Антенный анализатор Si5351 SWR-mouse

[Relayer]

Лет 15 тому назад были такие устройства - GPS-mouse. Это GPS приемник с bluetooth интерфейсом габаритами примерно как мышка. Потом GPS стали встраивать во все подряд и джипиэс-мышки ушли с рынка. Созданное мной устройство названо по аналогии SWR-mouse. Оно предназначено для измерения параметров антенн и отдает информацию по bluetooth. При этом отображением занимается специализированная программа-клиент, запущенная на компьютере или на планшете/мобильном телефоне под управлением Android.

Такая конфигурация выбрана исходя из того, что измерять параметры настраиваемой антенны необходимо в точке запитки. А настраивать антенну приходится в местах которые от этой самой точки достаточно сильно удалены физически. Поэтому разного рода анализаторы с встроенными дисплеями требуют лишней беготни либо помощника. Некоторые анализаторы могут отдавать информацию на компьютер по bluetooth, но ноутбук - штука достаточно громоздкая для полевых работ. А bluetooth вдобавок имеет ограниченный радиус действия.

Все эти моменты я постарался учесть при разработке SWR-mouse. Изначально проект задумывался как простой панорамный анализатор КСВ для настройки антенн и и "тихой" настройки тюнера. В процессе разработки оказалось что можно за счет незначительного усложнения схемы (добавилось 6 деталей!) измерять также и комплексное сопротивление. Конечно точность измерения не сравнима с векторными анализаторами, но для поиска резонанса и настройки антенны ее хватает.

Схема SWR-mouse

 

 

Измеритель построен по схеме супергетеродина. Напряжение дисбаланса моста, образованного резисторами R1R2R3 и исследуемым устройством, подключаемым к разъему P3(DUT) преобразовывается в промежуточную частоту 455kHz смесителем на SA612. Далее напряжение ПЧ отфильтровывается керамическим фильтром и детектируется логарифмическим детектором AD8307.
Опорный сигнал на частоте измерения и сигнал гетеродина формируется с помощью Si5351. Микроконтроллер Arduino Nano управляет синтезатором частот и преобразовывает данные в цифровой вид.

Такое построение измерителя в виде селективного вольтметра позволяет проводить измерения при достаточно сильных помехах, что достаточно актуально при настройке полноразмерных антенн. Кроме этого оно устраняет проблемы связанные с прямоугольной формой сигнала на выходе Si5351.

Измерение комплексного импеданса производится путем двух замеров КСВ. В одном из них последовательно с нагрузкой включают дополнительное сопротивление R7. Управляет этим процессом коммутатор на реле K1. Путем простых вычислений зная два значения КСВ можно определить активное сопротивление и модуль реактивного сопротивления. Знак реактивности при данном методе не определяется.
Интересно, что дополнительные компоненты, отвечающие за измерение комплексного импеданса можно не устанавливать на плату. При этом устройство может измерять только КСВ.

К разъему Ext подключается модуль bluetooth HC-06 либо радиоудлинитель на HC-12. Радиоудлинитель имеет радиус действия более 500м, что позволяет настраивать антенны без ограничения на их физические размеры.

Диапазон измерений 1-150MHz. Его можно расширить до 450MHz путем измерения на гармониках гетеродина. Отображение КСВ ограничено по уровню 10, т.к. выше растет погрешность измерения и значения становятся не информативными.

Результаты измерения можно просматривать как на компьютере под Windows, так и на планшете или мобильном телефоне под управлением Android. Ниже приведены скриншоты настройки long wire с помощью тюнера на 40м диапазон

 

 

 

Домашняя страница проекта

to be continued ...

 

[Relayer]

Анализатор может быть подключен различными способами. Самый тривиальный и простой - это подключение к компьютеру используя USB-порт, который есть на контроллере Arduino Nano. При таком подключении кроме измерений можно проводить перепрограммирование контроллера. При этом внешнее питание не требуется т.к. берется оно непосредственно с USB-порта.

Для беспроводной работы используются "китайские" модули bluetooth HC-05 или HC-06.

 

 

Модуль должен быть запрограммирован на битрейт 9600 бод. Обычно bluetooth модуль имеет пароль по умолчанию 1234. После включения анализатора на компьютере или планшете необходимо произвести поиск модуля и его связывание.
Схема подключения модуля к анализатору

 

 

У меня анализатор запитан от трех NiMH аккумуляторов через повышающий преобразователь. В качестве DC/DC boost можно использовать любой дешевый "китайский" преобразователь.

В случае если необходим больший радиус действия анализатора то используем "удлинитель" на радиомодемах HC-12

 

 

Этот радиомодем использует SI4463 и работает мощностью до 100мвт в диапазоне частот 433MHz. Он удобен тем, что имеет интерфейс последовательного порта. Скорость обмена по умолчанию - 9600 бод. Подключение радиомодема к анализатору

 

 

На стороне клиента радиомодем подключается к компьютеру/ноутбуку через обычный USB-TTL переходник. Схема подключения

 

 

Более универсальным решением является микро-роутер с интерфейсом bluetooth.

 

 

Общая структура микро-сети выглядит следующем образом

 

[Anatol68]

Андрей, здравствуйте! Вы прямо генератор интереснейших конструкций с Ардуино. Если не секрет, скетч и ПО для Windows/Андроид будет в свободном доступе? Если да, то немедленно "побегу" на Алиэксперсс за комплектующими.

[Relayer]

Андрей, здравствуйте! Вы прямо генератор интереснейших конструкций с Ардуино. Если не секрет, скетч и ПО для Windows/Андроид будет в свободном доступе? Если да, то немедленно "побегу" на Алиэксперсс за комплектующими.

Уже можете бежать На хоум-пейдже проекта выложил печатку, софт и краткую инструкцию по сборке. Все бесплатно. То есть даром

[UT3FT]

Вопрос, с какой амплитудой сигнала с сишки подается на 612'ю ?

По исходникам вроде как максимальный, не многовато ли?

[Relayer]

Амплитуда гетеродина для 612й оптимальна и подобрана экспериментальным образом. Я в курсе что она превышает даташитную. Но и гетеродин у нас не синус а прямоугольник. Предположительно 612я работает при такой накачке в ключевом режиме. В общем в этой схеме при таком режиме максимальный Кпер получается и при этом все норм с линейностью.

[UT3FT]

Не перегружается? Понимаю что фильтр отфильтрует, но всетаки интересно.

[Relayer]

612е перегружаются по входу причем очень легко. А по гетеродину получается ключевой режим

[ZuuM]

вопрос автору - непротив будет,  если я остатки  своих плат реализую, заказал себе в нагрузку,  осталось некоторое количество,  единственное, руки не доходят до сборки.

[Relayer]

Для продажи есть вроде как раздел соответствующий

[ZuuM]

Для продажи есть вроде как раздел соответствующий

я понял, просто не хотелось переступить через пункт 3 с вашего сайта: 

3. Использование в коммерческих продуктах без разрешения автора запрещено

[Relayer]

Под "коммерческим использованием" подразумевается серийное/регулярное производство и продажа готового изделия либо кита для его сборки. Однократные продажи излишков плат или деталей на мой взгляд таковой не являются

[Relayer]

На хоумпейдже проекта обновлена прошивка. Исправлен баг с отличием реальной частоты измерения от отображаемой. Добавлен режим работы на третьей гармонике, что позволяет проводить измерения до 450 MHz

[Relayer]

[UT3FT]

Тут наш модератор Вовка сделал обзорчик на сей девайс. Прикольно вышло  .