Как рождался анализатор антенн

Уголок радиоконструктора

Несколько лет назад вызрела схемотехника и был испытан в железе синтезатор с применением современных цифровых синтезаторов, так называемых микросхем DDS. Конечно же появилась мысль применить такой синтезатор с приборе для настройки антенн в качестве гетеродина. Даже удалось провести «лаб.работы» - собрать навесным монтажом такое изделие и проверить его работоспособность. Потом как обычно «текучка заела» и эта тема завалилась «за диван» на неопределённый срок. Несколько попыток довести до реально работающей конструкции всё время оканчивались безрезультатно… Видимо упорно нам мешали чужие мыслеформы по этой же теме…

И вот, собравши все свои растрёпанные нашим бытиём силёнки в единый ударный кулак, мы с дядей Вовой RX6LDQ совершили героический подвиг – сваяли этот прибор! Ура! ;-)

Отправной точкой при разработке являлась минимально возможная стоимость прибора. Т.к. подобные изделия от известных «брэндов» по стоимости сопоставимы с хорошей антенной и как-то раскошеливаться на такую игрушку не хотелось. Тем более что потребна она крайне редко – обычно антенны свои мы сооружаем не чаще раза в год – или в несколько лет. Почти три сотни (а то и больше) баксов отстёгивать за «буржуина» от MFJ, чтобы один-два раза попользоваться и потом забыть где сия коробка валяется – кому это захочется?! Не берём в расчёт фанатов антенностроения, которые большую часть своей радиолюбительской жизни проводят на крыше – честь им и хвала! Но для «нормального» радиста этот прибор по частоте применения сопоставим с частотой изготовления блоков питания для своих любимых «хренвудов». Посему тратить на него большие деньги как-то не особо рационально. Хотя и достаточно выгодно, т.к. настроенная антенна явно выиграет в конечном результате при работе в эфире, нежели скажем киловаттный УМ. Вообщем – ситуация ясная, прибор нужен, но деньги платить буржуям нету сенсу – посему – берём сами и делаем! Сколько раз мы уже сами себя за ухи вытаскивали? Не в первой…

При проведении лабораторных работ было испытано несколько вариантов измерителей, благо, что изобретать что-то по этой теме не нужно – описаний различных схем масса, начиная от «классики», заканчивая простейшими «замерятелями» на одном диоде.Можно было остановиться на самом простом варианте, как скажем это сделано в антенном анализаторе MFJ-249 – т.е. что нам нужно? – генератор, частотомер и КСВ-метр. Но, прикинув наши неиссякаемые интеллектуальные возможности, просто огромнейший наработанный опыт и благие пожелания трудящихся, было решено замахнуться на максимально «навороченный» вариант, который будет укладываться в сумму до сотни американских рублей.
 

Да, забыл предупредить читателя – информация для «сухарей-технарей» - лирика в тексте описания присутствует по просьбе моих знакомых радистов – Иван Иваныча UR5LAS, Виктора Васильевича UT9LC, Олега UR6EJ и многоуважаемой мной публики, частенько заглядывающей по вечерам на частоты 3,700-3,710МГц. Посему – кому не нравится лирика, пожалуйста – или не читайте, или делайте и пишите сами. 
Что же это такое?

Пока нет времени всё разрисовывать в красивых, правильных и безошибочных принципиальных схемах; понятных монтажных схемах, совпадающих по нумерации элементов с принципиальными и т.д. Попробую покороче и понятнее рассказать всё на словах и на пальцах.
 
Итак.
 
В качестве генератора используется микросхема прямого синтеза DDS от фирмы Analog Devices. Её выходной сигнал фильтруется фильтром с частотой среза 35МГц. Далее сигнал усиливается достаточно мощным широкополосным транзисторным усилителем. Амплитуда сигнала может достигать 2В эфф. Обычное значение на измерителе около 1,5В эфф. Для думающего читателя информация об амплитуде генератора скажет многое – т.е. при высокой амплитуде генератора измерителя не будет особых проблем с настройкой антенн при наличии мощных помех в КВ диапазоне.
 
Сигнал с генератора поступает на измеритель, тип и работа которого подробно описана на СКРе – статья «Антенный анализатор VK5JST». Если кто-то не сможет найти то описание – по дополнительным «просьбам трудящихся» позже приведу его здесь.
С измерителя имеем три сигнала: 1.Напряжение усилителя, 2.Падение напряжения на образцовом резисторе, 3.Напряжение на нагрузке.
 
Эти сигналы усиливаются шестью операционными усилителями и подаются на входы АЦП современного микроконтроллера.
 
В микроконтроллере зашита программа, которая производит всю математику расчёта и итоговые результаты выводятся в виде понятных нам цифирок на жидкокристаллическом двухстрочном дисплее. Традиционно – вся математика и программирование принадлежат перу Владимира RX6LDQ.
Какие функции заложены и как пользоваться?
В зависимости от типа применяемой DDS выходная предельная частота генератора может быть от 20МГц до 300МГц. Т.к. предполагается именно «народное» применение – т.е. минимально возможная цена, решено ограничиться пока 30МГц. Управление прибором осуществляется четырьмя кнопками – две кнопки перегон частоты вверх-вниз по частоте, третья кнопка Меню и четвёртая Шаг перестройки по частоте. Шаг перестройки может быть 1кГц, 10кГц, 100кГц, 1МГц. Измерения можно проводить в линиях с волновым сопротивлением 50Ом, 75Ом, 300Ом, 600Ом.
По умолчанию прибор включен на проведение измерений в линиях 50Ом.
 

Погрешность измерения прибора возрастает при отклонении измеряемого сопротивления от сопротивления на которое и градуирован прибор. Практические данные – если прибор отградуировать на 50Ом линию, то при измерении сопротивлений где-то до 300Ом погрешность не более 1%, до 500Ом - около 5%, выше 500Ом - резко растёт - 600Ом - уже около 10%. Далее меряет почти до 1кОм с погрешностью до 15-20%. О погрешности измерения приборов такого типа хорошо описано в переводах UA9LAQ описаний антенного анализатора MFJ-259. Т.к. по большому счёту они и предназначаются для проведения измерений в линиях, на волновое сопротивление которых они и настроены, а не как универсальные приборы для замера R,C,L,Z,X на любых частотах.

На дисплей антенного анализатора выводится информация: верхняя строчка – Рабочая Частота в кГц, S-КСВ.

Нижняя строчка - R-активное сопротивление и X-реактивное сопротивление.

ЖКИ

Для того чтобы определить знак реактивности – следует нажать кнопку перегона частоты – при повышении частоты емкостная составляющая будет уменьшаться, индуктивная увеличиваться. При понижении частоты наоборот.

Так как используется современный микропроцессор с высоким быстродействием, при перегоне частоты все параметры проведения измерения сохраняются. Т.е. скажем, нас интересует на какой частоте минимальный КСВ – жмем перегон частоты и смотрим как меняются значения S. Или нам нужно найти на какой же частоте сопротивление нашей «верёвки» наиболее близко в 50Ом – жмём кнопки перегона частоты и глазеем на показания значений R.

Т.е. – управление прибором упрощено до минимума. Как это и требуют «чиста пацаны» радисты-пользователи сегодняшнего времени! Мудрствовать будет не нужно – подключаем антенну, гоняем частоту двумя кнопками и глазеем где же она у нас «резонирует»...

Дабы меня лишний раз не пинали за многословие – различные вариации дополнительного применения такого прибора для измерения ёмкостей, индуктивностей, параметров коаксиальных линий передачи, коэффициентов укорочения, резонансных частот, как высокостабильного ГССа с выходным уровнем сигнала до 2В и т.д. и т.п. здесь рассматривать не буду – об этом можно почитать на СКРе в длиннючих описаниях антенного анализатора от фирмы MFJ. За что Большое спасибо и низкий поклон за сей труд Виктору Беседину (UA9LAQ)! Т.е. применить этот АА в иных качествах, отличных от прибора для настройки антенн, конечно же МОЖНО! Но не беру на себя труд по обучению пользования этим АА в иных применениях. Прошу извинить - нет времени на это. Кому действительно будет нужно измерить, скажем ёмкость конденсатора при помощи этого АА - разбирайтесь сами или как вариант все вопросы в форум => СЮДА

Кстати, в отличие от американского аналога, который – …«Следует отметить, что MFJ-269 - аппарат очень нежный, не прочитав инструкции по его эксплуатации, можно случайно вывести аппарат из строя»… (цитата из перевода описания от UA9LAQ) – наше изделие предназначается именно для НАШЕГО же пользователя! Который в подавляющем большинстве вначале включает попавшую к нему железку, жмакает кнопки, крутит ручки, а потом начинает соображать и думать – что же это он сделал? И только после того, как наиграется с кнопочками и пимпочками, возможно возьмётся быстренько так пробежаться глазами по описанию.

Поверьте, мой многолетний опыт общения с пользователями показывает, что так оно и бывает. Вот, и исходя из этого опыта, мы осмысленно пошли на некоторое загрубление чувствительности, увеличение погрешности измерения (в разумных пределах!) в угоду получения максимально возможной «дубовости» прибора. В итоге результат таков, что даже если шарахнет статика по прибору, то ремонт его не составит большой проблемы. Т.к. при выборе элементной базы, помимо минимального стоимостного момента, принцип «дубовости» и доступности были одни из самых главных.

Питание прибора от любого источника напряжением 12-30В током до 200мА. В нём установлены два внутренних стабилизатора на 5В и 10В – посему можно подавать даже не стабилизированное напряжение. Чем большее напряжение будет подаваться – тем большая мощность будет рассеиваться на стабилизаторах, соответственно они будут сильнее греться. Особенно это касается случая применения ЖКИ с подсветкой. При использовании ЖКИ без подсветки прибор потребляет от 12-ти вольтового источника не более 140мА. Если использовать ЖКИ с подсветкой потребление увеличивается до 200мА. Можно использовать для питания прибора дешёвые китайские «адаптеры» или батарейки.

А.Тарасов UT2FW

http://www.ut2fw.com/node/53