niedziela, 9 czerwca 2019

Analizator Antenowy ARDUINO w/g SP3NYR

Zakres pomiarowy: 1 MHz do 31 MHz

Konstrukcja zaprezentowana na Zjeździe Technicznym w Burzeninie w 2016 roku.
Projekt opisany przez Waldemara - SP3NYR na stronie:
http://sp3nyr.itserwer.pl/index.php/arduino-swr-scanner

Pewne modyfikacje do projektu wprowadził Marek - SQ7HJB, opisał je na stronie:
http://sp7pb.pl/index.php/porady-i-projekty/konstrukcje/42-swr-scanner
Na stronie Marka - SQ7HJB zamieszczony jest również plik ze wzorem PCB do termotransferu.

Daniel - SQ9ONW przygotował wersję SMD i całość umieścił w obudowie KARDEX Z-19.
http://sp3nyr.itserwer.pl/index.php/arduino-swr-scanner/wersja-smd-w-obudowie-z19-wg-sq9onw

Możliwa jest rozbudowa analizatora o dwa zakresy 50 MHz  i 70 MHz:
http://sp3nyr.itserwer.pl/index.php/arduino-swr-scanner/rozbudowa-do-70-mhz
Główna zmiana polega na wymianie modułu DDS z modelu AD9850 na moduł AD9851 właściwa kalibracja pod softem w wersji 1.05 C.
Ceny modułów DDS na e-bay wynoszą:  40 MHz za 23 zł;  70MHz za 85 zł.
Ceny na allegro odpowiednio: 80 zł i 100 zł.

Ekran powitalny.
Wersja oprogramowania 1.05 B.

Antena DDK-20 (kopia anteny FD-4)- całe pasmo.















Antena DDK-20 zakres średniofalowy.















Antena DDK-20 pasmo 80 metrowe.















Antena DDK-20 pasmo 40 metrowe.
















Antena DDK-20  koniec użytecznego pasma.
















Dipol pionowy 21 MHz.


Analizator zamknięty w obudowie Z-91J.
W gnieździe antenowy osadzone jest sztuczne obciążenie 50 Ohm.



Spodnia część obudowy.

Jasnoszara obudowa KARDEX Z-91 wykonana z polistyrenu.
Wysokość - 36,2 mm
Szerokość - 99,9 mm
Długość - 129,9 mm
Płytka PCB zmodyfikowana przez Marka - SQ7HJB
Cena płytki 20 zł (osiem.net.pl).


Wszystkie elementy zostały wlutowane.

Osadzony moduł generatora DDS AD9850.
Schemat blokowy układu AD9850.

Osadzony moduł ARDUINO NANO.


Tylna ścianka wyświetlacza TFT.
Rozmiar 2,8"
Rozdzielczość 240x320 pixeli.
Cena na allegro 50 zł.
Cena na e-bay 26 zł.


Aby zbliżyć wyświetlacz do wierzchniej części obudowy
użyłem dodatkowych wysokich listew gold-pin (10 mm)
o rastrze 2,54 mm, stosowanych w płytkach Arduino.


























Zdjęcie charakterystyki sztucznego obciążenia - 1,6 MHz.
















W oprogramowaniu na PC'ta  -VNA-  autorstwa Norberta-DG7EAO:
Zakres pomiarowy wyznaczamy: START do STOP w wybranym zakresie od 1 do 30 MHz.
Krok pomiaru STEP ustawiony jest na 101, możemy zwiększyć do wartości 1000.
Wzrost rozdzielczości okupiony jest zwiększeniem czasu pomiaru.
SWEEP wysyła dane do modułu ARDUINO, który zwraca zmierzona wartości SWR do PC'a.
Lewym przyciskiem myszy możemy powiększyć wykres zaznaczając ramkę wokół interesującego nas obszaru.
Prawym przyciskiem myszy możemy grafikę zapisać do "schowka" komputera do późniejszej analizy i porównań.

Zrzut z ekranu programu VNA dla:
sztuczne obciążenie 50 Ohm
pasmo 160 m.
















Zdjęcie charakterystyki sztucznego obciążenia - 3,4MHz.















Zdjęcie charakterystyki sztucznego obciążenia - 7,15 MHz.















Zdjęcie charakterystyki sztucznego obciążenia - 15,8 MHz.















Zdjęcie charakterystyki sztucznego obciążenia - 27,984 MHz.















Zdjęcie charakterystyki sztucznego obciążenia - 29,139 MHz.






























sobota, 8 czerwca 2019

SZTUCZNE OBCIĄŻENIE 50 Ohm

DUMMY LOAD 50 Ohms

Otworzyłem szufladę z podzespołami elektronicznymi i wpadło mi w ręce moje pierwsze sztuczne obciążenie 50 Ohm wykonane na prędce z sześciu dwu watowych rezystorów o oporności 300 Ohm każdy, wlutowanych bezpośrednio w srebrzone gniazdo UC1.  Użyłem popularnych rezystorów MŁT-2 bez naciętej spirali. Rezystory były wyprodukowanych w ZSRR w 1975 roku.
Obciążenie najprawdopodobniej polutowałem przed 1978 rokiem (!)
To pierwsze sztuczne obciążenie wykorzystywałem dla zakresu fal krótkich.

Sztuczne obciążenie jest niezbędne podczas strojenia radiostacji i wzmacniaczy wysokiej częstotliwości, kalibracji reflektometrów i analizatorów antenowych  w pracowni radioamatora.
Podczas uruchamiania i wstępnego strojenia radiostacji stosowanie sztucznego obciążenia zabezpiecza innych użytkowników pasm przed zakłóceniami.

Dobre sztuczne obciążenie powinno spełniać postawione przed nim wymagania.
Właściwą rezystancję, moc, pracę w określonym przedziale częstotliwości.

Ponieważ indukcyjność połączeń i rezystora oraz pojemność elementów powodują, że impedancja sztucznego obciążenia zależy od częstotliwości, do każdego sztucznego obciążenia powinien zostać stworzony wykres zależności SWR od częstotliwości w przewidzianym zakresie pomiarowym, dzięki któremu możliwe jest oszacowanie błędu wykonywanego przez nas pomiaru.

Sztuczne obciążenie 50 Ohm.
6 x 300 Ohm = 50 Ohm
6 x 2 W = 12 W



















Sztuczne obciążenie 50 Ohm 12 W.
Chwilowo moc można przekroczyć trzykrotnie.

















Rezystory użyte do sztucznego obciążenia
miały tolerancję 5%
Ostatecznie oczekiwana rezystancja miała błąd poniżej 2%
Jedno z możliwych połączeń rezystorów.
6 x 75 Ohm = 50 Ohm












Wykorzystane w projekcie połączenie rezystorów.
6 x 300 Ohm  =  50 Ohm
6 x 2 W = 12 W










Inny wariant połączenia rezystorów.
8 x 100 Ohm = 50 Ohm
8 x 2 W = 16 W
Kolejne rozwiązanie:
3 x 150 Ohm = 50 Ohm
3 x 2 W = 6 W












Kolejne sztuczne obciążenie już bezindukcyjne zakupiłem w fabrycznym wykonaniu. Firma STABO sprzedawała je pod oznaczeniem T-30.


Moje pierwsze "fabryczne" sztuczne obciążenie 50 Ohm.
3,5 do 500 MHz
Moc 30 W   PEP.


Złącze:
PL-259
UC-1



























Błąd rezystancji sztucznego obciążenia wynosi 0,2%

























Większe moce nadajnika wymusiły na mnie skonstruowanie
sztucznego obciążenia o większej mocy.



40 x 1 kOhm + 40 x 1 kOhm = 50 Ohm
80 x 2 W = 160 W
Nigdy nie wykonałem metalowej, ekranującej obudowy.
Jak zacząłem zastanawiać się nad wbudowaniem korekcyjnego
kondensatora ceramicznego to uznałem, że obudowa
nie ma prawa być prostopadłościennym pudełkiem (!)







Spodnia płytka, z nóżkami, sztucznego obciążenia 50 Ohm.








Wierzchnia płyka z gniazdem UC1.









Polutowanie 80 rezystorów o tolerancji 5%
dało w wyniku błąd poniżej 1,5%
Oporników specjalnie nie selekcjonowałem.






























Dla dwa razy po 40 sztuk rezystorów po 1 kOhm (podstawowy typoszereg E12) otrzymamy:
40 x 1000 Ohm + 40 x 1000 Ohm = 50 OhmNa schemacie narysowałem jedynie 40 rezystorów.
W typoszeregu oporników E96 występuje rezystor 499 Ohm
20 x 499 Ohm + 20 x 499 Ohm =  49,9 Ohm
















Firma TELPOD produkowała dla wojska bezindukcyjne rezystory TWO-80 o mocy 80 W.
Rezystor 100 Ohm miał wymiary 180 x 45 x 24 mm i ważył 720 gramów.
Sztuczne obciążenie można zbudować z takich dwóch bądź 8 rezystorów uzyskując moc 160 W bądź 640W. Dodatkowo rezystory po zatopieniu w oleju transformatorowym pozwalają na jeszcze większe obciążenie. 
Rezystory TWO-80 w latach '80 ubiegłego wieku były trudno dostępne i bardzo drogie. 
Dziś można je pozyskać z upłynnień w cenie ok 35 zł za sztukę. Tym samym cena zrównała się ze współczesnymi miniaturowymi rezystorami mocy z tlenków berylu BeO. Wylutowany rezystor bezindukcyjny 250 W można już kupić za 25 zł, 150 W za 20 zł.



Sztuczne obciążenie  50 Ohm 60 W  6 GHz ceram BeO - Beryllium oxide.



Rezystor zainstalowałem na dużym radiatorze.
Widać wyciśnięty nadmiar pasty termoprzewodzącej.

































Porównanie trzech materiałów ceramicznych izolatorów
elektryczny o wysokiej przewodności cieplnej:
     AIN - Alumina Ceramics         Al2O3
     BeO - Beryllium Oxide            BeO
     Diamond - diament naturalny  C






Rezystor 50 Ohm dla częstotliwości do 6 GHz
60 W  100*C  (150*C)
600 W  w czasie 10us





















   2% błędu !




















Rezystor 32-1036 - wymiary.















Sprzęgacz.




Sprzęgacz zamontowałem na dużym radiatorze.




























































Rezystor 50 Ohm dla częstotliwości do 4 GHz
Moc 120 W
W piku wytrzymuje obciążenie do 10 kW.






















Tu mamy rezystancję deklarowaną !




















Kolejne używane przeze mnie sztuczne obciążenie tym razem firmy filtronic COMTEK


VSWR dla częstotliwości do 2 GHz nie gorszy niż  1.10:1
                            od 2,0 do 2,2 GHz nie gorszy niż 1,15:1
                            od 2,2 do 4,0 GHz nie gorszy niż 1,35:1

Sztuczne obciążenie
nie zostało jeszcze przykręcone do radiatora.
Radiator już czeka na owiercenie i nagwintowanie otworów.



























RF Power      50 Ohm + 5%
150 W  150*C
1500 W w czasie do 50 mikro sekund
do 4 GHz







































Kolejne sztuczne obciążenie 50 Ohm sygnowane jest tym razem marką ANDREW.

Rezystor wygląda na A3RAF3 firmy KDI-Resistors, lub 50N firmy RF Power,
jednak nie ma naniesionej żadnej cechy poza naklejką N50.
Do zakupu skusiła mnie srebrzona wewnętrznie obudowa rezystora......
Nie odnalazłem szczegółowych danych technicznych.
Sprzedawca twierdził, że moc rezystora wynosi 150 W - być może miał rację (?)
Na wszelki wypadek traktuję to sztuczne obciążenie jako 25 watowe.




















 Wygląda na produkt KDI-Resistors A3RAF3
50 Ohm
najprawdopodobniej moc 150 W
 zakres pracy do 3 GHz




















A jak wygląda sztuczne obciążenie w skrzynce antenowej
MFJ DELUXE VERSA TUNER II                    MFJ-949E


Skrzynka antenowa, którą eksploatuję podczas wyjazdów terenowych.
Najczęściej z jej użyciem stroję antenę LW 33 metry z balun'em 9:1.







Rezystor 50 Ohm zamontowany jest z prawej strony tuż obok balun'a 4:1.














Rezystor MFJ  50 Ohm + 10%.
Średnica ceramicznej rurki 18 mm.
Długość ceramicznej rurki 125 mm.











Mocą 300 W rezystor można obciążyć maksymalnie przez 30 sekund.
Mocą 100 W maksymalnie przez 90 sekund.
Mocą  do 25 W w sposób ciągły.
Wykres zaczerpnięty z instrukcji MFJ.




























ANTENA SZTUCZNA
Antena sztuczna  jest to układ elektryczny używany przy strojeniu i badaniu odbiorników za pomocą generatora sygnałowego oraz przy próbach w urządzeniach nadawczych. Antena sztuczna musi być tak dobrana aby po jej wpięciu pomiędzy generator a odbiornik powstały identyczne warunki odbioru, jakie istniałyby przy odbiorze z anteny rzeczywistej.

Sztuczna antena.
Schemat zaczerpnięty z Podręcznej Encyklopedii Radioamatora
Leonarda Niemcewicza.