Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Ответить
Аватара пользователя
AZM.SU
Сообщения: 136
Зарегистрирован: 17 окт 2019, 21:00
Город: Новосибирск
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 34 раза

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение AZM.SU » 18 окт 2019, 23:42

Сразу оговорюсь - это не анализатор, это приставка к уже имеющемуся трансиверу и это не прибор, а скорее показометр, но он позволяет быстро настроить практически любую сконструированную антенну.
Измеритель умеет измерять КСВ от 1.0 до 9.9, при этом отображает меньше сопротивление антенны (-) или больше (+) чем 50 Ом, так же выводит в условных единицах вклад реактивности в отображаемое КСВ.

Схема измерителя:
схема1.gif
Архив со схемой, печатной платой и прошивкой на языке СИ:
Antenna_Analyzer_at_Mega8.zip
(415.95 КБ) 151 скачивание
Фото готового устройства, которое как и все мои конструкции выглядит ужасно, но работает уже долгие годы и в жару и в холод и даже в дождь, если завернуть в полиэтиленовый кулёк:
фото.jpg
Верхняя граничная частота, на которой будет работать антенный измеритель, зависит только от применённых в детекторах диодов и исполнении самого моста.
При исполнении измерительного моста с учётом требований к конструированию и сборке СВЧ устройств (много земли, короткие проводники, резисторы на 50ом набраны из 4 соединённых параллельно резисторов SMD размера 1206 сопротивлением 200 ом), и применении диодов 1N5711 измеритель хорошо работает до 470МГц. По крайней мере, в несколько раз точнее, чем антенный анализатор SWR-121VU AEA.
Нижняя граница частот обязана быть ниже 1МГц.

Максимальная мощность сигнала от радиостанции (измерительного сигнала), который можно подать на вход зависит от мощности резисторов моста и максимального обратного напряжения диодов. При изготовлении резисторов из 4 штук SMS 1206, 2 ватта держит секунд 15 без проблем.

Данный прибор косвенно показывает R антенны, точнее он показывает КСВ по отношению к 50 Ом и знак отклонения от 50 Ом (+ или -), далее легко рассчитать истинное сопротивление, если мы видим КСВ 1.5 и знак "+" то это значит, что:
R = 50*1.5 = 75 Ом
если знак "-" то значит:
R = 50/1.5 = 33 Ом

Зашить контроллер можно любым программатором, архив содержит собранный код.
Фузы по умолчанию, какие в контроллере с завода установлены.
Под другие контроллеры (отличные от ATmega8) придётся перекомпилировать прошивку, возможно что-то в ней даже поменять, например, что бы ADC входы были на нужных ногах.

Вас не должно пугать что на плате RESET соединён с ногой ADC6, это ни на что не влияет.
На ножку AREF напряжение никакое подавать не нужно, туда подано напряжение с внутреннего ИОН контроллера.

Если будут вопросы - спрашивайте. Всегда рад ответить.

Александр UB6HMV
Сообщения: 31
Зарегистрирован: 15 окт 2019, 09:04
Откуда: Ессентуки
Позывной: UB6HMV
Город: Ессентуки
Благодарил (а): 39 раз
Поблагодарили: 11 раз

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение Александр UB6HMV » 29 окт 2019, 14:38

Доброго дня!
Повторял я эту конструкцию года 3 назад. На тот момент не имел под рукой каких либо измерительных приборов для настройки антенн, нуждался в таком приборе. Так вот, заработало все сразу, конструкция простая и из доступных компонентов. Но... в прошивку прибора крайне необходимо ввести функцию калибровки. Иначе прибор показывает погоду на Марсе, а не реальное ксв. Так, собрав девайс, я первым делом попытался его протестировать на эквиваленте нагрузок. Подключив 50 ом получил ксв 1. Вроде норм. Подключив второй резистор 50 ом в параллель (25 ом) ксв стало 1.4 (сейчас значение уже точно не помню, несколько лет прошло). А должно быть 2. Включив резисторы последовательно (100 ом) ксв тоже было далеко от 2. Все резисторы были смд 0805. Про измерение реактивности ничего не скажу, просто уже не помню что он там показывал.
В общем, из-за разбросов параметров измерительного моста калибровка очень актуальна. Вполне допускаю, что в таких результатах виновата моя криворукость, отсутствие опыта, применение не тех компонентов. Однако, полагаю, если прибор предлагается для повторения необходимо учитывать возможность отклонения от авторского исполнения.
ИМХО, прибор заслуживает внимания, как доступная и простая альтернатива китайским измерителям КСВ. Но нужно не много доработать функционал.

Аватара пользователя
AZM.SU
Сообщения: 136
Зарегистрирован: 17 окт 2019, 21:00
Город: Новосибирск
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 34 раза

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение AZM.SU » 29 окт 2019, 23:06

Александр UB6HMV писал(а):
29 окт 2019, 14:38
в прошивку прибора крайне необходимо ввести функцию калибровки
Действительно.
Слишком много "тонких" факторов, в том числе и разброс характеристик диодов и разброс сопротивлений резисторов в делителях требуют калибровки.
Прибором этим сам пользуюсь до сих пор и у самого он подвирает, причём не линейно и я уже выяснил почему и куда и как раз думал о корректировке или функции калибровки.
В ближайшее свободное для хобби время этим и займусь. Кроме того в прошивке есть ещё пара мест, которые уже давно руки чешутся поправить.
Поправлю - выложу здесь обновление.

Вообще проблема там с малыми величинами КСВ, точнее, когда к диоду VD4 приложено малое ВЧ напряжение, а всё дело в нелинейности ВАХ диодов и в начале свой характеристики она совсем далека от линейной, так же проблема начинает проявляться если испытательный сигнал имеет малый уровень, всё по той же причине но уже портят картинку диоды VD3 и VD5.
Знакомый делал вариант схемы с заменой диодов на специализированные микросхемы - детекторы уровня AD8318 если не ошибаюсь, но цена таких детекторов как-то сильно выше диодов, а радиолюбителю в конечном итоге не так важно знать КСВ 1.8 или 1.6 и тем более уже совсем не интересно знать оно 1.61 или 1.62.

Vладимир
Сообщения: 142
Зарегистрирован: 14 окт 2019, 00:26
Благодарил (а): 8 раз
Поблагодарили: 21 раз

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение Vладимир » 30 окт 2019, 22:18

не линейность диодов лечится операционным усилителем у которого в обратной связи стоит такой же диод как в детекторе

Маяк
Сообщения: 76
Зарегистрирован: 17 авг 2020, 11:01
Город: Иркутск
Поблагодарили: 3 раза

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение Маяк » 18 авг 2020, 15:26

AZM.SU писал(а):
18 окт 2019, 23:42
Измеритель умеет измерять КСВ от 1.0 до 9.9,
Ну зачем до 9,9 КСВ измерять. Достаточно до КСВ-3. Так как с большим КСВ просто не нужно использовать антенны. В промышленных передатчиках, антенны выше КСВ-2, уже снимают с эксплуатации.

А лучше всегда иметь КСВ-1, ну, максимум, КСВ-1,2. Да если УМ 1 кВт и более, то вне-полосное излучение уже может быть и при КСВ1,2. Ведь любую антенну можно согласовать до КСВ-1, даже если это забытый в дерево гвоздь и от него к передатчику идёт голый провод.

RA6M
Сообщения: 56
Зарегистрирован: 13 окт 2019, 21:42
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 14 раз

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение RA6M » 19 авг 2020, 06:32

Маяк писал(а):
18 авг 2020, 15:26
Ну зачем до 9,9 КСВ измерять
А если вы повесили новую антенну? пролетели с размерами. И минимальный ксв у вас получился, допустим 3.3. Как её подстраивать? Куда отрезать? Использовать для контроля настроенных антенн согласен.

Маяк
Сообщения: 76
Зарегистрирован: 17 авг 2020, 11:01
Город: Иркутск
Поблагодарили: 3 раза

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение Маяк » 19 авг 2020, 09:14

RA6M писал(а):
19 авг 2020, 06:32
А если вы повесили новую антенну? пролетели с размерами
Спасибо за вопрос.

Нет, я никогда не изготовлю антенну с неправильными размерами. Ведь для этого есть давно разработаны расчеты и они всегда соответствуют тем требованиям, по которым и нужно изготавливать какую-либо антенну. Все эти расчеты доступны и не сложные в применении.

Единственное, что потом требуется, то это небольшая корректировка в определении точного резонанса на данном диапазоне и доведения согласования до КСВ-1. Если антенна правильно изготовлена, то КСВ- никогда не будет больше КСВ-3.

Сразу скажу, что правильная настройка в резонанс, не может автоматически согласовать волновое сопротивление до КСВ-1. КСВ антенны с фидерной линией имеют и другие причины, быть далекими до КСВ-1.

Если хотите задать уточняющий вопрос, рад буду помочь в нём разобраться.

RA6M
Сообщения: 56
Зарегистрирован: 13 окт 2019, 21:42
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 14 раз

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение RA6M » 20 авг 2020, 01:25

Маяк писал(а):
19 авг 2020, 09:14
Ведь для этого есть давно разработаны расчеты и они всегда соответствуют тем требованиям,
Немного не согласен. Расчёты не могут учесть всего того что находятся под антенной. Расчёты считают свободно висящию антенну. Могут учитывать грунт находящийся под антенной. А все деревья, дома, металлические предметы довольно сложно учесть в расчётах. Для диполя на 40 метров ошибка в 10 см. провода приводит к пролёту резонанса около 100 кгц.
Маяк писал(а):
19 авг 2020, 09:14
Сразу скажу, что правильная настройка в резонанс, не может автоматически согласовать волновое сопротивление до КСВ-1.
Смотря какую линию использовать. Если использовать трансформирующию, четверть волновую?
А для использования линии бегущей волны? легче подстроить антенну :)
Опять таки, если антенна стоит стационарно, когда есть время её настроить- это одно. А если в поле настраивать кусок проволки, то совсем другое.

Маяк
Сообщения: 76
Зарегистрирован: 17 авг 2020, 11:01
Город: Иркутск
Поблагодарили: 3 раза

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение Маяк » 20 авг 2020, 12:15

RA6M писал(а):
20 авг 2020, 01:25
Расчёты не могут учесть всего того что находятся под антенной.
Это глубокое заблуждение.

Видимо Вы опираетесь на знание при использовании каких либо программ, типа МАМАНЯ. Разочарую Вас. Правда соглашусь, что Ваша программа может что то и рассчитать для того же Диполя. Но этого не следует делать. Так как ошибка в 10см этого же Диполя, совсем не ухудшит его работу в резонансе.

И вот почему. Вы должны знать, что разные конструкции антенн, имеют и разную полосу пропускания. Ну, например антенна ЯГА (Волновой канал), в зависимости от количества элементов, имеет разную полосу пропускания. И если взять среднее количество этих элементов, (4эл) то полоса будет примерно в 250 кГц. (это острая, но по снижающей чуть больше) И расчеты уже давно все проведены и такая антенна, как ЯГА, никогда не будет установлена на сверх низкую высоту. Ну, скажем не ниже 8-10 метров, так вот на такой высоте, хоть от земли, хоть от крыши, малозначительно выйдет из принимаемого диапазона, как на 40м, так и на 20м. На 40м она с лихвой перекроит диапазон, а на 20м её полоса пропускания всё равно не перекрывает весь диапазон, тем-более на 15м или 10м. (где диапазоны довольно широки) И вернусь к тому, что её обычно размещают на такой высоте, что ни деревья, ни крыши не повлияют.

Ну, а вернутся к нашему любимому Диполю, то напомню, что даже КВАДРАТЫ и ТРЕУГОЛЬНИКИ имеют основную полосу как минимум 500 кГц. И постепенно снижается до 1 мГц. (и что там эти 100 кГц)

И если вернуться к излюбленной компьютерной программе "МАМАНЯ", то она пригодна лишь для расчета таких простеньких антенн, как Вертикал, Наклонный луч и подобным антеннам. Более солидные антенны эта программа не может рассчитывать. Так как Солидные антенны рассчитывают спец программами, которые недоступны в открытом доступе. (а такие антенны, как ЯГА или КВАДРАТЫ, уже рассчитаны) К началу 2000х годов, такие программы были только в России, даже в США таких не было. Я уже молчу про Европу.

Да и открою маленький секрет, эти программы настолько дорогие и охраняются государством и имеют авторское значение. Их у авторов страны покупают за большие деньги. Да и самое главное, если их дать радиолюбители и даже продвинутому программисту, он с ними ничего не сможет сделать. Так как даже они не смогут так просто с бухты-барахты что-то рассчитать. Их применение имеет особое исполнение.

Вот такой пример. Работают умные ребята по созданию такой программы и по этим расчетам изготовили одну антенну (антенный комплекс) Потом решили изготовить другую антенну для другого назначения и вот УЖАСССССС! эта программа уже не пригодна, её нужно приспосабливать к новому варианту антенны, то есть ДОРАБАТЫВАТЬ. И это может только автор этой программы.

Вот так и работают программисты в разных странах, когда изобретают новую антенну. А прежнюю программу кладут в архив, хорошо охраняемый.

Поверьте, я это знаю не от бабушек.

Маяк
Сообщения: 76
Зарегистрирован: 17 авг 2020, 11:01
Город: Иркутск
Поблагодарили: 3 раза

Измеритель КСВ и показометр реактивности антенны для частот от 0 до 600МГц на микроконтроллере ATmega8

Сообщение Маяк » 20 авг 2020, 12:31

RA6M писал(а):
20 авг 2020, 01:25
Смотря какую линию использовать.
Да любую.

Ну, вот например: Решили изготовить Волновой канал. Возмём всем известную антенну, которая стояла практически на любом высотном, жилом доме. Это 5 элементов с петлевым ВИБРАТОРОМ. Если бы эта антенна имела 3 эл. или 2 эл. То волновое сопротивление было бы большим, а если наоборот, имела 6 эл. или 7 эл. то её волновое сопротивление было бы слишком маленьким. Поэтому конструкторы и решили, что в быту используют РК в 75 ом, значит сделаем 5 элементов и антенна будет иметь ровно 75 ом. и никакого согласования не нужно.

А вот если возьмет тужу ЯГУ, и те же 5 элементов, но ВИБРАТОР не петлевой, то тут при любом количестве обязательно нужно какое-либо СУ. Пусть ГАММА или ОМЕГА. И все Ваши расчеты мне не нужны, так как возьму учебник и там все эти расчеты есть, потом изготовлю и нужное СУ, залезу на мачту и доведу КСВ до "1".

А с рамочными антеннами ещё проще.
RA6M писал(а):
20 авг 2020, 01:25
А если в поле настраивать кусок проволки, то совсем другое.
Так перед тем, как я поеду в поле, то почитаю те же учебники и узнаю, какая длина должна быть на каком либо диапазоне. Ну, а уж полоса пропускание такого куска провода перекроит не один диапазон.

Для таких энтузиастов давно придумали специальную антенну. В одном народе её называли "Американка", а у нас почему-то несимметричный Диполь. Хотя НЕСИММЕТРИЧНЫХ Диполей не бывает.

Вот как раз эта антенна и была придумана, чтобы могла неплохо работать на нескольких диапазонах. То есть длинное плечо на низких диапазонах, а короткое на верхних диапазонах.

Обидно, но всё придумали до нас.

Ответить

Вернуться в «Антенные приборы и устройства»