HF Antenna Analyzer With Arduino dhe DDS Module: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Pershendetje

Në këtë Instructable unë do t'ju tregoj se si kam ndërtuar një analizues të antenave me kosto të ulët i cili mund të masë një antenë dhe të shfaqë VSWR-në e tij në çdo ose të gjitha brezat e frekuencave HF. Do të gjejë VSWR minimale dhe frekuencën përkatëse për secilën brez, por gjithashtu do të shfaqë një VSWR në kohë reale për një frekuencë të zgjedhur nga përdoruesi për të lehtësuar rregullimin e antenës. Nëse fshin një brez të vetëm frekuencash, ai do të shfaqë një grafik të VSWR kundrejt frekuencës. Ai gjithashtu ka një port USB në pjesën e pasme për nxjerrjen e frekuencës dhe të dhënave VSWR, për të lejuar grafikun më të rafinuar të vizatimit në një kompjuter. Porta USB gjithashtu mund të përdoret për të rifreskuar firmuerin nëse është e nevojshme.

Kohët e fundit u futa në radio amatore (sepse më pëlqeu ideja e komunikimit peer-to-peer në distanca të mëdha pa infrastrukturë) dhe shpejt bëra vëzhgimet e mëposhtme:

1. Të gjitha komunikimet në mbarë botën që më interesuan zhvillohen në brezat HF (3-30 MHz)

2. Transmetuesit HF janë shumë të shtrenjtë dhe do të prishen nëse nuk i futni në një antenë të arsyeshme të përputhshme.

3. Në përgjithësi pritet që të ngrini antenën tuaj HF nga copat e telit të lidhur nëpër kopsht (nëse nuk doni të shpenzoni edhe më shumë para sesa keni shpenzuar në 2).

4. Antena juaj mund të jetë një ndeshje e keqe, por ju nuk do ta dini derisa ta provoni.

Tani një purist ndoshta do të thoshte që së pari duhet të testoni antenën me fuqi shumë të ulët në frekuencën e interesit dhe të kontrolloni VSWR në njehsorin e platformës për të vlerësuar cilësinë e ndeshjes. Unë me të vërtetë nuk kam kohë të marr vesh me atë lloj gjëje për çdo frekuencë që mund të dëshiroj të përdor. Ajo që doja vërtet ishte një analizues i antenave. Këto pajisje mund të testojnë cilësinë e përputhjes së antenës në çdo frekuencë mbi brezat HF. Fatkeqësisht ato janë gjithashtu shumë të shtrenjta, kështu që unë fillova të konsideroj nëse mund ta bëj timen. Kam hasur në punën e shkëlqyer të kryer nga K6BEZ (shiko https://www.hamstack.com/project_antenna_analyzer.html), i cili hetoi përdorimin e një Arduino për të kontrolluar një modul të lirë sintetizues digjital të lirë (DDS). Ai shpejt braktisi Arduino për arsye kostoje, duke preferuar të përdorë një PIC. Epo, në vitin 2017 mund të blini një Arduino Nano për rreth 3.50 £, kështu që mendova se ishte koha për të rishikuar punën e tij, për të vazhduar nga vendi ku ai e la dhe për të parë se çfarë mund të arrija (vini re se nuk jam i vetmi kush e ka bërë këtë: ka disa shembuj shumë të bukur që gjenden në internet).

Përditësim (29/7/2018) - kjo punë është ndërtuar në mënyrë të konsiderueshme nga bi3qwq, nga Kina, i cili ka bërë disa përmirësime vërtet të këndshme në ndërfaqen e përdoruesit, të cilat ai i ka ndarë me mirësi. Ai ka projektuar një PCB shumë profesionale (me një veçori të madhe të rezistencës së kalibrimit) dhe ka bërë një ndërtim vërtet të mirë. Në krye të tij ai ka përgatitur një skemë, të cilën unë e di se do të kënaqë shumë nga ata që kanë komentuar më parë. Ju lutemi shihni seksionin e komenteve për më shumë informacion.

Përditësim - Unë kam hyrë në 60 m kohët e fundit, të cilat skica origjinale nuk i mbuloi. Kështu që tani kam ngarkuar firmware versionin 7, i cili shton brezat 160 m dhe 60 m. Këto nuk janë shtesa; ato janë integruar plotësisht në funksionimin e analizuesit. Ishte me fat që gjeta një font u8glib që ishte ende i lexueshëm, por më lejoi të shfaqja dhjetë banda njëkohësisht në atë ekran të vogël (megjithëse nuk ishte një hapësirë, gjë që shkaktoi pak pikëllim). Unë kam vlerësuar vlerat e kalibrimit për brezat e rinj, bazuar në interpolimin / ekstrapolimin e vlerave ekzistuese të kalibrimit. Më pas i kontrollova këto me rezistorë fiks dhe ato japin rezultate mjaft të mira.

Përditësim - pasi disa njerëz kanë pyetur për skemat, qarku themelor i urës Arduino / DDS / VSWR është kryesisht i pandryshuar nga puna origjinale e K6BEZ. Ju lutemi shikoni URL -në e mësipërme për skemën e tij origjinale në të cilën e bazova këtë projekt. Kam shtuar një kodues, një ekran OLED dhe një firmware të zhvilluar plotësisht për të bërë një përvojë të lehtë të përdoruesit.

Përditësim - Ky sistem përdor një burim sinjali DDS të tensionit të ulët në lidhje me një urë rezistente që përmban detektorë diodë. Kështu diodat po funksionojnë në rajonet e tyre jo-lineare dhe versioni im i parë i këtij sistemi kishte tendencë të nën-lexonte VSWR. Si shembull, një ngarkesë e rezistencës 16 ohm ose 160 ohm duhet të tregojë një VSWR prej rreth 3 në një sistem 50 ohm; ky njehsor tregoi një VSWR më afër 2 në këtë situatë. Prandaj, unë kam kryer një kalibrim softuer duke përdorur ngarkesa të njohura, i cili duket të jetë një zgjidhje efektive për këtë problem. Kjo përshkruhet në hapin e parafundit të këtij udhëzimi dhe një skicë e rishikuar është ngarkuar.

Përditësim - struktura e grafikimit në bord u shtua fshirjeve të vetme pasi ishte shumë e dobishme për të lënë jashtë, veçanërisht kur akordoni gjatësinë e antenave për minimumin VSWR: një grafik ju jep një prirje të dukshme menjëherë.

Hapi 1: Blini gjërat tuaja

Ju do të keni nevojë për artikujt e mëposhtëm. Shumica e tyre mund të merren lirë nga Ebay. Artikulli më i shtrenjtë i vetëm ishte kutia, me 10 £! Mund të jetë e mundur të zëvendësohen disa artikuj (kam përdorur 47 Rs në vend të 50 Rs, për shembull). Diodat ishin mjaft të pazakonta (më duhej të blija 5 nga Italia) dhe do të ishte e vlefshme të zëvendësohen me artikuj më të gatshëm nëse e dini se çfarë po bëni.

• Arduino Nano
• Moduli DDS (Moduli i Gjeneratorit të Sinjalit DDS AD9850 HC-SR08 Signal Sine Square Wave 0-40MHz)
• Ekran 1.3 inç i2c OLED
• MCP6002 op-amp (8 kunja)
• 2 jashtë diodës AA143
• Kondensatorë qeramikë: 2 nga 100 nF, 3 nga 10 nF
• 1 kondensator elektrolitik uF
• Rezistentët: 3 nga 50 R, 2 nga 10 K, 2 nga 100 K, 2 nga 5 K, 2 nga 648 R
• Blloqe terminale me vidë 2.54 mm: 3 off 2-pin, 2 off 4-pin
• Teli lidhës me një bërthamë
• 702 ose tela të ngjashëm lidhës
• Stripboard
• Shirit me kokë katrore (femër) për lidhjen e Arduino -s dhe DDS -së - mos i blini gjërat me prizë të rrumbullakët gabimisht!
• Fole për montimin e shasisë SO-239
• Kodifikues rrotullues (15 puls, 30 mbajtës) me ndërprerës dhe çelës
• Kodifikues i lirë rrotullues 'modul' (opsional)
• Kuti projekti
• Ndrysho çelësin
• Mini-usb me kënd të drejtë në prizë të montimit të ndarjes USB B (50 cm)
• PP3 dhe kapëse / mbajtëse baterie
• Shtylla ngjitëse / ngërçe PCB vetë-ngjitëse

Ju gjithashtu do të keni nevojë për një hekur bashkues dhe mjete elektronike. Një printer 3D dhe një stërvitje shtyllash janë të dobishme për mbylljen, megjithëse nëse dëshironi ju ndoshta mund të mblidhni të gjithë gjënë në shiritin e stripit dhe të mos shqetësoheni me një kuti.

Natyrisht që ju e ndërmerrni këtë punë dhe shfrytëzoni rezultatet e krijuara në rrezikun tuaj.

Hapi 2: Shtroni tabelën e shiritit

Planifikoni se si do t'i rregulloni përbërësit në stripboard. Ju ose mund ta bëni vetë, duke iu referuar skemës origjinale të K6BEZ (të cilës i mungon një kodues ose ekran - shihni Faqja 7 nga https://www.hamstack.com/hs_projects/antenna_analyzer_docs.pdf), ose mund të kurseni një ngarkesë kohe dhe kopjoni paraqitjen time.

Unë i bëj këto paraqitje në mënyrë të thjeshtë, duke përdorur letër në katror dhe një laps. Çdo kryqëzim përfaqëson një vrimë të stripboardit. Gjurmët e bakrit shkojnë horizontalisht. Një kryq përfaqëson një pistë të thyer (përdorni një stërvitje 6 mm ose mjetin e duhur nëse keni një të tillë). Linjat e qarqeve me një kuti rreth tyre përfaqësojnë tituj. Kutitë e mëdha me vida tregojnë blloqet lidhëse. Vini re se në diagramin tim ka një vijë shtesë e cila kalon horizontalisht në mes të tabelës. Lëreni këtë kur e vendosni së bashku (është shënuar 'hiqni këtë rresht').

Disa nga përbërësit mund të duket se janë shtruar në mënyrë të çuditshme. Kjo ndodh sepse dizajni evoluoi sapo të kisha punuar pajisjen bazë (veçanërisht kur kuptova se kodifikuesi kishte nevojë për ndërprerje të harduerit, për shembull).

Kur bashkoj komponentët në tabelë, unë përdor Blu-Tak për t'i mbajtur ato fort në vend ndërsa e kthej bordin për të bashkuar këmbët.

Unë u përpoqa të minimizoj sasinë e telit që kam përdorur duke lidhur Arduino dhe modulin DDS dhe thjesht duke përdorur shiritin për të lidhur kunjat kryesore. Unë nuk e kuptova në atë kohë që ndërprerjet e harduerit duheshin për të lexuar koduesin vetëm për kunjat D2 dhe D3, kështu që më duhej të lëvizja DDS RESET nga lidhja e tij origjinale D3 me pak tela:

DDS RESET - Arduino D7

DDS SDAT - Arduino D4

DDS FQ. UD - Arduino D5

DDS SCLK - Arduino D6

Arduino D2 & D3 përdoren për hyrjet e koduesit A & B. D11 përdoret për hyrjen e ndërruesit të koduesit. D12 nuk përdoret, por mendova se do të bëja një terminal vidhos për të gjithsesi, për zgjerimin e ardhshëm.

Arduino A4 & A5 sigurojnë sinjale SDA & SCL (I2C) për ekranin OLED.

Arduino A0 & A1 marrin hyrjet nga ura VSWR (përmes OPAMP).

Hapi 3: Instaloni modulet, bashkëngjitni pajisjet periferike dhe ndizni kodin

Vlen të provoni bordin para se të shkoni në telashe për ta montuar atë në një rrethim. Bashkangjitni përbërësit e mëposhtëm duke përdorur tela fleksibël në tabelë duke përdorur blloqet e terminalit të vidave:

• Ekran OLED 1.3 "(SDA dhe SCL janë të lidhura përkatësisht me pinin Arduino A4 dhe A5; toka dhe Vcc shkojnë në Arduino GND dhe +5V, padyshim)
• Kodifikues rrotullues (kjo ka nevojë për një tokë, dy linja sinjali dhe një linjë ndërprerëse - mund t'ju duhet të rrokullisni linjat e ndërprerës nëse koduesi funksionon në mënyrë të gabuar - lidheni këto me tokën Arduino, D2, D3 & D11 respektivisht). Vini re se për punën time prototipuese e montova koduesin 15/30 në një bord module të koduesit KH-XXX, pasi kunjat në koduesit e zhveshur janë shumë të dobët. Për punën e fundit unë bashkova telat drejtpërdrejt në kodues.
• Bateri 9V
• Foleja SO -239 - lidhni kunjin qendror në linjën e sinjalit të antenës dhe përdorni një terminal unazë M3 dhe vidhosni për tokën e antenës

Ndizni skicën e mëposhtme në Arduino. Gjithashtu sigurohuni që keni përfshirë bibliotekën shumë të mirë të shoferëve OLED nga Oli Kraus, ose kompilimi do të rrëzohet dhe do të digjet:

Nëse ekrani juaj OLED është paksa i ndryshëm, mund të keni nevojë për një konfigurim tjetër të konfigurimit në u8glib; kjo është e dokumentuar mirë në kodin shembullor të Oli.

Hapi 4: Vendosini të gjitha në një kuti të bukur (opsionale)

Unë e konsiderova seriozisht lënien e analizuesit si një tabelë të zhveshur, pasi ka të ngjarë të përdoret vetëm herë pas here. Sidoqoftë, kur reflektova, mendova se nëse po bëja shumë punë në një antenë të vetme, mund të përfundonte duke u dëmtuar. Kështu që gjithçka shkoi në një kuti. Nuk ka kuptim të hyjmë në detaje se si është bërë kjo, pasi kutia juaj ka të ngjarë të jetë e ndryshme, por disa veçori kryesore vlen të përmenden:

1. Përdorni pengesa PCB vetë-ngjitëse për montimin e dërrasës së shiritit. Ata e bëjnë jetën me të vërtetë të lehtë.

2. Përdorni një prizë të shkurtër përshtatës USB për të nxjerrë portën USB Arduino në pjesën e pasme të rrethimit. Atëherë është e lehtë të hyni në portën serike për të marrë frekuencën kundrejt të dhënave VSWR dhe gjithashtu për të ndezur Arduino pa hequr kapakun.

3. Kam zhvilluar një pjesë të printuar me porosi 3D për të mbështetur ekranin OLED, pasi nuk gjeta asgjë në internet. Kjo ka një gropë për të lejuar që dikush të fusë një copë akrilike 2 mm për të mbrojtur ekranin e brishtë. Mund të montohet ose duke përdorur shirit të dyanshëm ose vida vetë-përgjimi (me skedat në të dyja anët). Pasi të jetë montuar ekrani, mund të përdorni një tel të nxehtë (mendoni kapëse letre dhe llambë) për të shkrirë kunjat PLA në pjesën e pasme të tabelës për të siguruar gjithçka. Këtu është skedari STL për këdo që është i interesuar:

Hapi 5: Kalibrimi

Fillimisht nuk bëra ndonjë kalibrim, por zbulova se njehsori VSWR ishte vazhdimisht duke lexuar ulët. Kjo do të thoshte se megjithëse një antenë dukej se ishte në rregull, autotuneri i pajisjes sime nuk ishte në gjendje të përputhej me të. Ky problem lind sepse moduli DDS jep një sinjal shumë të ulët të amplitudës (rreth 0.5 Vpp në 3.5 MHz, duke u larguar me rritjen e frekuencës). Diodat e detektorit në urën VSWR po punojnë në rajonin e tyre jo-linear.

Ekzistojnë dy rregullime të mundshme për këtë. E para është që të përshtatet një përforcues me brez të gjerë në daljen e DDS. Pajisjet potencialisht të përshtatshme janë të disponueshme me çmim të ulët nga Kina dhe ato do të rrisin prodhimin në rreth 2 pp. Unë kam porositur njërën prej tyre, por ende nuk e kam provuar. Ndjenja ime është se edhe kjo amplitudë do të jetë pak margjinale dhe do të mbetet një jo-linearitet. Metoda e dytë është të vendosni ngarkesa të njohura në daljen e njehsorit ekzistues dhe të regjistroni VSWR të shfaqur në çdo brez frekuencash. Kjo ju lejon të ndërtoni kthesa korrigjimi për VSWR aktuale kundrejt raportuar, të cilat më pas mund të futen në skicën Arduino për të aplikuar korrigjim në fluturim.

Unë miratova metodën e dytë pasi ishte e lehtë për tu bërë. Mjafton të kapësh rezistorët e mëposhtëm: 50, 100, 150 dhe 200 Ohm. Në këtë instrument 50 ohm këto do të korrespondojnë me VSWR të 1, 2, 3 dhe 4 sipas përkufizimit. Në skicë ekziston një ndërprerës 'use_calibration'. Vendoseni këtë në LOW dhe ngarkoni skicën (e cila do të shfaqë një paralajmërim në ekranin e spërkatjes). Pastaj bëni matje në qendër të secilës brez frekuence për secilin rezistencë. Përdorni një spreadsheet për të vizatuar VSWR të pritshme kundrejt atij të shfaqur. Pastaj mund të bëni një kurbë logaritmike të përshtatshme për secilën brez frekuence, e cila jep një shumëzues dhe përgjim të formës TrueVSWR = m.ln (MeasuredVSWR)+c. Këto vlera duhet të ngarkohen në grupin swr_results në dy kolonat e fundit (shiko deklaratën e komentit të mëparshëm në skicë). Ky është një vend i çuditshëm për t'i vendosur ato, por unë isha me nxitim dhe pasi dyqanet e grupit notonin, dukej si një zgjedhje e arsyeshme në atë kohë. Pastaj vendoseni çelësin use_calibration përsëri në HIGH, rifreskoni Arduino -n dhe shkoni.

Vini re se kur bëni matjet e frekuencës në vend, kalibrimi zbatohet për zgjedhjen fillestare të brezit. Kjo nuk do të përditësohet nëse bëni ndryshime bruto në frekuencë.

Tani njehsori lexon siç pritej për ngarkesat fikse dhe duket se ka kuptim kur mat antenat e mia! Unë dyshoj se mund të mos shqetësohem të provoj atë amplifikator me brez të gjerë kur të vijë …

Hapi 6: Përdorimi i analizuesit

Bashkangjitni një antenë përmes një plumbi PL-259 dhe ndizni pajisjen. Do të shfaqë një ekran spërkatjeje dhe më pas do të kryejë automatikisht një spastrim të të gjitha grupeve kryesore HF. Ekrani tregon frekuencën nën provë, leximin aktual të VSWR, leximin minimal të VSWR dhe frekuencën në të cilën ka ndodhur. Për të zvogëluar zhurmën e matjes, merren pesë matje të VSWR në çdo pikë frekuence; vlera mesatare e këtyre pesë leximeve kalohet më pas përmes një filtri mesatar lëvizës prej nëntë pikash në lidhje me frekuencën para se të shfaqet vlera përfundimtare.

Nëse doni të ndaloni këtë spastrim të të gjitha brezave, thjesht shtypni butonin e kodifikuesit. Fshirja do të ndalet dhe një përmbledhje e të gjitha të dhënave të grupit të mbledhur do të shfaqet (me null për ato grupe që nuk janë fshirë ende). Një shtypje e dytë do të shfaqë menunë kryesore. Zgjedhjet bëhen duke rrotulluar koduesin dhe më pas duke e shtypur atë në pikën e duhur. Ekzistojnë tre zgjedhje në menunë kryesore:

Fshirja e të gjitha grupeve do të rifillojë spastrimin e të gjitha grupeve kryesore HF. Kur të përfundojë, do të shfaqë ekranin përmbledhës të përshkruar më sipër. Shkruani këtë ose bëni një fotografi nëse doni ta mbani.

Fshirja e një brezi të vetëm do t'ju lejojë të zgjidhni një brez të vetëm me koduesin dhe më pas ta fshini atë. Gjatësia e valës dhe diapazoni i frekuencës shfaqen gjatë zgjedhjes. Kur fshirja të ketë mbaruar, një shtypje e dytë e koduesit do të shfaqë një grafik të thjeshtë VSWR kundrejt frekuencës së brezit të sapo fshirë, me një tregues numerik të minimumit VSWR dhe frekuencës që ka ndodhur. Kjo është shumë e dobishme nëse doni të dini nëse do të shkurtoni ose zgjasni krahët tuaj dipolë, pasi tregon trendin e VSWR me frekuencë; kjo humbet me raportin e thjeshtë numerik.

Frekuenca e vetme ju lejon të zgjidhni një frekuencë të vetme fikse dhe pastaj azhurnoni vazhdimisht një matje të drejtpërdrejtë VSWR, për qëllime të akordimit të antenave në kohë reale. Së pari zgjidhni brezin përkatës të frekuencave; Ekrani do të tregojë frekuencën qendrore të brezit të zgjedhur dhe një lexim të drejtpërdrejtë VSWR. Kalibrimi i brezit përkatës zbatohet në këtë pikë. Një nga shifrat e frekuencës do të nënvizohet. Kjo mund të zhvendoset majtas dhe djathtas me koduesin. Shtypja e kodifikuesit e trimëron vijën; atëherë rrotullimi i koduesit do të zvogëlojë ose rrisë shifrën (0-9 pa mbështjellës ose bartës). Shtypni sërish kodifikuesin për të rregulluar shifrën, pastaj kaloni tek ai tjetër. Ju mund të përdorni pothuajse çdo frekuencë në të gjithë spektrin HF duke përdorur këtë pajisje - përzgjedhja e grupit në fillim thjesht ju ndihmon të afroheni aty ku ndoshta dëshironi të jeni. Ka një paralajmërim: kalibrimi për brezin e zgjedhur ngarkohet në fillim. Nëse lëvizni shumë larg nga brezi i zgjedhur duke ndryshuar shifrat, kalibrimi do të bëhet më pak i vlefshëm, prandaj përpiquni të qëndroni brenda brezit të zgjedhur. Kur të keni mbaruar me këtë mënyrë, lëvizni nënvizimin deri në të djathtë derisa të jetë nën 'dalje', pastaj shtypni koduesin për t'u kthyer në menunë kryesore.

Nëse lidhni kompjuterin tuaj me prizën USB në pjesën e pasme të analizuesit (dmth. Në Arduino), mund të përdorni monitorin serik Arduino për të mbledhur vlerat e frekuencës kundrejt VSWR gjatë çdo operacioni spastrimi (aktualisht është vendosur në 9600, por ju mund ta ndryshoni atë lehtë duke redaktuar skicën time). Vlerat pastaj mund të futen në një spreadsheet kështu që ju mund të vizatoni grafikë më të përhershëm etj.

Pamja e ekranit tregon përmbledhjen VSWR për antenën time vertikale të shtyllës së peshkimit 7.6 m me UNUN 9: 1. Pajisja ime mund të akomodojë një SWR max 3: 1 me njësinë e saj të brendshme të auto-akorduesit. Ju mund të shihni që unë do të jem në gjendje ta akordoj atë në të gjitha brezat, përveç 80 m dhe 17 m. Kështu që tani mund të pushoj duke ditur që kam një antenë të pranueshme me shumë banda dhe nuk do të prish asgjë të shtrenjtë kur transmetoj në shumicën e grupeve.

Fat i mirë dhe shpresoj që ta gjeni këtë të dobishme.