Update B van 13 /11/ 2009: in versie A van 3 /11 /2009 fout voeding LM324

Transcriptie

1 Een praktische, goedkope,met groot bereik,gemakkelijk te bouwen,relatief nauwkeurige anatenne-analyser die zowel SWR als R, X en Z-componenten kan weergeven. Na langdurig zoeken naar een haalbare oplossing voor een antenne-analyser met bovenvernoemde kwaliteiten, ziehier dan een oplossing die ik hoop over kort in de praktijk te kunnen omzetten. Het is inderdaad zo dat met de moderne technologie van DDS en fazemeting IC s, het schematisch gemakkelijk is een goede antenne-analyser te bouwen. De prijs ervan is echter vrij hoog, het PCB niet gemakkelijk te vervaardigen,de coupler moeilijk te maken en het bereik met nauwkeurigheid blijft toch beperkt door deze laatste. Een voorbeeld hiervan is de MINIVNA met zijn complex schema. Om de prijs te verlagen heb ik eerst met een PLL gewerkt, maar dan bleven er mij toch nog de andere punten die ik niet tot een goed einde heb kunnen brengen. De hoofdproblemen waren de oscillatoren en de directionele coupler. Het alternatief van PA1ARE is een uitstekend zelfbouwprojekt dat voldoet aan eenvoud van bouw, preciesheid en prijs.echter is dit ontwerp voornamelijk geschikt voor open-wire antennes en beperkt zicht tot HF-gebruik tot 30Mhz. 1

2 Een geheel andere opzet is dan weer het geheel te laten werken vanuit een brug van Weathstone met 4 simpele weerstanden. Dit werkt goed maar laat slechts toe de SWR en Z te bepalen. Dus kan je een mooie 50 Ohm impedantie zien met een bijzonder slechte SWR. Dit omdat in deze brug geen reactantie wordt gemeten. Een andere oplossing die naar mijn mening waardig is, bestaat uit een drieparametermeting:ttz. we meten 1 de RF spanning aan de ingang van een circuit met pure weerstand in serie met de antenne.we meten 2 de RF spanning aan de klemmen van de pure weerstand, en we meten 3 de RF spanning aan de antenne. Door wat driehoeksmeting (stelling van Pythagoras=ezelsbruggetje), kunnen we van deze drie metingen en de pure serieweerstand kennende nu de SWR,de R en X van de antenne en dus ook de Z berekenen. Alleen de X is niet bepaald of het capaciteit of inductie betreft. We weten echter dat bij stijgende frekwentie de X zal toenemen indien het over inductie gaat en dat bij stijgende frekwentie de X zal dalen indien het over capacitantie gaat. Dus wat logisch nadenken... 2

3 Grafische voorstelling van de spanningen in onze opzet: Bij een niet zuiver Ohmse antenne hebben we volgende vectoren Het ezelsbruggetje op onze metingen: In een rechthoekige driehoek is het kwadraat van de schuine zijde gelijk aan de som der kwadraten van de rechthoekzijden Dus: Vin² = VX² + (V50+VR)² Of Vin² = VX² + V50² + VR² +( 2xV50xVR) Of 2 x V50 x VR = Vin² - VX² - V50² - VR² en aangezien VX² + VR² = VOUT² (driehoek VOUT,VR,VX) dus VR = (Vin² - V50² - VOUT²) / (2 x V50) en VX² = VOUT² - VR² dus VX = SQRT ( VOUT² - VR²) de stroom in ons circuit is I = U/R dus I = V50/50 zo ook is X = VX / I 3

4 en R = VR / I uit X en R berekenen we Z = SQRT ( X² + R²) er blijft ons nog de SWR af te leiden uit vorige gegevens SWR = (Vin + Vref) / (Vin Vref) Vin kennen we door meting. Kijken we even hoe we Vref bepalen: In de voorstelling A is Vref weer een schuine zijde van een rechthoekige driehoek Dus Vref^2 = (V50-VR)^2 + VX^2 Of Vref = SQRT (V50-VR)^2 + (VX^2) Zo ook in voorstelling B, of V50-VR nu positief of negatief uiitvalt doet er niet toe. In voorstelling C zien we dat V50 VR = 0 betekent dat het R-gedeelte 50 Ohm is. Dus zal Vref = VX zijn In voorstelling D van perfekte aanpassing is V50-VR=0 en VX=0 Dus zal Vref = 0 zijn Dus om de SWR te bepalen: hebben we Vin als meetwaarde berekenen we Vref = SQRT (V50-VR)^2 + (VX^2) berekenen we SWR = (Vin + Vref) / (Vin Vref) 4

5 Uitzonderingen op deze benadering: 1 Bij een zuiver Ohmse antenne hebben we volgende voorstelling dus VR hoeven we niet te berekenen en VX = 0 2 Nooit bij een antenne maar wel bij zuivere condensator of spoel ziet het er zo uit dus VX lezen we zo af Zo dat was het dan. Nog een schakeling bouwen, nauwkeurig meten en in een rekenmachientje steken, dan lezen we zo de resultaten... 5

6 Meetcircuit: 6

7 De meting gebeurt door detectie van de drie bewuste RF-punten en dit door germaniumdiodes D1,D2,D4.De filtering gebeurt door R2,R8,R10 in samenwerking met C2,C3,C7. De weerstanden van 3,3Mohm dienen voor de ontlading van C2,C3,C7 omdat de ingangsimpedantie van de operationele versterkers zeer hoog ligt. De versterkingsfactor van de opamps ligt nabij de 1 en de germanium diode in de terugkoppeling dient ter linearisering voor het niet lineaire gedeelte van de diodes bij detectie. Aan de uitgang zijn drie potmeters die ons toelaten het systeem te ijken. Bij vervanging van de antenne door 50 Ohm zuiver resistief, stellen we RV2 en RV3 zodanig af dat de spanning op hun loper net de helft is van die op RV1.Kan dit niet bereikt worden, dan RV1 even terug draaien. Het zijn dus 10-toers trimmers. Dit is de enige afstelling. Het is belangrijk germaniumdiodes te gebruiken ipv. Silicium daar deze laatste een te grote voorwaartse spanningsval hebben alvorens te geleiden. In wezen is de schakeling voltooid bij deze trimmers. De microcontroller en LCD vervangen alleen 3 multimeter-metingen en een rekenmachientje met papier. Het toegevoerde RF-signaal is afkomstig van een TRX dat ons toelaat eerst te luisteren alvorens te meten, daar we toch een behoorlijk signaal de lucht insturen. Voordelen van deze schakeling: Eenvoudig en zonder kritische komponenten of SMD s Groot frekwentiebereik zoals bereikbaar met onze TRX De golfgenerator is zuiver, zoniet loopt het ook mank met uw uitzendingen... We kunnen luisteren alvorens een signaal uit te sturen Onze TRX = de banden die ons interesseren om onze antenne optimaal te maken. Nadelen; Repetitieve metingen over een bepaald bereik zijn langdurig en handmatig. Een PCB hiervoor: Afmetingen 60 x 120 mm 73 ON5KN Willy 7