinot Arduino un DDS moduli un vienkārši izmantojot sloksnes plāksni, lai savienotu atslēgu tapas. Tobrīd es nesapratu, ka aparatūras pārtraukumi, kas vajadzīgi, lai lasītu kodētāju, darbojas tikai uz tapām D2 un D3, tāpēc man bija jāpārvieto DDS RESET no sākotnējā D3 savienojuma ar nelielu vadu:

DDS RESET - Arduino D7

DDS SDAT - Arduino D4

DDS FQ. UD - Arduino D5

DDS SCLK - Arduino D6

Arduino D2 un D3 tiek izmantoti kodētāja ieejām A & B. D11 tiek izmantots kodētāja slēdža ieejai. D12 netiek izmantots, bet es domāju, ka jebkurā gadījumā tam izveidošu skrūvējamu spaili, lai nākotnē to paplašinātu.

Arduino A4 un A5 nodrošina SDA un SCL (I2C) signālus OLED ekrānam.

Arduino A0 un A1 ņem ievadi no VSWR tilta (izmantojot OPAMP).

3. darbība: instalējiet moduļus, pievienojiet perifērijas ierīces un zibspuldzi

Ir vērts pārbaudīt dēli, pirms rodas grūtības to uzstādīt korpusā. Izmantojot skrūvju spaiļu blokus, piestipriniet pie tāfeles šādus komponentus, izmantojot elastīgu stiepli:

• 1,3 collu OLED displejs (SDA un SCL ir savienoti attiecīgi ar Arduino tapu A4 un A5; zeme un Vcc iet uz Arduino GND un +5V, protams)
• Rotējošais kodētājs (tam ir nepieciešama zeme, divas signālu līnijas un slēdža līnija - ja kodētājs darbojas nepareizi, jums, iespējams, vajadzēs apgriezt slēdža līnijas - savienojiet tās attiecīgi ar Arduino zemi, D2, D3 un D11). Ņemiet vērā, ka prototipēšanas darbam es uzstādīju 15/30 kodētāju uz KH-XXX kodētāja moduļa plates, jo tapas uz tukšajiem kodētājiem ir ļoti niecīgas. Pēdējam darbam es lodēju vadus tieši uz kodētāja.
• 9V akumulators
• Ligzda SO -239 - pielodējiet centrālo tapu pie antenas signāla līnijas un izmantojiet M3 gredzena spaili un skrūvi antenas zemei

Uz Arduino uzzīmējiet šādu skici. Pārliecinieties arī, vai esat iekļāvis ļoti labo OLED draiveru bibliotēku no Oli Kraus, pretējā gadījumā kompilācija avarēs un sadedzinās:

Ja jūsu OLED displejs nedaudz atšķiras, jums var būt nepieciešams cits konfigurācijas iestatījums u8glib; tas ir labi dokumentēts Oli parauga kodā.

4. darbība: ievietojiet to jaukā kastē (pēc izvēles)

Es nopietni apsvēru iespēju atstāt analizatoru kā tukšu dēli, jo to varēja izmantot tikai reizēm. Tomēr, pārdomājot, es domāju, ka, ja es daudz strādāju pie vienas antenas, tas var tikt sabojāts. Tātad viss gāja kastē. Nav jēgas iedziļināties detaļās par to, kā tas tika darīts, jo jūsu kastīte, iespējams, būs atšķirīga, taču dažas galvenās iezīmes ir vērts pieminēt:

1. Sloksnes uzstādīšanai izmantojiet pašlīmējošus PCB atdalītājus. Tie padara dzīvi patiešām vieglu.

2. Izmantojiet īsu USB adaptera vadu, lai ievietotu Arduino USB portu korpusa aizmugurē. Tad ir viegli piekļūt seriālajam portam, lai iegūtu frekvences un VSWR datus, kā arī atjaunotu Arduino, nenoņemot vāku.

3. Es izstrādāju pielāgotu 3D drukātu daļu, lai atbalstītu OLED displeju, jo tīmeklī neko nevarēju atrast. Tam ir padziļinājums, lai varētu ievietot 2 mm akrila gabalu, lai aizsargātu trauslo ekrānu. To var uzstādīt, izmantojot divpusēju lenti vai pašvītņojošas skrūves (ar cilpām abās pusēs). Kad displejs ir uzstādīts, varat izmantot karstu vadu (piemēram, saspraudi un triecienlampu), lai izkausētu PLA tapas shēmas plates aizmugurē, lai visu nostiprinātu. Šeit ir STL fails ikvienam interesentam:

5. solis: kalibrēšana

Sākotnēji es neveicu nekādu kalibrēšanu, bet atklāju, ka VSWR mērītājs pastāvīgi uzrāda zemu rādījumu. Tas nozīmēja, ka, lai gan šķiet, ka ar antenu viss ir kārtībā, manas iekārtas automātiskais skaņotājs to nevarēja saskaņot. Šī problēma rodas tāpēc, ka DDS modulis izstaro ļoti zemas amplitūdas signālu (aptuveni 0,5 Vpp pie 3,5 MHz, rullējot nost, palielinoties frekvencei). Tāpēc VSWR tilta detektora diodes darbojas nelineārajā reģionā.

Šim nolūkam ir divi iespējamie labojumi. Pirmais ir uzstādīt platjoslas pastiprinātāju DDS izejai. Potenciāli piemērotas ierīces ir pieejamas lēti no Ķīnas, un tās palielinās jaudu līdz aptuveni 2 V lpp. Esmu pasūtījis vienu no šīm, bet vēl neesmu to izmēģinājis. Man šķiet, ka pat šī amplitūda būs nedaudz margināla un saglabāsies zināma nelinearitāte. Otra metode ir radīt zināmas slodzes esošā skaitītāja izejai un ierakstīt parādīto VSWR katrā frekvenču joslā. Tas ļauj jums izveidot korekcijas līknes faktiskajam un paziņotajam VSWR, ko pēc tam var ievietot Arduino skicē, lai veiktu korekciju lidojuma laikā.

Es pieņēmu otro metodi, jo to bija viegli izdarīt. Vienkārši satveriet šādus rezistorus: 50, 100, 150 un 200 omi. Šajā 50 omu instrumentā tie pēc definīcijas atbildīs 1, 2, 3 un 4 VSWR. Skicē ir slēdzis “use_calibration”. Iestatiet to uz LOW un augšupielādējiet skici (kas parādīs brīdinājumu slampšanas ekrānā). Pēc tam veiciet mērījumus katra rezistora frekvenču joslas centrā. Izmantojiet izklājlapu, lai attēlotu paredzamo un parādīto VSWR. Pēc tam katrai frekvenču joslai var pielāgot logaritmisko līkni, kas dod reizinātāju un pārtveršanu formā TrueVSWR = m.ln (MeasuredVSWR)+c. Šīs vērtības jāielādē swr_results masīvā pēdējās divās kolonnās (skicē skatiet iepriekšējo komentāru). Šī ir dīvaina vieta, kur tos ievietot, bet es steidzos, un, tā kā šis masīva veikals peld, tobrīd šķita saprātīga izvēle. Pēc tam pārvietojiet slēdzi use_calibration atpakaļ pozīcijā HIGH, atsvaidziniet Arduino un dodieties ceļā.

Ņemiet vērā, ka, veicot punktveida frekvences mērījumus, kalibrēšana tiek izmantota sākotnējai joslas izvēlei. Tas netiks atjaunināts, ja veicat rupjas izmaiņas biežumā.

Tagad skaitītājs rāda, kā paredzēts fiksētajām slodzēm, un šķiet, ka tam ir jēga, mērot manas antenas! Man ir aizdomas, ka es, iespējams, neuztraucos izmēģināt šo platjoslas pastiprinātāju …

6. darbība: analizatora izmantošana

Pievienojiet antenu, izmantojot PL-259 vadu, un ieslēdziet ierīci. Tas parādīs slampšanas ekrānu, pēc tam automātiski veiks visu galveno HF joslu slaucīšanu. Displejā tiek parādīta pārbaudāmā frekvence, pašreizējais VSWR rādījums, minimālais VSWR nolasījums un frekvence, kādā tā radās. Lai samazinātu mērījumu troksni, katrā frekvences punktā tiek veikti pieci VSWR mērījumi; šo piecu rādījumu vidējā vērtība pēc galīgās vērtības parādīšanas tiek izvadīta caur deviņu punktu mainīgā vidējā filtru attiecībā pret frekvenci.

Ja vēlaties pārtraukt visu joslu slaucīšanu, vienkārši nospiediet kodētāja pogu. Slaucīšana tiks pārtraukta, un tiks parādīts visu apkopoto joslas datu kopsavilkums (ar nulli tām joslām, kuras vēl nav notīrītas). Otra nospiešana parādīs galveno izvēlni. Izvēle tiek veikta, pagriežot kodētāju un pēc tam nospiežot to attiecīgajā vietā. Galvenajā izvēlnē ir trīs iespējas:

Slaucīt visas joslas atsāks visu galveno HF joslu slaucīšanu. Kad tas būs pabeigts, tiks parādīts iepriekš aprakstītais kopsavilkuma ekrāns. Pierakstiet to vai nofotografējiet, ja vēlaties to paturēt.

Slaucīt vienu joslu ļaus jums izvēlēties vienu joslu ar kodētāju un pēc tam slaucīt. Veicot izvēli, tiek parādīts gan viļņu garums, gan frekvenču diapazons. Kad slaucīšana ir pabeigta, otrreiz nospiežot kodētāju, tiks parādīts vienkāršs tikko noslaucītās joslas VSWR un frekvences grafiks ar skaitlisku norādi par minimālo VSWR un tā rašanās biežumu. Tas ir ļoti ērti, ja vēlaties uzzināt, vai saīsināt vai pagarināt dipola rokas, jo tas bieži parāda VSWR tendenci; tas tiek zaudēts, izmantojot vienkāršu skaitlisku pārskatu.

Viena frekvence ļauj jums izvēlēties vienu fiksētu frekvenci un pēc tam nepārtraukti atjaunināt tiešo VSWR mērījumu antenas regulēšanas nolūkos reālā laikā. Vispirms izvēlieties atbilstošo frekvenču joslu; displejā tiks parādīta izvēlētās joslas centrālā frekvence un tiešs VSWR rādījums. Šajā brīdī tiek piemērota attiecīgā joslas kalibrēšana. Viens no frekvences cipariem tiks pasvītrots. To var pārvietot pa kreisi un pa labi ar kodētāju. Nospiežot kodētāju, līnija tiek uzmundrināta; tad, pagriežot kodētāju, cipars tiks samazināts vai palielināts (0–9 bez ietīšanas vai pārnēsāšanas). Vēlreiz nospiediet kodētāju, lai salabotu ciparu, un pēc tam pārejiet pie nākamā. Izmantojot šo iespēju, varat piekļūt gandrīz jebkurai frekvencei visā HF spektrā - joslas izvēle sākumā tikai palīdz tuvināties tam, kur jūs, iespējams, vēlaties atrasties. Tomēr ir brīdinājums: atlasītās joslas kalibrēšana tiek ielādēta sākumā. Ja pārvietojaties pārāk tālu no atlasītās joslas, mainot ciparus, kalibrēšana kļūs mazāk derīga, tāpēc mēģiniet palikt izvēlētajā joslā. Kad esat pabeidzis šo režīmu, pārvietojiet pasvītrojumu līdz galam pa labi, līdz tas atrodas zem 'izejas', pēc tam nospiediet kodētāju, lai atgrieztos galvenajā izvēlnē.

Ja savienojat datoru ar USB ligzdu analizatora aizmugurē (ti, Arduino), varat izmantot Arduino sērijas monitoru, lai apkopotu frekvences un VSWR vērtības jebkuras slaucīšanas darbības laikā (pašlaik tā ir iestatīta uz 9600, bet varat to mainīt viegli, rediģējot manu skici). Pēc tam vērtības var ievietot izklājlapā, lai jūs varētu uzzīmēt pastāvīgākus grafikus utt.

Ekrānuzņēmumā redzams VSWR kopsavilkums par manu 7,6 m makšķerēšanas staba vertikālo antenu ar 9: 1 UNUN. Mana iekārta var ievietot 3: 1 maksimālo SWR ar iekšējo automātiskā uztvērēja bloku. Var redzēt, ka es to varēšu noregulēt visās joslās, izņemot 80 m un 17 m. Tāpēc tagad es varu atpūsties, apzinoties, ka man ir pieņemama daudzjoslu antena un es nepārkāpšu neko dārgu, raidot lielākajā daļā joslu.

Veiksmi un ceru, ka jums tas noderēs.