Arduino va DDS moduli bilan HF antenna analizatori: 6 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:26

Salom

Bu yo'riqnomada men sizga qanday qilib antennani o'lchaydigan va uning VSWR-ni HF chastota diapazonining har birida ko'rsatadigan arzon antenna analizatorini qanday qurganimni ko'rsataman. U har bir diapazon uchun minimal VSWR va mos keladigan chastotani topadi, lekin antennani sozlashni osonlashtirish uchun foydalanuvchi tanlagan chastota uchun real vaqtda VSWR-ni ko'rsatadi. Agar bitta chastota diapazonini supurib tashlasangiz, u VSWR va chastotaga nisbatan grafigini ko'rsatadi. Bundan tashqari, kompyuterda aniqroq grafik chizish uchun chastota va VSWR ma'lumotlarini chiqarish uchun orqa tarafdagi USB port mavjud. USB port, agar kerak bo'lsa, dasturiy ta'minotni qayta tiklash uchun ham ishlatilishi mumkin.

Men yaqinda havaskor radioga qo'shildim (chunki infratuzilmasiz ulkan masofalarda tengdoshlar bilan muloqot qilish g'oyasi menga yoqdi) va tezda quyidagi kuzatuvlarni o'tkazdim:

1. Meni qiziqtirgan butun dunyo bo'ylab aloqa HF diapazonida (3-30 MGts) amalga oshiriladi.

2. Yuqori chastotali uzatgichlar juda qimmat va agar siz ularni mos keladigan antennaga kiritmasangiz, buziladi

3. Siz, odatda, o'zingizning yuqori chastotali antennangizni bog 'bo'ylab cho'zilgan simlardan yasashingiz kerak (agar siz 2 -da sarflaganingizdan ham ko'proq pul sarflamoqchi bo'lsangiz).

4. Sizning antennangiz yomon o'yin bo'lishi mumkin, lekin siz uni sinab ko'rmaguningizcha bila olmaysiz.

Endi purist, ehtimol, antennani qiziqish chastotasida juda past kuchda sinab ko'rishi va o'yin sifatini baholash uchun qurilmaning o'lchagichidagi VSWR -ni tekshirishi kerakligini aytishi mumkin. Men foydalanmoqchi bo'lgan har bir chastota uchun bunday narsalarni o'ylashga vaqtim yo'q. Men xohlagan narsa - antenna analizatori. Bu qurilmalar HF diapazonlari orqali istalgan chastotada antenna mosligini sifatini tekshirishi mumkin. Afsuski, ular juda qimmat, shuning uchun men o'zim qila olamanmi, deb o'ylay boshladim. Men arzon to'g'ridan -to'g'ri raqamli sintezator modulini (DDS) boshqarish uchun Arduino -dan foydalanishni o'rgangan K6BEZ (https://www.hamstack.com/project_antenna_analyzer.html ga qarang) tomonidan olib borilgan ajoyib ishlarga duch keldim. U tez orada Arduino -dan voz kechib, PICdan foydalanishni afzal ko'rdi. Xo'sh, 2017 yilda siz Arduino Nano -ni taxminan 3,50 funt sterlingga sotib olishingiz mumkin, shuning uchun men uning ishini qayta ko'rib chiqish, to'xtagan joyini tanlash va men nimani o'ylashim mumkinligini ko'rish vaqti keldi deb o'yladim (e'tibor bering, men yolg'iz emasman) buni kim qilgan: Internetda topish mumkin bo'lgan juda yaxshi misollar bor).

Yangilanish (29/7/2018) - bu ish Xitoyning bi3qwq kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan bo'lib, u foydalanuvchi interfeysi uchun juda yaxshi yaxshilanishlarni amalga oshirdi. U juda professional PCB (ajoyib kalibrlash qarshiligi bilan) dizaynini ishlab chiqdi va juda yaxshi ko'rinishga ega bo'ldi. Buning uchun u sxemani tayyorladi, men bilaman, bundan oldin izoh berganlarning ko'pchiligi xursand bo'ladi. Qo'shimcha ma'lumot uchun sharhlar bo'limiga qarang.

Yangilash - Men yaqinda 60 m masofani bosib o'tdim, uni asl eskiz qoplamagan. Endi men 160 va 60 m diapazonlarni qo'shadigan 7 -sonli dasturiy ta'minotni yukladim. Bu qo'shimchalar emas; ular analizator ishiga to'liq birlashtirilgan. Men baxtli edim, u8glib shriftini hali ham o'qish mumkin edi, lekin menga o'sha kichkina ekranda bir vaqtning o'zida o'nta tasmani ko'rsatishga ruxsat berdi (garchi bu bitta bo'shliq bo'lmasa -da, qayg'u keltirardi). Mavjud kalibrlash qiymatlarining interpolatsiyasi / ekstrapolyatsiyasiga asoslanib, men yangi diapazonlar uchun kalibrlash qiymatlarini hisobladim. Keyin men ularni qattiq rezistorlar bilan tekshirdim va ular juda yaxshi natijalar berdi.

Yangilanish - bir nechta odamlar sxemalar haqida so'rashganidek, asosiy Arduino / DDS / VSWR ko'prigi sxemasi K6BEZ -ning asl ishidan deyarli o'zgarmagan. Iltimos, men ushbu loyihani asos qilib olgan asl sxemasi uchun yuqoridagi URL -ni tekshiring. Men osonlikcha foydalanuvchi tajribasi uchun kodlovchi, OLED -ekran va to'liq ishlab chiqilgan dasturiy ta'minotni qo'shdim.

Yangilanish - bu tizim diodli detektorlarni o'z ichiga olgan rezistiv ko'prik bilan birgalikda juda past kuchlanishli DDS signal manbasini ishlatadi. Shunday qilib, diodlar o'z chiziqli bo'lmagan hududlarida ishlaydi va mening ushbu tizimning birinchi versiyasi VSWR o'qimagan. Misol tariqasida, 16 ohm yoki 160 ohmli impedansli yuk 50 ohmli tizimda taxminan 3 ga yaqin VSWRni ko'rsatishi kerak; bu hisoblagich VSWRni bu vaziyatda 2 ga yaqinligini ko'rsatdi. Shuning uchun men ma'lum yuklarni ishlatib, dasturiy ta'minotni kalibrlashni amalga oshirdim, bu muammoning samarali echimi. Bu ko'rsatmaning oxirgi bosqichida tasvirlangan va qayta ko'rib chiqilgan eskiz yuklangan.

Yangilash - bortda grafik tasvirlash moslamasi qo'shildi, chunki uni o'chirish juda foydali edi, ayniqsa antenna uzunligini minimal VSWR uchun sozlashda: grafik sizga darhol ko'rinadigan tendentsiyani beradi.

1 -qadam: narsalaringizni sotib oling

Sizga quyidagi elementlar kerak bo'ladi. Ularning ko'pchiligini Ebaydan arzon narxda olish mumkin. Eng qimmatbaho buyum quti edi, 10 funtga yaqin! Ba'zi elementlarni almashtirish mumkin bo'lishi mumkin (masalan, 50 Rs o'rniga 47 Rs ishlatganman). Diodlar juda g'ayrioddiy edi (men Italiyadan 5 ta sotib olishim kerak edi) va nima qilayotganingizni bilsangiz, tayyor bo'lgan narsalarni almashtirishga arziydi.

• Arduino Nano
• DDS moduli (DDS AD9850 signal generatori moduli HC-SR08 signal sinusli kvadrat to'lqin 0-40MHz)
• 1,3 dyuymli i2c OLED -displey
• MCP6002 op-amp (8 pinli)
• AA143 diodidan 2 ta o'chirilgan
• Seramika kondansatkichlari: 2 yopiq 100 nF, 3 o'chirish 10 nF
• 1 uF elektrolitik kondansatör
• Rezistorlar: 3 ta 50 R, 2 ta 10 K, 2 ta 100 K, 2 ta 5 K, 2 ta 648 R
• 2,54 mm pog'onali vintli terminal bloklari: 3 ta 2 pinli, 2 ta 4 pinli
• Bir yadroli ulash simlari
• 702 yoki shunga o'xshash ulash simlari
• Stripboard
• Arduino va DDS -ni ulash uchun to'rtburchaklar sarlavhasi (ayol) - dumaloq rozetkani noto'g'ri sotib olmang!
• SO-239 shassisga o'rnatilgan rozetka
• Tugma va tugmachali aylanadigan enkoder (15 ta puls, 30 tormoz)
• Arzon aylanadigan kodlovchi moduli (ixtiyoriy)
• Loyiha qutisi
• Kalitni almashtirish
• To'g'ri burchakli mini-USB-dan USB B-ga sig'im (50 sm)
• PP3 va batareya qisqichi / ushlagichi
• O'z-o'zidan yopishqoq PCB o'rnatish postlari / to'xtash joylari

Bundan tashqari, sizga lehimli temir va elektron asboblar kerak bo'ladi. 3D -printer va ustunli matkap korpus uchun foydalidir, lekin agar xohlasangiz, hamma narsani lenta taxtasida yig'ib, quti bilan bezovta qilmasligingiz mumkin.

Tabiiyki, siz bu ishni o'z zimmangizga olasiz va natijalarni o'zingizning xavf -xataringiz ostida ishlatasiz.

2 -qadam: Stripboardni joylashtiring

Lenta taxtasida komponentlarni qanday joylashtirishni rejalashtiring. Siz buni o'zingiz qilishingiz mumkin, K6BEZ -ning asl sxemasiga (u erda kodlovchi yoki ekran yo'q - https://www.hamstack.com/hs_projects/antenna_analyzer_docs.pdf 7 -betga qarang) murojaat qilib yoki ko'p vaqtni tejashingiz mumkin. tartibimni nusxalash.

Men bu tartiblarni kvadrat qog'oz va qalam yordamida oddiy usulda bajaraman. Har bir kesishma chiziqli teshikni ifodalaydi. Mis izlari gorizontal ravishda ketadi. Xoch buzilgan yo'lni anglatadi (agar sizda bo'lsa, 6 mm matkap yoki mos asbobdan foydalaning). Atrofida quti bo'lgan doiralar chiziqlari sarlavhalarni bildiradi. Vintli katta qutilar ulagich bloklarini bildiradi. E'tibor bering, mening diagrammada taxtaning o'rtasidan gorizontal o'tadigan qo'shimcha chiziq bor. Birlashtirganda buni qoldiring ("bu qatorni tashlab yuborish" deb belgilangan).

Ba'zi tarkibiy qismlar g'alati tarzda yotqizilganga o'xshaydi. Buning sababi shundaki, men asosiy uskunani ishga tushirganimdan so'ng dizayn rivojlandi (ayniqsa, men, masalan, kodlovchiga apparat uzilishlari kerakligini tushunganimda).

Komponentlarni taxtaga lehimlashda, men ularni mahkam ushlab turish uchun Blu-Takdan foydalanaman, men esa oyoqlarni lehimlash uchun taxtani aylantiraman.

Men Arduino va DDS modullarini moslashtirish va kalit pimlarni ulash uchun faqat tasma yordamida ishlatilgan simlar sonini minimallashtirishga harakat qildim. Enkoderni o'qish uchun apparat uzilishlari faqat D2 va D3 pinlarida ishlashi kerakligini o'sha paytda tushunmaganman, shuning uchun DDS RESET -ni asl D3 ulanishidan bir oz sim bilan ko'chirishga to'g'ri keldi:

DDS -ni tiklash - Arduino D7

DDS SDAT - Arduino D4

DDS FQ. UD - Arduino D5

DDS SCLK - Arduino D6

Arduino D2 va D3 kodlovchi kirishlari uchun ishlatiladi A & B. D11 kodlovchi kalitini kiritish uchun ishlatiladi. D12 ishlatilmaydi, lekin men baribir, kelajakda kengaytirish uchun vintli terminal yasayman deb o'yladim.

Arduino A4 va A5 OLED ekran uchun SDA va SCL (I2C) signallarini beradi.

Arduino A0 va A1 kirishni VSWR ko'prigidan oladi (OPAMP orqali).

3 -qadam: Modullarni o'rnating, tashqi qurilmalarni ulang va kodni o'chiring

Kengashni korpusga o'rnatish muammosiga duch kelishdan oldin, uni sinab ko'rishga arziydi. Moslashuvchan sim yordamida vintli terminal bloklari yordamida quyidagi komponentlarni mahkamlang:

• 1,3 dyuymli OLED -displey (SDA va SCL mos ravishda Arduino A4 va A5 pinlariga ulangan; er va Vcc Arduino GND va +5V ga o'tadi, aniq)
• Aylanadigan kodlovchi (bu erga, ikkita signal chizig'iga va o'tish chizig'iga kerak bo'ladi - agar kodlovchi noto'g'ri ishlayotgan bo'lsa, siz o'tish liniyalarini aylantirishingiz kerak bo'lishi mumkin - ularni mos ravishda Arduino, D2, D3 va D11 ga ulang). E'tibor bering, mening prototiplash ishim uchun men 15/30 enkoderni KH-XXX enkoder modul taxtasiga o'rnatdim, chunki yalang'och enkodorlardagi pinlar juda nozik. Oxirgi ish uchun men simlarni to'g'ridan -to'g'ri enkoderga lehimladim.
• 9V batareya
• SO -239 rozetkasi - markaziy pinni antenna signal chizig'iga lehimlang va M3 uzukli terminali va antennani erga ulash uchun vintni ishlating.

Quyidagi eskizni Arduino -ga qo'ying. Oli Krausdan juda yaxshi OLED haydovchi kutubxonasini kiritganingizga ishonch hosil qiling, aks holda kompilyatsiya buziladi va yonadi:

Agar sizning OLED displeyingiz biroz boshqacha bo'lsa, sizga u8glib -da boshqa konfiguratsiya sozlamalari kerak bo'lishi mumkin; bu Oli misol kodida yaxshi hujjatlashtirilgan.

4 -qadam: Hammasini chiroyli qutiga soling (ixtiyoriy)

Men analizatorni yalang'och taxta sifatida qoldirishni jiddiy o'ylab qoldim, chunki uni vaqti -vaqti bilan ishlatish mumkin edi. O'ylab qarasam, agar men bitta antennada ko'p ish qilsam, u shikastlanishi mumkin deb o'yladim. Shunday qilib, hamma narsa qutiga tushdi. Bu qanday amalga oshirilgani haqida tafsilotlarni aytishning ma'nosi yo'q, chunki sizning qutingiz boshqacha bo'lishi mumkin, lekin ba'zi asosiy xususiyatlarni eslatib o'tish kerak:

1. Gipsokartani o'rnatish uchun o'z-o'zidan yopishqoq tenglikni tayanchlaridan foydalaning. Ular hayotni haqiqatan ham osonlashtiradi.

2. Arduino USB portini korpusning orqa qismiga olib chiqish uchun qisqa USB adapter simidan foydalaning. Keyin ketma -ket portga kirish, VSWR -ga nisbatan chastotalarni olish va Arduino -ni qopqog'ini olib tashlamasdan qaytarish oson.

3. Men OLED-displeyni qo'llab-quvvatlash uchun maxsus 3D-bosma qismni ishlab chiqdim, chunki Internetda hech narsa topa olmadim. Bu mo'rt ekranni himoya qilish uchun 2 mm akril bo'lagini kiritishga imkon beradigan chuqurchaga ega. U ikki tomonlama lenta yoki o'z-o'zidan tejamkor vintlar yordamida o'rnatilishi mumkin (har ikki tomonida tishli). Displey o'rnatilgandan so'ng, siz hamma narsani mahkamlash uchun issiq simni ishlatishingiz mumkin (qog'oz qisqichi va shamollatgich). Mana, qiziquvchilar uchun STL fayli:

5 -qadam: Kalibrlash

Dastlab men hech qanday kalibrlashni qilmaganman, lekin VSWR o'lchagichi doimo past o'qiyotganini aniqladim. Bu shuni anglatadiki, antenna yaxshi ko'rinsa -da, qurilmamning avtomatik sozlash moslamasi unga mos kelmadi. Bu muammo DDS moduli juda past amplitudali signalni bergani uchun paydo bo'ladi (3,5 MGts da taxminan 0,5 Vpp, chastota oshishi bilan o'chadi). VSWR ko'prigidagi detektor diodlari shuning uchun ularning chiziqli bo'lmagan hududida ishlaydi.

Buning uchun ikkita mumkin bo'lgan tuzatish mavjud. Birinchisi, DDS chiqishiga keng polosali kuchaytirgichni o'rnatish. Potentsial mos qurilmalar Xitoydan arzon narxda sotiladi va ular ishlab chiqarishni taxminan 2 V ga oshiradi, men ulardan biriga buyurtma berganman, lekin hali sinab ko'rmaganman. Mening his-tuyg'ularim shundaki, hatto bu amplituda ham biroz cheklangan bo'ladi va ba'zi chiziqli bo'lmaganlik qoladi. Ikkinchi usul - mavjud hisoblagich chiqishiga ma'lum yuklarni qo'yish va har bir chastota diapazonida ko'rsatilgan VSWRni yozib olish. Bu sizga VSWR -ga nisbatan haqiqiy tuzatish egri chizig'ini yaratishga imkon beradi, uni Arduino eskiziga kiritib, tuzatishni tezda amalga oshirish mumkin.

Men ikkinchi usulni qabul qildim, chunki bu oson edi. Quyidagi rezistorlarni ushlab turing: 50, 100, 150 va 200 ohm. Ushbu 50 ohmli asbobda ular ta'rifi bo'yicha 1, 2, 3 va 4 VSWR -larga mos keladi. Eskizda "use_calibration" kaliti mavjud. Buni LOW holatiga qo'ying va eskizni yuklang (ochilish ekranida ogohlantirish ko'rsatiladi). Keyin har bir rezistor uchun har bir chastota diapazonining markazida o'lchovlar o'tkazing. Ko'rsatilgan VSWR -ga nisbatan kutilgan jadvalni tuzish uchun elektron jadvaldan foydalaning. Keyin har bir chastota diapazoniga mos keladigan logarifmik egri chizig'ini bajarishingiz mumkin, bu TrueVSWR = m.ln (MeasuredVSWR)+c shaklini ko'paytiruvchi va kesish imkonini beradi. Bu qiymatlar oxirgi ikki ustunda swr_results qatoriga yuklanishi kerak (eskizdagi oldingi izoh bayoniga qarang). Bu ularni joylashtirishning g'alati joyi, lekin men shoshardim va do'konlar suzib yurganida, bu o'sha paytda oqilona tanlovdek tuyuldi. Keyin use_calibration kalitini HIGH holatiga qaytaring, Arduino -ni qayta yoqing va ketasiz.

E'tibor bering, nuqta chastotasini o'lchashda diapazonni dastlabki tanlash uchun kalibrlash qo'llaniladi. Agar siz chastotada qo'pol o'zgarishlar qilsangiz, bu yangilanmaydi.

Endi hisoblagich belgilangan yuklar uchun kutilganidek o'qiydi va antennalarimni o'lchashda mantiqiy ko'rinadi! Menimcha, bu keng polosali kuchaytirgich kelganda, uni sinab ko'rsata olmayman …

6 -qadam: Analizatordan foydalanish

PL-259 simli antennani ulang va qurilmani yoqing. U ekranni ochadi, so'ngra avtomatik ravishda barcha asosiy HF diapazonlarini o'chiradi. Displeyda tekshirilayotgan chastota, joriy VSWR ko'rsatkichi, minimal VSWR ko'rsatkichi va u sodir bo'lgan chastota ko'rsatiladi. O'lchov shovqinini kamaytirish uchun har bir chastota nuqtasida VSWRning beshta o'lchami olinadi; bu beshta o'qishning o'rtacha qiymati, yakuniy qiymat ko'rsatilishidan oldin, chastotaga nisbatan to'qqiz punktli harakatlanuvchi o'rtacha filtrdan o'tkaziladi.

Agar siz barcha tarmoqli siljishni to'xtatmoqchi bo'lsangiz, kodlovchi tugmachasini bosing. Tozalash to'xtatiladi va yig'ilgan barcha ma'lumotlarning xulosasi ko'rsatiladi (hali o'chirilmagan guruhlar uchun nollar bilan). Ikkinchi bosish bilan asosiy menyu paydo bo'ladi. Tanlovlar enkoderni aylantirish va keyin uni kerakli nuqtada bosish orqali amalga oshiriladi. Asosiy menyuda uchta variant mavjud:

Barcha bantlarni tozalash barcha asosiy HF guruhlarini tozalashni qayta boshlaydi. Tugatgandan so'ng, u yuqorida tavsiflangan ekranni ko'rsatadi. Agar saqlamoqchi bo'lsangiz, buni yozing yoki suratga oling.

Yagona tarmoqli supurish sizga enkoder yordamida bitta bandni tanlashga va keyin uni supurishga imkon beradi. Tanlash paytida to'lqin uzunligi va chastota diapazoni ko'rsatiladi. Tozalash tugagandan so'ng, kodlovchi ikkinchi marta bosilganda, oddiy VSWR va chastotalar grafigi ko'rsatiladi, bunda minimal VSWR va uning chastotasi ko'rsatiladi. Agar siz dipol qo'llarini qisqartirish yoki cho'zish kerakligini bilmoqchi bo'lsangiz, bu juda qulay, chunki u VSWR tendentsiyasini chastotali ko'rsatadi; bu oddiy raqamli hisobot bilan yo'qoladi.

Yagona chastota sizga bitta sobit chastotani tanlash imkonini beradi, so'ngra antennani sozlash uchun real vaqtda VSWR o'lchovini doimiy ravishda yangilab turadi. Avval tegishli chastota diapazonini tanlang; displeyda tanlangan diapazonning markaziy chastotasi va jonli VSWR o'qilishi ko'rsatiladi. Bu vaqtda tegishli tarmoqli kalibrlash qo'llaniladi. Chastotaning raqamlaridan biri tagiga chiziladi. Buni kodlovchi yordamida chapga va o'ngga siljitish mumkin. Enkoderni bosish chiziqni mustahkamlaydi; keyin enkoderni aylantirish raqamni kamaytiradi yoki oshiradi (0-9-o'rash va tashishsiz). Raqamni to'g'rilash uchun kodlovchini yana bosing, so'ng keyingisiga o'ting. Siz ushbu uskunadan foydalanib, HF spektrining deyarli har qanday chastotasiga kirishingiz mumkin - boshida guruhni tanlash sizni kerakli joyga yaqinlashtirishga yordam beradi. Bir ogohlantirish bor: tanlangan band uchun kalibrlash boshida yuklanadi. Agar siz raqamlarni o'zgartirib tanlangan banddan juda uzoqqa ketsangiz, kalibrlash kuchini yo'qotadi, shuning uchun tanlangan diapazonda qolishga harakat qiling. Ushbu rejimni tugatganingizdan so'ng, pastki chiziqni o'ng tomonga "chiqish" holatiga keltiring, so'ng asosiy menyuga qaytish uchun kodlovchi tugmasini bosing.

Agar siz shaxsiy kompyuteringizni analizatorning orqa qismidagi USB uyasiga (ya'ni Arduino -ga) ulasangiz, Arduino seriyali monitoridan har qanday tozalash paytida VSWR qiymatiga nisbatan chastotani yig'ish uchun foydalanishingiz mumkin (hozirda u 9600 ga o'rnatilgan, lekin siz uni o'zgartirishingiz mumkin). eskizimni tahrir qilish orqali). Keyin qiymatlarni elektron jadvalga qo'yish mumkin, shunda siz doimiy grafikalar va boshqalarni tuzishingiz mumkin.

Skrinshotda 9: 1 UNUN bilan 7,6 m balandlikdagi baliq ovlagichining vertikal antennasi uchun VSWR xulosasi ko'rsatilgan. Mening qurilmam 3: 1 maksimal SWR-ni ichki avtomatik sozlash moslamasiga ega. Ko'ryapsizmi, men uni 80 m va 17 m dan boshqa barcha guruhlarga sozlay olaman. Shunday qilib, endi menda ko'p tarmoqli antenna borligini bilsam, taskin topaman va ko'pchilik guruhlarni uzatishda hech qanday qimmat narsani buzmayman.

Omad tilaymiz va umid qilamanki, bu sizga foydali bo'ladi.