HF Antenna Analyzer Pamoja na Arduino na Moduli ya DDS: Hatua 6 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

Halo

Katika hii Inayoweza kufundishwa nitakuonyesha jinsi nilivyojenga analyzer ya antena ya gharama nafuu ambayo inaweza kupima antena na kuonyesha VSWR yake juu ya bendi yoyote au bendi zote za masafa ya HF. Itapata kiwango cha chini cha VSWR na masafa yanayolingana kwa kila bendi lakini pia itaonyesha VSWR ya wakati halisi kwa masafa yaliyochaguliwa na mtumiaji kuwezesha marekebisho ya antena. Ikiwa inafagia bendi moja ya masafa, itaonyesha grafu ya VSWR dhidi ya masafa. Pia ina bandari ya USB nyuma ya kutoa frequency na data ya VSWR, kuruhusu kupanga njama iliyosafishwa zaidi kwenye PC. Bandari ya USB pia inaweza kutumika kufungua firmware ikiwa inahitajika.

Hivi majuzi niliingia kwenye redio ya amateur (kwa sababu nilipenda wazo la mawasiliano ya rika-kwa-rika kwa umbali mkubwa bila miundombinu) na haraka nikafanya uchunguzi ufuatao:

1. Mawasiliano yote ya ulimwengu ambayo yalinivutia hufanyika kwenye bendi za HF (3-30 MHz)

2. HF transceivers ni ghali sana na itavunjika ikiwa hautawaingiza kwenye antena inayolingana vizuri

3. Kwa ujumla unatarajiwa kuchanganua antena yako ya HF kutoka kwa waya zilizopigwa kwenye bustani (isipokuwa unataka kutumia pesa zaidi kuliko ile uliyotumia katika 2).

4. Antena yako inaweza kuwa mechi mbaya lakini hautajua mpaka ujaribu.

Sasa purist labda atasema kwamba mtu anapaswa kujaribu kwanza antena kwa nguvu ya chini sana kwa masafa ya riba na angalia VSWR kwenye mita ya rig ili kutathmini ubora wa mechi. Sina muda wa kujisumbua na aina hiyo ya kitu kwa kila masafa ambayo ningetaka kutumia. Kile nilichotaka sana ni analyzer ya antena. Vifaa hivi vinaweza kupima ubora wa mechi ya antena kwa masafa yoyote juu ya bendi za HF. Kwa bahati mbaya pia ni ghali sana, kwa hivyo niliamua kuzingatia ikiwa ningeweza kutengeneza yangu. Nilijikwaa na kazi bora iliyofanywa na K6BEZ (angalia https://www.hamstack.com/project_antenna_analyzer.html), ambaye alichunguza utumiaji wa Arduino kudhibiti moduli ya bei rahisi ya synthesizer ya dijiti (DDS). Hivi karibuni aliachana na Arduino kwa sababu za gharama, akipendelea kutumia PIC. Kweli, mnamo 2017 unaweza kununua Arduino Nano kwa karibu $ 3.50, kwa hivyo nilifikiri ilikuwa wakati wa kukagua tena kazi yake, kuchukua mahali alipoishia na uone ninachoweza kupata (kumbuka kuwa sio mimi tu ambaye amefanya hivi: kuna mifano mizuri sana inayopatikana kwenye mtandao).

Sasisho (29/7/2018) - kazi hii imejengwa juu sana na bi3qwq, kutoka China, ambaye amefanya maboresho mazuri kwa kiolesura cha mtumiaji, ambacho ameshiriki kwa fadhili. Ametengeneza PCB ya kitaalam sana (na kipengee kikubwa cha upimaji wa upimaji) na alifanya muundo mzuri sana. Juu ya yote ameandaa mpango, ambao najua utawafurahisha wengi wa wale ambao walitoa maoni hapo awali. Tafadhali angalia sehemu ya maoni kwa habari zaidi.

Sasisha - nimekuwa nikiingia m 60 hivi karibuni, ambayo mchoro wa asili haukufunika. Kwa hivyo sasa nimepakia toleo la firmware la 7, ambalo linaongeza bendi za 160 m na 60 m. Hizi sio nyongeza; wamejumuishwa kikamilifu katika utendaji wa analyzer. Nilikuwa na bahati kwamba ningeweza kupata fonti ya u8glib ambayo ilikuwa bado inasomeka lakini iliniruhusu kuonyesha bendi kumi wakati huo huo kwenye skrini hiyo ndogo (ingawa haikuwa monospace, ambayo ilisababisha huzuni). Nimekadiria viwango vya hesabu kwa bendi mpya, kulingana na kuingiliana / kuongezewa kwa maadili yaliyopo ya upimaji. Kisha nikaangalia hizi na vipinga vikali na vinatoa matokeo mazuri.

Sasisha - kama watu kadhaa wameuliza juu ya hesabu, mzunguko wa msingi wa Arduino / DDS / VSWR umebadilishwa sana kutoka kwa kazi ya asili ya K6BEZ. Tafadhali angalia URL hapo juu kwa muundo wake wa asili ambao nilitegemea mradi huu. Nimeongeza kiambatisho, skrini ya OLED na firmware iliyotengenezwa kikamilifu kutengeneza uzoefu wa mtumiaji bila shida.

Sasisho - Mfumo huu hutumia chanzo cha ishara cha chini sana cha DDS kwa kushirikiana na daraja linaloweza kupinga lenye vichunguzi vya diode. Kwa hivyo diode zinafanya kazi katika maeneo yao yasiyo ya mstari na toleo langu la kwanza la mfumo huu lilikuwa na kusoma VSWR. Kama mfano, 16 ohm au 160 ohm impedance mzigo inapaswa kuonyesha VSWR ya karibu 3 katika mfumo wa 50 ohm; mita hii ilionyesha VSWR karibu na 2 katika hali hii. Kwa hivyo nilifanya upimaji wa programu kwa kutumia mizigo inayojulikana ambayo inaonekana kuwa suluhisho bora kwa shida hii. Hii imeelezewa katika hatua ya mwisho ya hii inayoweza kufundishwa na mchoro uliorekebishwa umepakiwa.

Sasisho - kituo cha grafiki kwenye bodi kilichoongezwa kwa kufagia moja kwani ilikuwa muhimu sana kuondoka, haswa wakati wa kuweka urefu wa antena kwa kiwango cha chini cha VSWR: grafu inakupa mwelekeo unaonekana mara moja.

Hatua ya 1: Nunua vitu vyako

Utahitaji vitu vifuatavyo. Wengi wao wanaweza kupatikana kwa bei rahisi kutoka kwa Ebay. Bidhaa moja ghali zaidi ilikuwa sanduku, karibu na paundi 10! Inawezekana kuchukua nafasi ya vitu vingine (nilitumia 47 Rs badala ya 50 Rs, kwa mfano). Diode hizo hazikuwa za kawaida (ilibidi ninunue 5 kutoka Italia) na ningefaa kuchukua nafasi ya vitu vinavyopatikana kwa urahisi ikiwa unajua unachofanya.

• Arduino Nano
• Moduli ya DDS (DDS AD9850 Moduli ya Jenereta ya Ishara HC-SR08 Signal Sine Square Wave 0-40MHz)
• Onyesho la 1.3 "i2c OLED
• MCP6002 op-amp (pini 8)
• Punguzo la diode AA143
• Kauri capacitors: 2 off 100 nF, 3 off 10 nF
• 1 capacitor capacitor ya uF
• Resistors: 3 off 50 R, 2 off 10 K, 2 off 100 K, 2 off 5 K, 2 off 648 R
• Vitalu vya terminal vya screw 2.54 mm: 3 off 2-pin, 2 off 4-pin
• Waya-msingi wa waya moja-msingi
• 702 au waya sawa wa kunasa
• Stripboard
• Ukanda wa kichwa cha mraba (kike) kwa kuziba Arduino na DDS ndani - usinunue vitu vya tundu pande zote kwa makosa!
• Tundu la mlima wa SO-239
• Encoder ya Rotary (mapigo 15, chuki 30) na swichi ya kushinikiza na kitovu
• Moduli ya usimbuaji wa bei rahisi (hiari)
• Sanduku la Mradi
• Badilisha swichi
• Mini-usb ya pembe-kulia kwa USB B bulkhead mount lead (50 cm)
• PP3 na kipande cha video / mmiliki wa betri
• Kujifunga kwa machapisho ya kusimama kwa PCB / kusimama

Utahitaji pia chuma cha soldering na zana za elektroniki. Printa ya 3D na drill ya nguzo ni muhimu kwa kiunga, ingawa ikiwa ungetaka labda unaweza kukusanya kitu kizima kwenye ubao wa mkanda na usijisumbue na sanduku.

Kwa kawaida unafanya kazi hii na kutumia matokeo yanayotokana na hatari yako mwenyewe.

Hatua ya 2: Weka Stripboard

Panga jinsi utakavyopanga vifaa kwenye ubao wa mkanda. Unaweza kuifanya mwenyewe, ukimaanisha muundo wa awali wa K6BEZ (ambao hauna kificho au skrini - angalia Ukurasa wa 7 wa https://www.hamstack.com/hs_projects/antenna_analyzer_docs.pdf), au unaweza kuokoa mzigo wa wakati na nakili mpangilio wangu.

Ninafanya mipangilio hii kwa njia rahisi, kwa kutumia karatasi yenye mraba na penseli. Kila makutano huwakilisha shimo la ukanda. Nyimbo za shaba huenda usawa. Msalaba unawakilisha wimbo uliovunjika (tumia kuchimba visima 6 mm au zana sahihi ikiwa unayo). Mistari ya miduara iliyo na sanduku pande zote inawakilisha vichwa vya kichwa. Sanduku kubwa zilizo na visu zinaashiria vizuizi vya kiunganishi. Kumbuka kuwa kwenye mchoro wangu kuna laini ya ziada ambayo inapita usawa katikati ya ubao. Acha hii nje wakati unaiweka pamoja (imewekwa alama "ondoa mstari huu").

Baadhi ya vifaa vinaweza kuonekana kuwa vimewekwa kwa kushangaza. Hii ni kwa sababu muundo ulibadilika mara tu nilipokuwa na vifaa vya msingi vya kufanya kazi (haswa wakati niligundua kuwa kisimbuzi kilihitaji usumbufu wa vifaa, kwa mfano).

Wakati vifaa vya kuuza kwenye bodi, ninatumia Blu-Tak kuziweka mahali sawa wakati nageuza bodi ili kugeuza miguu.

Nilijaribu kupunguza kiwango cha waya nilichotumia kwa kupanga mpangilio wa Arduino na moduli ya DDS na kutumia tu ubao wa mkanda kuunganisha pini muhimu. Sikuweza kugundua wakati vifaa vinaingiliwa vinahitajika kusoma kificho tu kwenye pini D2 na D3, kwa hivyo ilibidi niondole DDS RESET kutoka unganisho lake la asili la D3 na waya kidogo:

Rudisha DDS - Arduino D7

DDS SDAT - Arduino D4

DDS FQ. UD - Arduino D5

DDS SCLK - Arduino D6

Arduino D2 & D3 hutumiwa kwa pembejeo za usimbuaji A & B. D11 hutumiwa kwa kuingiza swichi ya usimbuaji. D12 haitumiki lakini nilifikiri ningependa kutengeneza kituo cha screw kwa hiyo, kwa upanuzi wa baadaye.

Arduino A4 & A5 hutoa ishara za SDA & SCL (I2C) kwa skrini ya OLED.

Arduino A0 & A1 huchukua pembejeo kutoka kwa daraja la VSWR (kupitia OPAMP).

Hatua ya 3: Sakinisha Moduli, Ambatisha Vipengee na ubadilishe Nambari

Inafaa kujaribu bodi kabla ya kwenda kwenye shida ya kuiweka kwenye ua. Ambatisha vifaa vifuatavyo ukitumia waya rahisi kwenye ubao ukitumia vizuizi vya terminal:

• Onyesho la 1.3 "OLED (SDA na SCL zimeunganishwa na pini ya Arduino A4 na A5 mtawaliwa; ardhi na Vcc nenda kwa Arduino GND na + 5V, ni wazi)
• Encoder ya Rotary (hii inahitaji ardhi, mistari miwili ya ishara na laini ya kubadili - huenda ukahitaji kubonyeza mistari ya kubadili pande zote ikiwa encoder inafanya kazi kwa njia isiyofaa - unganisha hizi kwenye Arduino ardhini, D2, D3 & D11 mtawaliwa). Kumbuka kuwa kwa kazi yangu ya kuiga nilipandisha kisimbuaji cha 15/30 kwenye bodi ya moduli ya KH-XXX, kwani pini kwenye visimbizi wazi ni laini sana. Kwa kazi ya mwisho niliuza waya moja kwa moja kwenye encoder.
• 9V betri
• Tundu la SO-239 - solder pini ya katikati kwa laini ya ishara ya antena na tumia kituo cha pete cha M3 na ungo kwa uwanja wa antenna

Piga mchoro ufuatao kwenye Arduino. Pia hakikisha umejumuisha maktaba nzuri sana ya dereva wa OLED kutoka kwa Oli Kraus, au ujumuishaji utaanguka na kuwaka:

Ikiwa onyesho lako la OLED ni tofauti kidogo unaweza kuhitaji mipangilio tofauti ya usanidi katika u8glib; hii imeandikwa vizuri katika nambari ya mfano ya Oli.

Hatua ya 4: Weka Zote kwenye Sanduku Nzuri (hiari)

Nilifikiria umakini kuacha analyzer kama bodi isiyo wazi, kwani ilikuwa na uwezekano wa kutumiwa mara kwa mara. Wakati wa kutafakari, nilifikiri kwamba ikiwa nilikuwa nikifanya kazi nyingi kwenye antena moja, inaweza kuishia kuharibika. Kwa hivyo kila kitu kiliingia kwenye sanduku. Hakuna maana ya kwenda kwenye maelezo juu ya jinsi hii ilifanyika, kwani sanduku lako litakuwa tofauti, lakini huduma zingine muhimu zinastahili kutajwa:

1. Tumia mabano ya kujifunga ya PCB kwa kuweka ubao. Wanayafanya maisha kuwa rahisi kweli kweli.

2. Tumia risasi fupi ya adapta ya USB kuleta bandari ya USB ya Arduino nyuma ya eneo hilo. Halafu ni rahisi kupata bandari ya serial kupata frequency dhidi ya data ya VSWR na pia kufungua tena Arduino bila kuondoa kifuniko.

3. Nilitengeneza sehemu iliyochapishwa ya 3D kuunga mkono onyesho la OLED, kwani sikuweza kupata chochote kwenye wavuti. Hii ina mapumziko ya kuruhusu mtu kuingiza kipande cha akriliki cha 2 mm kulinda skrini dhaifu. Inaweza kupachikwa kwa kutumia mkanda wenye pande mbili au screws za kugonga binafsi (na tabo upande wowote). Mara tu onyesho likiwa limewekwa, unaweza kutumia waya moto (fikiria paperclip na blowlamp) kuyeyuka pini za PLA nyuma ya bodi ya mzunguko ili kupata kila kitu. Hapa kuna faili ya STL kwa mtu yeyote anayevutiwa:

Hatua ya 5: Upimaji

Hapo awali sikufanya upimaji wowote lakini niligundua kuwa mita ya VSWR ilikuwa ikisoma chini kila wakati. Hii ilimaanisha kuwa ingawa antena ilionekana kuwa sawa, autotuner ya rig yangu haikuweza kufanana nayo. Tatizo hili linatokea kwa sababu moduli ya DDS inatoa ishara ya chini sana (kuhusu 0.5 Vpp kwa 3.5 MHz, ikizunguka kadiri mzunguko unavyoongezeka). Diode za upelelezi kwenye daraja la VSWR kwa hivyo zinafanya kazi katika mkoa wao ambao sio laini.

Kuna marekebisho mawili yanayowezekana kwa hii. Ya kwanza ni kutoshea kipaza sauti cha kipana na pato la DDS. Vifaa vinavyofaa vinaweza kupatikana kwa bei rahisi kutoka China na vitaongeza pato kwa karibu 2 V pp. Nimeamuru moja ya hizi lakini bado sijaijaribu. Hisia yangu ni kwamba hata hii amplitude itakuwa kidogo kidogo na zingine zisizo za usawa zitabaki. Njia ya pili ni kuweka mizigo inayojulikana kwenye pato la mita iliyopo na kurekodi VSWR iliyoonyeshwa kwenye kila bendi ya masafa. Hii hukuruhusu kuunda safu za marekebisho kwa VSWR halisi dhidi ya taarifa, ambayo inaweza kuwekwa kwenye mchoro wa Arduino ili kutumia marekebisho juu ya nzi.

Nilichukua njia ya pili kwani ilikuwa rahisi kufanya. Pata tu vipinga vifuatavyo: 50, 100, 150 na 200 ohms. Kwenye kifaa hiki cha 50 ohm hizi zitalingana na VSWR za 1, 2, 3 na 4 kwa ufafanuzi. Katika mchoro kuna ubadilishaji 'use_calibration'. Weka hii chini na pakia mchoro (ambao utaonyesha onyo kwenye skrini ya Splash). Kisha fanya vipimo katikati ya kila bendi ya masafa kwa kila kontena. Tumia lahajedwali kupanga njano inayotarajiwa dhidi ya VSWR iliyoonyeshwa. Basi unaweza kufanya curve ya logarithmic inayofaa kwa kila bendi ya masafa, ambayo inatoa kipinduaji na kukatiza fomu TrueVSWR = m.ln (MeasuredVSWR) + c. Thamani hizi zinapaswa kupakiwa kwenye safu ya matokeo ya swr_ katika safu mbili za mwisho (angalia taarifa ya maoni iliyotangulia kwenye mchoro). Hapa ni mahali pa kushangaza kuziweka lakini nilikuwa na haraka na kwa kuwa safu hizi zinaelea ilionekana kama chaguo la busara wakati huo. Kisha weka ubadilishaji wa use_calibration kurudi HIGH, onyesha tena Arduino na uende.

Kumbuka kuwa wakati wa kufanya vipimo vya masafa ya doa, usawazishaji unatumika kwa chaguo la kwanza la bendi. Hii haitasasishwa ikiwa utafanya mabadiliko makubwa katika masafa.

Sasa mita inasoma kama inavyotarajiwa kwa mizigo iliyowekwa na inaonekana kuwa na maana wakati wa kupima antena zangu! Ninashuku nisije kujisumbua kujaribu kuwa broadband itazima inapofika…

Hatua ya 6: Kutumia Analyzer

Ambatisha antena kupitia risasi ya PL-259 na uwashe kifaa. Itaonyesha skrini ya Splash kisha itafute moja kwa moja bendi zote kuu za HF. Onyesho linaonyesha masafa chini ya jaribio, usomaji wa sasa wa VSWR, usomaji wa chini wa VSWR na masafa ambayo ilitokea. Ili kupunguza kelele ya kipimo, vipimo vitano vinachukuliwa kwa VSWR katika kila hatua ya masafa; thamani ya wastani ya masomo haya matano kisha hupitishwa kwa kichujio cha wastani cha alama tisa kwa heshima na masafa kabla ya thamani ya mwisho kuonyeshwa.

Ikiwa unataka kukomesha bendi zote zifagie, bonyeza tu kitufe cha kusimba. Zoezi litasimama na muhtasari wa data zote za bendi zilizokusanywa zitaonyeshwa (na nulls kwa bendi hizo bado hazijafutwa). Vyombo vya habari vya pili vitaleta menyu kuu. Chaguo hufanywa kwa kuzungusha kisimbuzi na kisha kukibonyeza kwa hatua inayofaa. Kuna chaguzi tatu kwenye menyu kuu:

Zoa bendi zote zitaanza tena kufagia bendi zote kuu za HF. Inapomaliza, itaonyesha skrini ya muhtasari iliyoelezwa hapo juu. Andika hii au piga picha ikiwa unataka kuitunza.

Zoa bendi moja itakuruhusu kuchagua bendi moja na kisimbuaji kisha uifagie. Upeo wa urefu na masafa huonyeshwa wakati wa kufanya uteuzi. Wakati kufagia kumalizika, kitufe cha pili cha kisimbuzi kitaonyesha VSWR dhidi ya grafu ya masafa ya bendi iliyofagiliwa tu, na dalili ya nambari ya kiwango cha chini cha VSWR na masafa ambayo ilitokea. Hii ni rahisi sana ikiwa unataka kujua ikiwa kufupisha au kuongeza mikono yako ya dipole, kwani inaonyesha mwenendo wa VSWR na masafa; hii imepotea na ripoti rahisi ya nambari.

Mzunguko mmoja unakuruhusu kuchagua masafa moja ya kudumu na kisha usasishe kuendelea kipimo cha VSWR cha moja kwa moja, kwa madhumuni ya utaftaji wa antena kwa wakati halisi. Kwanza chagua bendi inayofaa ya masafa; onyesho litaonyesha frequency ya katikati ya bendi iliyochaguliwa na usomaji wa moja kwa moja wa VSWR. Usawazishaji wa bendi husika unatumika wakati huu. Moja ya nambari za masafa zitapigiwa mstari. Hii inaweza kuhamishwa kushoto na kulia na kificho. Kubonyeza encoder kunasisitiza mstari; kisha kuzungusha kisimbuzi kutapunguza au kuongeza nambari (0-9 bila kufungia au kubeba). Bonyeza kisimbuzi tena ili kurekebisha nambari, kisha nenda kwa inayofuata. Unaweza kupata masafa yoyote kwa wigo mzima wa HF ukitumia kituo hiki - uteuzi wa bendi mwanzoni husaidia tu kukukaribisha mahali pengine unataka kuwa. Kuna onyo ingawa: upimaji wa bendi iliyochaguliwa umepakiwa mwanzoni. Ikiwa unasogea mbali sana na bendi iliyochaguliwa kwa kubadilisha nambari calibration haitakuwa halali sana, kwa hivyo jaribu kukaa ndani ya bendi iliyochaguliwa. Unapomaliza na hali hii, songa kiini kwenda chini kulia mpaka iwe chini ya 'kutoka', kisha bonyeza kisimbuzi ili kurudi kwenye menyu kuu.

Ikiwa utaunganisha PC yako kwenye tundu la USB nyuma ya mchanganishi (yaani kwenye Arduino), unaweza kutumia mfuatiliaji wa mfululizo wa Arduino kukusanya masafa dhidi ya maadili ya VSWR wakati wa operesheni yoyote ya kufagia (kwa sasa imewekwa kwa 9600 lakini unaweza kubadilisha hiyo kwa urahisi kwa kuhariri mchoro wangu). Thamani zinaweza kuwekwa kwenye lahajedwali ili uweze kupanga grafu za kudumu zaidi nk.

Picha ya skrini inaonyesha muhtasari wa VSWR kwa antenna yangu ya wima ya uvuvi 7.6 m na 9: 1 UNUN. Rig yangu inaweza kubeba 3: 1 max SWR na kitengo chake cha ndani cha auto-tuner. Unaweza kuona kuwa nitaweza kuipigia bendi zote isipokuwa 80 m na 17 m. Kwa hivyo sasa ninaweza kupumzika katika maarifa kwamba nina antena ya bendi nyingi zinazopita na sitaenda kuvunja chochote ghali wakati wa kusambaza bendi nyingi.

Bahati nzuri na natumahi utapata hii muhimu.