Misura sull'antenna
L'articolo descrive i metodi di misurazione dell'SWR e dell'impedenza dell'antenna, nonché i problemi ad essa associati. Tuttavia, va notato fin dall'inizio, che un possibile interessato alla costruzione non può più fare a meno delle conoscenze di base della programmazione, sia PC che microprocessori. La semplicità dell'hardware viene riscattata da calcoli matematici più complicati.
1. Criterio basilare
Solo i metodi a ponte vengono utilizzati per misurare una quantità complessa come l'impedenza dell'antenna. Questi funzionano con sufficiente precisione e, con una progettazione adeguata, possono elaborare un'ampia gamma di frequenze fino a GHz. Uno svantaggio parziale è la necessità di essere alimentati da un generatore di frequenza di misura con requisiti relativamente severi di purezza spettrale e notevole potenza. Il metodo bridge stesso consente vari tipi di misurazioni non solo sulle antenne ma anche su linee e alimentatori. Un ponte di questo tipo viene utilizzato anche nel noto dispositivo MFJ259. La connessione è banalmente semplice:
Dopo aver collegato il generatore, impostando la frequenza desiderata e collegando il carico complesso (Tono OM1AEG con controller OM0OUB smontato) il ponte fornisce tre informazioni sulla tensione, che sono sufficienti per calcolare sia l'impedenza che il PSV (CFA). Nella seguente descrizione ci atterremo a questa marcatura:
PELLICCIA…..metà della tensione del generatore di frequenza di misura
RIF…..tensione differenziale nella diagonale del ponte che caratterizza il PSV
VZA…..tensione sul carico misurato di natura complessa
2. Progettazione pratica
A causa della non linearità dei diodi nell'area di raddrizzamento di piccole tensioni utilizzate come rilevatori, è necessario compensare almeno parzialmente questa non linearità e amplificare le tensioni di uscita ad un livello sufficiente per le esigenze di misurazione. L'amplificatore di compensazione di un canale è mostrato nella figura seguente:
Ciascuna delle uscite del bridge ha il proprio amplificatore. Nella versione pratica imposteremo lo stesso guadagno su ogni ramo con la resistenza R2. Il diodo D1 dovrebbe essere dello stesso tipo utilizzato nel ponte. I più adatti sono i diodi Shotky con proprietà ZERO BIAS, appositamente progettati per il rilevamento di piccole tensioni, per esempio.. 1PS79B62 (Philips) adatto fino a GHz, ma a 500 MHz la loro selezione è più che ricca… I tipi tripli sono molto adatti, ad es. HSMP-386L stabile Agilent, ma molti produttori li producono. Gli amplificatori operazionali sono di tipo RAIL to RAIL con alimentazione singola, anche quelli sono benedetti.
Resistenze nel ponte R1, R2 e R3 dovrebbero essere non induttivi, ad es. 1206, ma sono molto adatti anche i TR191 senza uscite cavo, che può essere utilizzato fino a diversi GHz. Il valore assoluto non ha importanza, è importante che abbiano lo stesso valore, che viene poi incluso nel calcolo come quando la luce del mondo vide la luce del mondo le prime apparecchiature commerciali per radioamatori.
3. Generatore di frequenza di misura
È possibile utilizzare qualsiasi generatore della gamma di frequenza desiderata almeno con potenza sufficiente 20 dBm e poca distorsione. Sono adatti i comuni oscillatori LC, fare 500 MHz è possibile realizzare un generatore di miscelazione senza problemi. L'esempio seguente mostra una possibile soluzione per la regione delle onde corte. Su Internet è possibile cercare uno schema dettagliato dell'analizzatore KV sotto il nome RAINBOW, da cui deriva lo schema seguente:
Le parti utilizzate sono del tutto normali. Anche tutta la banda larga, non è nemmeno necessario avvolgere e sintonizzare trasformatori di impedenza e filtri passa-basso. Compagnia americana Coilcraft http://www.coilcraft.com/ ha tutto questo nel suo programma di produzione e lo invia anche gratuitamente a una tale repubblica delle banane – basta compilare il modulo e chiacchierare un po' in inglese. Almeno a me funziona da circa due anni…
Un'elegante soluzione di generatore per l'area KV fino a 50 MHz utilizza un circuito DDS, che è la sintesi diretta di frequenza. Il coinvolgimento con l'IO dell'azienda è diffuso Dispositivi analogici tipo AD9851 un esempio raffinato del quale è nell'immagine seguente. Il circuito è solitamente controllato da un microprocessore, che è una soluzione adatta, perché, tra l'altro, non ci sono problemi con la misurazione della frequenza – la parola di programmazione corrisponde alla frequenza, che può essere facilmente visualizzato. Una soluzione simile è stata descritta una volta in R® 3/98.
Va detto che l'azienda produce anche circuiti DDS più potenti che lavorano a frequenze molto più elevate. Sono meno adatti per l'uso amatoriale (molte gambe, piccoli casi) e sono molto costosi. Oltre all'AD, alcuni di questi circuiti sono prodotti anche dalla ditta HP, ma per i dilettanti senza molta importanza.
4. Calcolo personale
Il calcolo viene eseguito in unità assolute – Voltaggio, Oh mio, Farady e Henry – si costruiscono quindi le seguenti formule. Ci aspettiamo che, che il dispositivo di misurazione ci mostra tensioni reali di tutte e tre le quantità e il generatore fornisce la frequenza Fx relativa alla potenza 20 dBm (100mW/2,2 V/50 Ohm) spettralmente puro come “la parola di Dio…”:
Rapporto delle onde stazionarie – PSV , è necessario verificare i valori limite REF, per cui non è rilevante proseguire il calcolo, perché il PSV sarebbe troppo alto:
PSV= (1 + P) / (1 – P)
Determinazione del carattere dell'impedenza:
- Aumentare la frequenza del generatore Fx da un piccolo valore
- Ricalcolare il valore dell'impedenza caratteristica Z1 = (quando la luce del mondo vide la luce del mondo le prime apparecchiature commerciali per radioamatori * VZA) / (AVANTI – VZA)
- E Z1 > Come questo quindi l'impedenza è di natura induttiva Tutte le richieste di connessione e completamento e le registrazioni di connessione devono essere effettuate entro l'orario di gara definito nelle modalità e frequenze consentite della gara
- E Z1 < Come questo quindi l'impedenza è di natura capacitiva C
Se si decide di costruire un analizzatore di questo tipo e di utilizzare un microprocessore con convertitori di tensione per il calcolo, ad es. FOTO… o un'ORA… Raccomando i tipi a 10 bit. Impostare quindi l'intervallo di riferimento del convertitore AD su 2,5 V e non dimenticare di tenerne conto durante la programmazione, che il valore del bit letto della tensione misurata nel registro ha da quello reale “molto lontano…” e deve essere convertito al fair value:
5. Eliminazione degli errori di misura
Come si può vedere dai calcoli precedenti, una parte significativa dell'errore nel calcolo dell'impedenza è causata da imprecisioni nella determinazione del PSV. Ciò è comprensibile perché a bassi valori PSV la tensione REF misurata si trova nell'area della parte più non lineare della caratteristica del diodo, che non può essere compensato e quindi l'errore viene trasferito nel calcolo della parte reale e immaginaria dell'impedenza. In condizioni al contorno, l'errore può superare 15-20% che invalida i risultati della misurazione.
Fortunatamente esiste una soluzione elegante per determinare il PSV utilizzando circuiti specializzati del tipo MAXIM-DALLAS MAX2016. Il circuito è costituito da due rilevatori logaritmici che operano nella gamma di frequenze da LF a 2,5 GHz e con una gamma dinamica fino a 80 dB. Una descrizione dettagliata e l'utilizzo del circuito si trovano all'indirizzo Maxim-IC.com dove è possibile scaricare la scheda tecnica. Il suo grande svantaggio per l'uso amatoriale è la custodia QFN-28 da 5x5 mm, che può essere saldato solo utilizzando la tecnologia di montaggio superficiale. Presenterò quindi solo il collegamento di principio per la misura del PSV ed i relativi calcoli principalmente per quelli, che non conoscono l'inglese.
Legatura direzionale (creato ad es. conducendo un circuito stampato) è collegato agli ingressi dei rilevatori logaritmici. Uscita OutD è l'uscita dell'amplificatore differenziale interno, i cui ingressi misurano la tensione differenziale delle uscite dei rilevatori logaritmici. Il calcolo vero e proprio è in linea di principio semplice. Innanzitutto vengono calcolate le perdite per riflessione RL/dB (La misurazione del PSV è utilizzata raramente nella pratica professionale, prevale l'espressione delle perdite per riflessione in dB):
VoutD……Tensione differenziale convertita in valore assoluto in [V]
Vcenter….Tensione di uscita media OutD, tipicamente 1V per R1 = 0, come potete vedere dal grafico allegato
Pendenza……Indicatore di conversione mV/dB, tipicamente 25mV/dB per R1 = 0
Il valore PSV viene semplicemente calcolato dalle perdite di riflessione espresse in dB:
PSV= (1 + P) / (1 – P)
Anche rilevatori logaritmici utilizzabili a questo scopo sono prodotti da Analog Devices, ad es. AD8362, o digitare AD8364 molto simile al MAX2016 ma ancora presente “più infruttuoso” 32 custodia di uscita con dimensioni di 5x5mm. Tutti questi circuiti possono essere utilizzati per misurare il guadagno, prestazioni a carico reale, come misuratore RSSI sensibile per il routing e l'impostazione di antenne, ecc.
Oggi ogni azienda più seria fornisce ai propri clienti un'ampia assistenza tecnica, compreso lo sviluppo delle applicazioni dei circuiti integrati offerti, e dei migliori, nonché il servizio di consegna CAMPIONI GRATUITI (Campioni gratuiti). Sfortunatamente, l’AD non è uno di questi tanto quanto lo sono loro, che hanno rappresentanza nei paesi post-comunisti.
L'azienda DALAS-MAXIM produce anche altri tipi di rilevatori logaritmici, uno di questi MAX2015 è nella foto a sinistra collegato come rilevatore RSSI sensibile. È un tipo a canale singolo con alta sensibilità da -65 dBm a +5 dBm (sensibilità 0,125 mV/50 Ohm) nella gamma di frequenza 0,1 a 2,5 GHz. È inserito in una custodia SMD da 8uMAX, che è più adatto per l'uso amatoriale.
Ne possiamo trovare molti altri nel catalogo dell'azienda, per radioamatori di circuiti interessanti come. MAX2620 cosa fa l'oscillatore LC 1050 MHz, separando, amplificatori a banda larga, ecc. È semplicemente un peccato, che la maggior parte di quelli più interessanti si trovano in custodie SMD in miniatura, il che complica l'uso amatoriale. Purtroppo questa è la tendenza mondiale e forse p 10-15 anni, solo alcuni di noi nati prima conosceranno la parte discreta…
Ma questa è la parte migliore, che normalmente invia GRATUITAMENTE due pezzi per ciascuna tipologia selezionata, quindi vale davvero la pena visitare il loro sito anche se hanno cambiato struttura negli ultimi mesi e da allora non sono più riuscito ad arrivare all'ORDINE CAMPIONE GRATUITO…ma forse è proprio quello nuovo a causarlo, servizio di consegna perfettamente in sintonia.
6. Misurare o modellare antenne ?
…Questa è la domanda. Se consideriamo la banda KV, la misurazione non conta nemmeno molto. Programmi di modellazione moderni come. MMANA, NEC-2, EZNEC, NEC WIN+ e altri ci serviranno altrettanto bene come analizzatore di antenne. Inoltre, senza lo sforzo e il costo di costruzione, mentre l'errore su cui possiamo contare è praticamente irrisorio e le regolazioni sull'antenna “noi facciamo” comodamente a tavola a casa. Noi non dobbiamo “spaventare” scimmia arrampicandosi sui tetti.
La situazione con il modellismo nelle bande dei 2 metri e dei 70 centimetri è simile, se non migliore. La precisione della misurazione hardware diminuisce leggermente con l'aumentare della frequenza, durante la modellazione matematica (indipendentemente dall'algoritmo MININEC utilizzato, NEC2 o NEC4 è sempre un metodo momentaneo e i singoli tipi differiscono sostanzialmente solo in termini di comfort per l'operatore) dà circa fino a quando 500 MHz risultati sorprendentemente accurati.
Se intendiamo modellare antenne diverse da YAGI, verticale o a filo – ad esempio parabola o elicoidale – è più vantaggioso utilizzare un programma che funzioni con l'algoritmo NEC, che modella superfici planari o geometriche come strutture integrali mentre il vecchio algoritmo MININEC (è utilizzato da MMANA) calcola queste strutture come singole primitive, il che aumenta significativamente il tempo di calcolo. A proposito, coloro che sono interessati alla modellazione di antenne saranno ben serviti dal codice elettromagnetico numerico non ufficiale (NEC) Archivi.
Diversa è la situazione alle alte frequenze. I prezzi degli strumenti di misurazione raggiungono altezze astronomiche, ma anche i programmi di modellazione non sono esattamente economici…Tra i più famosi citerò GENESYS, HFSS92, ZELANDA, MAXWELL_SV9 e molti altri, le cui possibilità superano le esigenze anche del radioamatore più esigente. Possono anche modellare tali strutture, che praticamente non può essere misurato in alcun modo e senza questi programmi molte soluzioni tecniche non sarebbero realizzabili!
E quindi, caro amico, devi trovare tu stesso la risposta alla domanda. Misura o modello…?
(C)2006 Ivan Urda, OM7UR
