Антенный анализатор в конце 2010г. подвергся модификации, как схемотехнической, так и внешне. В 2011г. выпущена новая модель - DN-AA. "Традиционно" - сохранена минимально возможная себестоимость.  Это самый дешевый антенный анализатор на рынке аналогичной продукции. При разработке анализатора преследовались два основных параметра: 1.Минимально возможная цена; 2.Максимальная надёжность. Опыт эксплуатации предыдущей модели АА показал верность выбранной схемотехники – не было ни одного отказа в работе прибора от статического электричества. Самый дешевый – это не значит, что самый плохой. Прибор позволяет проводить все стандартные измерения при настройке антенно-фидерных систем, как и любые иные более дорогие приборы. АА измеряет КСВ, активное сопротивление, реактивное сопротивление. Волновые сопротивления линий в которых может работать прибор - 50; 75; 300; 600Ом. Диапазон частот 1-30МГц. Введена возможность увеличения амплитуды ВЧ сигнала на нагрузке (антенне). Это даёт возможность настраивать большие периметром антенны в условиях сильных наводок от соседних передатчиков, не прибегая к дополнительным ухищрениям (к коим придётся прибегнуть, например пользуя АА от MFJ). Как дополнительная функция – позволяет измерять малые ёмкости конденсаторов и индуктивности катушек. Напряжение питания 12В от внутренних батареек и от внешнего источника тока. 

DN-AA не производится. Вся информация для самостоятельной сборки прибора представлена здесь и в форуме. Все вопросы по изготовлению - пожалуйста, в форум. 

Подробности пользования новым АА приведены в (нажмите на ссылку) => "Руководстве пользователя". Комплектность для заказчиков готового АА: 1.Прибор, 2.Руководство пользователя, 3.Разьём для подключения внешнего питания, 4.Компакт-диск с полной документацией, 5.Упаковочная коробка, 6.Калибровочный резистор 49,99Ом. Внешний вид прибора - 

         

Основываясь на опыте использования микросхем DDS в синтезаторе трансивера, был разработан этот прибор для настройки антенн. Потребность в таком приборе крайне редка – обычно антенны свои мы сооружаем не чаще раза в год – или в несколько лет, поэтому отправной точкой при разработке явились надежность, простота управления и минимально возможная стоимость прибора.

Прибор работает в частотном диапазоне 1-30МГц. Измеряются значения КСВ, активного сопротивления и реактивного сопротивления измеряемой нагрузки.

Управление прибором осуществляется четырьмя кнопками. Для увеличения - нажать на картинку => 

Кнопка STEP (Шаг) - шаг перестройки может быть 1кГц, 10кГц, 100кГц, 1МГц. Нажимаем эту кнопку (входим в меню выбора шага перестройки) – кнопками со стрелками выбираем требуемый шаг перестройки – ещё раз жмём на кнопку STEP «Шаг» - требуемый шаг перестройки выбран и запомнен.

Кнопки со стрелками:

1. Стрелка вправо – > увеличение частоты.
2. Стрелка влево < – уменьшение частоты.

Кнопка MENU (Меню) - вход в меню проведения градуировки прибора.

Градуировочные резисторы Vi, Vo, V50.

Тумблер PWR (ВКЛ) – включение прибора. Тумблер LIGHT (ПОДСВЕТКА) – включение подсветки ЖКИ.

Измерения можно проводить в линиях с волновым сопротивлением 50Ом, 75Ом, 300Ом, 600Ом. По умолчанию прибор включен на проведение измерений в линиях 50Ом. Потребность в измерении малых значений (единицы Ом) реактивных сопротивлений, в дополнительных не штатных применениях - например, для измерения ёмкостей конденсаторов - обеспечена за счёт наличия простейшей дополнительной калибровки АА. Подробности таких "особенных" применений описаны в => "Руководстве пользователя" и обсуждаются на страничке форума - нажать на ссылку =>> ФОРУМ

В качестве перестраиваемого генератора DD2 в приборе используется микросхема прямого синтеза DDS AD9835BRU от фирмы Analog Devices. Её выходной сигнал фильтруется фильтром L1,L2,C8,C9,C10,C11,C32 с частотой среза 35МГц. Далее сигнал усиливается достаточно мощным широкополосным транзисторным усилителем на транзисторах VT1,VT4,VT5. Амплитуда сигнала может достигать 2В эфф. Обычное значение на измерителе около 1,2В эфф. Значение в 1,2В выбрано не случайно. Т.к. по «Регламенту радиолюбительской радиосвязи» мы не имеем права излучать более 50мВт без дополнительного лицензирования. А 1,2В на 50Ом нагрузке как раз и не превышает этого ограничения.

Сигнал из генератора поступает на измерительный мост VD4,VD5,VD7 на германиевых диодах. Схемы прибора можно смотреть как в "Руководстве пользователя" так и на страничке описания АА для самоделкопаяльщиков.

С измерителя имеем три сигнала:

1. Напряжение усилителя Vi с VD4,
2. Падение напряжения на образцовом резисторе V50 с VD5,
3. Напряжение на нагрузке Vo с VD7.

Эти сигналы усиливаются шестью операционными усилителями DA1,DA2,DA3 и подаются на входы АЦП современного микроконтроллера DD1 PIC16F819. Дополнительно в усилители введена компенсация нелинейности диодов детектора и добавлена система АРУ.

В микроконтроллере "зашита" программа, которая производит всю математику расчёта и итоговые результаты выводятся на жидкокристаллическом двухстрочном дисплее.

Погрешность измерения прибора возрастает при отклонении измеряемого сопротивления от сопротивления на которое отградуирован прибор. Практические данные – прибор отградуированный на 50Ом линию, при измерении активных сопротивлений до 300Ом погрешность не более 1%, до 500Ом - около 5%, выше 500Ом – достигает 10%. Далее меряет почти до 1кОм с погрешностью до 15-20%.

На дисплей антенного анализатора выводится информация:

• верхняя строчка – Рабочая Частота в кГц, S-КСВ.
• нижняя строчка - R-активное сопротивление и X-реактивное сопротивление.

В качестве дисплея применяется двухстрочный ЖКИ 1602. Возможно применение таких ЖКИ от различных фирм. На схеме LCD1 приведено обозначение ЖКИ китайского производства HY-1602B3.

Для того чтобы определить знак реактивности – следует немного перестроить частоту – при повышении частоты емкостная составляющая будет уменьшаться, индуктивная увеличиваться. При понижении частоты наоборот.

Так как используется современный микропроцессор с высоким быстродействием, при сканировании частоты все параметры проведения измерения сохраняются. Т.е. можно непосредственно наблюдать изменение измеряемых параметров нагрузки в динамике перестройки по частоте. Т.е. – управление прибором упрощено до минимума: жми на кнопку - смотри.

Питание прибора от любого источника напряжением 12-15В током 300мА. В нём установлены два внутренних стабилизатора на 5В и 10В – посему можно подавать даже не стабилизированное напряжение. При использовании ЖКИ без подсветки прибор потребляет от 12-ти вольтового источника не более 190мА. Если использовать ЖКИ с подсветкой - потребление увеличивается до 250-300мА.

Внутри прибора установлен бокс для 8-ми батареек размера АА.

Ниже для примера приведена информация из "Руководства пользователя". 

 

Проведение измерений

 Для того чтобы правильно изготовить и настроить антенну, следует хотя бы в минимальном объёме быть знакомым с основными законами и правилами по антенно-фидерным системам. Достаточно почитать литературу по этой теме специально изданной для радиолюбителей. Ориентироваться нужно на проверенные временем  источники. Это книги К. Ротхаммель, 3. Беньковский, Э. Липиньский, ARRL Handbooks. Отдельные статьи в популярных журналах или в интернете нельзя брать на веру. Игнорирование базовых законов очень часто приводит в итоге к неверным выводам и потерянному времени.

1.Предварительная проверка антенны.

Истинную резонансную частоту антенны можно измерить только в точке питания антенны. Если вы не знаете даже приблизительно резонансную частоту антенны – найти её через линию питания (фидер) крайне сложно. На показания прибора будут влиять параметры линии питания. Дополнительно на всю систему антенна-фидер будут влиять окружающие металлические предметы. Поэтому прибор покажет параметры всего комплекса - антенна + линия питания + окружающие предметы. Кнопками изменения частоты перестраиваем прибор вблизи желаемых частот – прибор покажет реальные параметры всей системы.

Если приблизительно известна резонансная частота антенны – перестраиваем частоту в ожидаемых пределах и ищем минимум значений S, Х. Этот минимум при резонансе антенны может быть слабо заметен, если не производилось согласование сопротивления антенны с волновым сопротивлением линии питания (фидера).

2.Измерение сопротивления антенны.

Сопротивление антенны можно измерить дистанционно через так называемый «полуволновый» (1\2) повторитель. Это кусок коаксиального кабеля, электрическая длина которого кратна пол волны. Как изготовить такой кабель – дальше описано. Т.е. если вы знаете точную длину используемого фидера и его коэффициент укорочения, то можно рассчитать частоты, на которых этот кабель будет кратен половине волны. Вот на таких частотах кабель передаёт сопротивление антенны без изменений. Но следует обязательно учитывать – если сопротивление антенны сильно отличается от волнового сопротивления кабеля, то погрешность измерения будет большой.

 3.Измерение резонансов кабеля.

Подсоединяем один конец кабеля к анализатору, а второй конец оставляем разомкнутым. В точках четвертьволнового резонанса значение активного сопротивления R будет минимальным. В точках полуволнового резонанса сопротивление R будет максимально.

Для того чтобы найти частоты полуволновых резонансов кабеля – замыкаем свободный конец кабеля (центральную жилу на оплётку кабеля) – находим минимальные показания активного сопротивления R. Частоты, на которых минимальное сопротивление – это частоты полуволнового резонанса.

Реактивное сопротивление Х при этих измерениях должно быть равно 0Ом. Если реактивное сопротивление Х имеет какое-либо значение – это говорит о низком качестве кабеля.

4.Измерение волнового сопротивления кабеля.

Для того чтобы измерить неизвестное волновое сопротивление кабеля – для этого потребуется градуированный безындукционный (не проволочный) переменный резистор. Сопротивление резистора немного больше предполагаемого сопротивления кабеля. Например, если волновое сопротивление кабеля предположительно 50-75Ом – следует взять резистор 100Ом. Один конец кабеля присоединяем к АА, а второй конец кабеля нагружаем на этот переменный резистор. Изменяя сопротивление переменного резистора, находим такое значение, когда показания активного сопротивления R равняются сопротивлению переменного резистора, при Х=0. Тем самым мы получили волновое сопротивление исследуемого кабеля. Измерения желательно проводить на частоте четвертьволнового резонанса. Если правильно подобрано сопротивление резистора - то показания S,R,X LDC дисплея не будут изменяться при больших перестройках частоты прибора. Неизменные показания указывают на то, что сопротивление резистора равно волновому сопротивлению кабеля.

 5.Изготовление отрезков кабеля определённой электрической длины.

Предварительно следует вычислить предполагаемую длину отрезка кабеля. Используем простую формулу перевода частоты в длину волны: l=300\f, где  l - длина волны в метрах, f – частота в мегагерцах. Пример: необходимо изготовить 1\2 отрезок кабеля на частоту 7,05MHz - L=300\7,05\2=21,275м. Если нужно изготовить 1\4 отрезок, тогда длину вычисляем по формуле: L=300\7,05\4=10,368м. Как правило, производитель указывает коэффициент укорочения для кабеля, например кабель RG-58 имеет коэффициент укорочения 0,66. Умножаем полученную длину на коэффициент укорочения кабеля – 21,275х0,66=14,04м. Отмеряем указанный кусок кабеля с небольшим запасом. Подключаем кабель к анализатору, замыкаем противоположный конец кабеля. Можно двумя способами подобрать точную длину кабеля:

1.Можно отрезать небольшие куски от кабеля, пока R=0 на требуемой частоте 7,05MHz. После укорочения не забываем замыкать центральный проводник с оплёткой при измерении.

2.Находим частоту, на которой значение R=0 – это будет, т.н. "полуволновый" резонанс. Например, она будет 7,01MHz. Вычисляем электрическую длину отрезка – L=300\7,01\2=21,4м. Зная физическую длину отрезка кабеля, например, отрезали 15м – находим реальный коэффициент укорочения -  15\21,4=0,7. Теперь можно отмерить точную длину: 21,275х0,7=14,89м.

 5.Определение коэффициента укорочения кабеля.

Как правило, производитель даёт коэффициент укорочения на тип кабеля. Но это усредненное значение, которое может немного отличаться у кабелей, выпускаемых разными производителями. Иногда неизвестна марка кабеля и нужно определить его коэффициент укорочения. Для этого измеряем физическую длину отрезка кабеля и её электрическую длину и находим реальный коэффициент укорочения. Пример: отрезок кабеля длиной 25м. Подсоединяем его к анализатору, противоположный конец кабеля замыкаем. Перестраиваем частоту анализатора и находим первый ½ резонанс – например он на частоте 3,840MHz. Снова применяем формулу перевода частоты в длину - l=300\3,84=78,125м. Отрезок кабеля электрической длиной ½ волны на этой частоте будет 78,125\2=39,0625м, если принять его без укорочения. Коэффициент укорочения кабеля равен 25\39,0625=0,64.  

 6.Проведение измерений симметричных линий.

Принцип проводимых измерений полностью соответствует измерениям коаксиальных кабелей с небольшим отличием. При проведении измерений симметричных линий, используется только автономное питание от внутренней батареи. АА следует держать на удалении от проводящих предметов и земли. К прибору не должно быть подключено никаких проводов, кроме измеряемой линии. Двухпроводная симметричная линия должна быть натянута прямо, без изгибов, на максимально возможном удалении от металлических предметов и земли. Только при таком способе проведения измерений можно добиться достоверных результатов.  

 7.Настройка антенны.

Основной параметр антенны – это её резонансная частота. На частоте резонанса реактивное сопротивление равно нулю. Поэтому настройка антенны сводится к достижению минимального реактивного сопротивления на требуемой частоте. Значения могут не быть равны - S - 1.00 и R - 50 W на частоте резонанса. Импеданс антенны зависит как от её конструкции, так и от многих дополнительных факторов. Например - высоты установки, окружающих антенну предметов. Изменениями геометрических размеров резонанс антенны настраивается на требуемую частоту. После этого принимается решение, какую линию питания использовать для антенны. В зависимости от полученного R, можно сделать вывод какой из вариантов питания антенны будет удобен. Наиболее простой вариант соединения линии питания (фидера, коаксиального кабеля) и антенны – это когда импеданс антенны равен волновому сопротивлению линии питания. Если линия питания несимметрична (коаксиальный кабель), а антенна симметрична (диполь), даже в случае равенства их сопротивлений – между ними вводится дополнительное устройство – высокочастотный трансформатор для симметрирования. Такие устройства могут дополнительно трансформировать сопротивление. Нельзя дать однозначную рекомендацию, какой тип согласования применить между антенной и линией питания. Решение принимается индивидуально в каждом конкретном случае.

 8.Согласование между фидером и антенной.

Проверить качество согласования между линией питания (фидером) и антенной можно таким способом. Фидер подключен к антенне. Подключаем АА к питающей линии. Находим частоту предполагаемого резонанса антенны. Удлиняем длину фидера небольшим отрезком (³ 1м) из такого же типа кабеля. Если АА не покажет изменения параметров S, R – это указывает на хорошее согласование между фидером и антенной.

 9.Проверка высокочастотных трансформаторов.

Трансформатор подключается к АА проводниками минимальной длины. Другая обмотка трансформатора нагружается на не проволочный резистор с необходимым сопротивлением. АА сканируют по частоте в пределах необходимой полосы пропускания трансформатора. Характеристики S, R в рабочей полосе будут неизменны.

 10.Проверка симметрирующих трансформаторов (балунов).

Балун своим 50Ом выходом подключается к АА. Со стороны антенны балун нагружается на два не проволочных резистора. Резисторы включаются последовательно. Общее сопротивление резисторов должно быть равно необходимому сопротивлению нагрузки. Проводится измерение S, замыкая на корпусной выход АА антенные выводы трансформатора и точку соединения резисторов между собой. Если показания S при подключении к этим трём точкам перемычки сильно отличаются – это указывает на низкое качество трансформатора.

 11.Настройка тюнеров.

Подключаем тюнер к АА. Настраиваем АА на требуемую частоту. Подстраиваем тюнер до получения S=1,00. Это положение ручек тюнера будет соответствовать его правильной настройке.

 12.Проверка согласующих цепей усилителя.

При проведении таких измерений следует соблюдать осторожность, чтобы не только не повредить прибор, но и самому исследователю не получить удар током. Во всех усилителях с питанием от сети 110-220В есть опасное для жизни напряжение! Следует помнить, что ток от 0,1A и напряжение выше 36V являются смертельно опасными для человека. Измерения проводят, не подавая высокие напряжения, опасные для жизни. Рабочий режим лампы имитируется включением в исследуемую цепь не проволочного резистора с параметрами лампы. Резистор включается короткими проводниками параллельно выводам лампы. Например, при исследовании выходной цепи усилителя (проверка П-контура), резистор включается между анодом лампы и ближайшей точкой корпуса. Номинал резистора берётся из справочных данных на лампу или рассчитывается из режима лампы. АА подключается к контуру со стороны антенны. В АА устанавливается  частота, на которой следует настроить элементы контура. Ёмкость «холодного» (ближайшего к антенне) конденсатора выставляется согласно расчётной добротности контура. Подбором ёмкости «горячего» (ближайшего к лампе) конденсатора и отводов от катушки добиваются показаний S=1,00; R=50 W; X=0 W. Таким же образом можно подобрать номиналы корректирующей цепочки в управляющей сетке лампы для ВЧ диапазонов. В этом случае АА переключается на вход усилителя. Настройка входных согласующих цепей в усилителях с общими сетками проводится аналогичным образом, но она сопряжена с трудностью получения входного сопротивления усилителя в рабочем режиме. Входное сопротивление усилителя придётся рассчитать для используемого режима лампы и каждого диапазона отдельно.

 13.Провека транзисторных усилителей.

Очень удобен АА при настройке транзисторных усилителей. Это связано с доступностью  элементов калибровки прибора. Они выведены на переднюю панель. Настройкой Vdds можно увеличить выходную ВЧ мощность АА до 18dBm. Как это сделать – будет описано далее в разделе калибровки прибора. Уровня мощности сигнала АА достаточно для того, чтобы с малой погрешностью измерить входные параметры транзисторного усилителя. К усилителю подключают эквивалент нагрузки. К входу усилителя подключается АА. Усилитель включается в режим ТХ. Включаем АА и изменением частоты проверяем входные параметры усилителя. Следует помнить о том, что если у усилителя есть диапазонные фильтры выходного сигнала – их рабочая частота должна соответствовать входной частоте.

 14.Проверка дросселей.

Наиболее востребована проверка анодных дросселей в ламповых усилителях. Такие дроссели имеют частоты,  где распределённая ёмкость и индуктивность формируют последовательный резонанс с низким сопротивлением. На этих частотах резко увеличивается ток и между витками провода дросселя возникает участок с повышенным напряжением. Что очень часто приводит к выходу из строя дросселя. 

Последовательный  резонанс   дросселя  можно  обнаружить, измерив его параметры при помощи АА. Дроссель  должен находиться в рабочем положении, чтобы учесть ёмкости схемы и паразитные ёмкости. Соединяем АА  с дросселем посредством короткого отрезка кабеля. Кабель волновым сопротивлением 50Ом. Соединение кабеля осуществляется непосредственно с выводами дросселя. Медленно изменяем АА частоту вблизи от рабочей. По  резкому уменьшению показаний измерителя импеданса определяем частоты последовательного резонанса дросселя. При приближении рабочей поверхности отвёртки вплотную к обмотке дросселя и перемещении вдоль  её, находим точку, где импеданс от наших действий меняется. Это область высокого напряжения, где любое изменение ёмкости вызывает наибольший расстраивающий эффект. Сдвинуть точку резонанса из рабочей области частот можно изменением количества витков в дросселе. Сместить резонанс дросселя возможно путём его иного размещения в усилителе. Или разместив возле точки максимального напряжения металлическую пластинку.

 15.Измерение ёмкости конденсаторов и индуктивности катушек.

АА позволяет измерять небольшие ёмкости кондёнсаторов и индуктивности катушек. Эта функция является дополнительной для прибора. Поэтому, чтобы получить минимальную погрешность в измерениях, следует придерживаться определённых правил при проведении измерений. Чем большая ёмкость и индуктивность измеряется – тем меньшая частота устанавливается в анализаторе, на которой производится измерение. Индуктивность 20-300мкГн следует измерять на частотах 1,5-2МГц. Индуктивность меньше 20мкГн на частотах 2-3МГц. Ёмкости конденсаторов менее 100пф на частотах 5-7МГц, 100-1000пф на частотах 5-3МГц, конденсаторы более 1000пф на частотах 1,5-3МГц. Измеряемую деталь следует подключать к анализатору выводами минимальной длины. Нельзя придерживать деталь пальцами или пинцетом – это привносит в измерение дополнительную погрешность. Прежде, чем провести измерение, нужно провести калибровку прибора для таких измерений. Подключаем к анализатору не проволочный резистор сопротивлением 50Ом. Входим в режим MENU, выставляем: Vi=1022; V50=510(511); Vo=510(511). Выходим из режима MENU и отключаем резистор. Подсоединяем измеряемый элемент. Полученное значение реактивного сопротивления Х следует пересчитать в пф или мкГн по формулам:  C=159200\X×f  и  L=X\2p×f

Где: С – ёмкость в пф; L – индуктивность в мкГн; f – частота в МГц; Х -  измеренное реактивное сопротивление;