Самодельный антенный анализатор

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Для настройки антенн

Опубликовано: 17.03.2017 09:49

Просмотров: 8135

Николай Большаков (RA3TOX), г. Нижний Новгород.
    Мечта многих радиолюбителей - антенный анализатор типа MFJ259. Но... жалко отавать 200 американских денежек, которые с успехом можно было бы вложить (разумеется в тайне от жены) в покупку будущего буржуйского трансивера. Самые ретивые радиолюбители берутся за паяльник и отыскав на всеми любимом нами Сайте краснодарских радиолюбителей   схему вышеупомянутого прибора коптят потолки родной квартиры и бегают по радиорынкам в поисках необходимых транзисторов и операционных усилителей. Благо, схема нашей мечты при внимательном рассмотрении оказывается не такой уж и сложной. По правде сказать - также хотел поступить и я впервые увидев схему MFJ259, опубликованную на вышеуказанном сайте. Но... как всегда - руки не доходили до паяльника, а время шло, и как оказалось в - нашу пользу! Вот уж точно подмечено - не поддавайся первому порыву, остынь.

    И вот в забугорной печати появились статьи с приборами нашей мечты, но значительно проще. Это публикация немецкого радиолюбителя DJ1UGA (Hans Nussbaum) в журнале "Funk" N1/2004, а также французского коллеги F6BQU (Luc Pistorius) в журналах "QRP-Report" N 3/2004 и "CQ-PA" N 11/2004.

   Основой обеих схем является микросхема LTC1799 (фирма Linear Technologies), которая представляет собой прецизионный ГУН, генерирующий прямоугольные сигналы высокой частоты и стабильной амплитуды в широком диапазоне частот. Оба автора в один голос утверждают, что хотя сигнал и имеет высшие гармоники (в основном нечетные), они практически не влияют на качество проводимых измерений. Поверим им на слово, хотя кто-то может и вступить с ними в полемику. Лично я удовлетворился утверждениями уважаемых радиолюбителей, тем более, что у них это все работает и достаточно успешно.
    Так вот, схемы этих авторов, при одинаковых генераторах, отличаются только измерительными мостами. Прибор Ханса (DJ1UGA) позволяет измерять КСВ антенн, работает он в диапазоне 1,5...30 МГц и в нем применен резистивный мост. Прибор проградуирован в значениях КСВ и рассчитан только на 50-омные нагрузки.
Люк (F6BQU) в своем приборе применил дифференциальный измерительный мост на торроидальном сердечнике. Диапазон измерений такой же - 1,5...30 МГц. Но его прибор более функционален, так как позволяет измерять как активную, так и реактивную составляющую подопытной антенны. Кроме того, он дополнил свой прибор частотомером собственной конструкции на PIC-контроллере (конечно это на любителя). Так что получился вполне солидный аппарат внешне похожий на MFJ259.
    Начитавшись этих сладких статей и млея от мыслей, что вот она мечта - совсем рядом и скоро сбудется, я бросился на наш родной нижегородкий радиорынок в поисках заветной микросхемы (напомню - это LTC1799). Однако, местные радиоторговцы, привыкшие продавать лишь запчасти к бытовому ширпотребу, удивленно таращили на меня глаза не понимая, что этот полоумный радиолюбитель от них хочет. Все же пару человек, почесывая себе небритые физиономии и лениво отхлебывая пиво из бутылки, пообещали полистать замусоленные каталоги московских фирм и в случае чего заказать эту фигню там.
    Вот так могла бы умереть моя заветная мечта. Но... только не в России. Нашего радиолюбителя голыми руками не возьмешь. Мы выкарабкаемся из любой ситуации.
    Наморщив ум и погрузившись в глубокую медитацию я наконец вспомнил, что когда-то баловался с "чудом" отечественного микросхемостроения - микросхемой 531ГГ1. Этот зверь содержит в своей утробе аж два генератора, требует всего два навесных частотозадающих элемента и работает в диапазоне частот от единиц Герц до 70 МГц(!).
    После этих размышлений меня (как любит говорить наш многоуважаемый сатирик М.Задорнов) стала распирать огромная гордость за отечественных производителей и за всю, мать нашу, радиоэлектронную промышленность. Вот, буржуи, получите! Целых два генератора в одном корпусе. Причем, в нормальном корпусе, который хоть сто ваттным паяльником распаивай, хоть паяльной лампой жги. А их вшивую микруху замонтируешь только под микроскопом и приняв изрядныую долю успокоительного в виде пива, которое сглаживает эмоции и сокращает бурный словесный поток со всеми оттенками могучего русского языка в адрес всех буржуев и всех их микросхем. Хочу заметить, что это не мои домыслы, это те вышеназванные авторы жаловались в своих статьях на трудности в монтаже их малютки и наверное тоже не стеснялись в выражениях по поводу ее создателя. Правда вот, жрет наша зверюга 110...150 мА (буржуйский клоп в несколько раз экономичнее). Но это нас не остановит, ведь все детали почти за даром.
    Итак, коллеги, микросхема куплена, причем заметьте - всего за 10 наших родных рублей! Паяльник заточен! Осталось согнать с рабочего стола кота Василия - большого любителя поспать на развалах радиохлама, положив свою здоровенную морду на подставку для паяльника. Вперед - за работу!
    Схема получилась до смешного простой.
 
Задающий генератор, мост и стабилизатор напряжения. Один из генераторов микросхемы 531ГГ1 включен по типовой схеме, которую я нашел в книге В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы". В качестве моста использован вариант, предложенный Люком (F6BQU). Дифференциальный мост выполненный на ферритовом кольце состоит из трех идентичных обмоток. На первую обмотку трансформатора Т1 подается высокочастотный сигнал с генератора. Две другие обмотки образуют мост в одно плечо которого включена измеряемая антенна и постоянный конденсатор, а во второе - переменный резистор R6 и переменный конденсатор Cv. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце Н600 диаметром 10 мм. Обмотки выполнены одновременно жгутом из трех свитых вместе проводов диаметром 0,3 мм в эмалевой изоляции. Количество витков - 8, равномерно распределены по всему кольцу. Начало обмоток на схеме отмечено точками (будьте внимательны при распайке).  Высокочастотное напряжение на вторичных обмотках моста выпрямляется германиевыми диодами типа Д9 и поступает на микроамперметр. Германиевые диоды позволяют выпрямить более слабые сигналы и улучшить точность показаний микроамперметра при минимальных показаниях. Баланс моста достигается в случае равенства значений активных и реактивных сопротивлений в обоих плечах. Этого мы и стараемся достичь в момент измерений путем регулировки R6 и Cv. Остается лишь прочитать значения этих элементов, чтобы определить активную и реактивную составляющий нашей антенны на измеряемой частоте.
    Обратите внимание, что номинал конденсатора С6 (100 пф) должен быть в два раза меньше, чем Cv (200 пф). Тогда при нулевой реактивной составляющей ручка переменного конденсатора Cv будет находиться в среднем положении, а потенциометр R6 при минимальном показании микроамперметра покажет нам активное сопротивление антенны.
    Если при измерениях окажется, что минимум показаний достигается при значениях Cv < 100 пф, то это говорит о наличии индуктивной составляющей в антенне. Соответсвенно значение Cv > 100 пф указывает на емкостной характер реактивности в нашей антенне. Чем больше отклонение Cv от среднего значение, тем больше реактивная составляющая испытуемой антенны.

Регулировка и калибровка прибора не должны вызвать осложнений. Схема настолько проста, что ошибок, будем надеяться, у вас не будет.
    Начнем с генератора. При указанных на схеме номиналах резисторов R1-R3 и переменном конденсаторе C1, генератор перекрывает весь КВ диапазон от 1,5 до 30 МГц. Подстроечным резистором R3 "вгоняем" генатор по краям диапазона, при этом потенциометр R2 должен быть в среднем положении. Надо отметить, что перекрытие всего диапазона одним конденсатором С1 целесообразно лишь с применением частотомера. Если вы не планируете использовать частотомер, то лучше сделать генератор многодиапазонным. Надо взять переменный конденсатор небольшой емкости и с помощью переключателя добавлять параллельно ему постоянные конденсаторы. Остается проградуировать генератор на каждом диапазоне.
    Лично я использую частотомер на PIC-контроллере от цифровой шкалы, которая пылилась без дела. Очень удобно! И вид прибора приближается к заветному фирменному прибору. Ну, а не сложных схем частотомеров на PIC-контроллерах достаточно и у меня на сайте и в Интернете. Лично мне нравится частотомер, предложенный талантливым радиоконструктором Александром Денисовым (RA3RBE). Схема достаточно простая и хорошо повторяемая. Ее можно взять или на сайте самого автора  , или на моем  
    Итак, продолжаем регулировку. Выставляем частоту приблизительно 15 МГц. К измерительному гнезу Zx подключаем нагрузку 50 ом, которая не должна быть индуктивной. (Для этой цели лучше использовать терминаторы на 50 ом, которые используются в локальных вычислительных сетях, и которые легко приобрести в магазине или у друзей компьютерщиков.) Устанавливаем ручку конденсатора Cv примерно в среднее положение. Увеличиваем сигнал с нашего генратора резистором R5 до максимального показания микроамперметра и затем резистором R6 ищем глубокий провал в показаниях прибора. Эта позиция соответсвует сопротивлению нагрузки и равняется 50 ом. Отмечаем на шкале резистора R6 эту позицию меткой "50". Далее доводим показания прибора до абсолютного минимума с помощью переменного конденсатора Cv и отмечаем позицию Cv равную "0". Это точка означает отсутствие реактивной составляющей в нашей нагрузке. Убеждаемся, что минимальный провал при данных значениях R6 и Cv присутствует во всем диапазоне частот от 1,5 до 30 МГц (стрелка прибора не движется).
    Промежуток между нулевым и максимальным значением емкости конденсатора Cv пометим как "Емкостная составляющая" (XC), а промежуток от нуля до минимума Cv пометим как "Индуктивная составляющая" (XL).
    Откалибровать потенциометр R6 можно двумя способами. Либо продолжать подключать различные нагузки (75, 100, 150 ом и т.д.), либо просто измерить омметром сопротивление R6 в разных положениях и нанести соответствующие метки на шкалу.
    Заметьте, что в данном случае применен потенциометр R6 с номиналом 250 ом. Если вы расчитываете работать с антеннами имеющими более высокое сопротивление, то просто замените его, например на 510 ом.
    Шкалу прибора можно откалибровать в единицах КСВ от 1 до 6, подключая вместо антенны различные резисторы, соответствующие определенным значениям КСВ, например, 25 Ом или 100 Ом для КСВ=2, 150 Ом для КСВ=3, 250 Ом для КСВ=5 и т.д. Перед началом измерений потенциометр R6 устанавливаем в положение "50", а конденсатор Cv - в "0". Нажимаем кнопку "Калибровка" и потенциометром R5 ("Уровень") устанавливаем стрелку прибора на цифру "3" его шкалы, предварительно установив необходимую частоту.
    Ну вот, кажется и все! Теперь у вас свой антенный анализатор. И будем надеяться, что он доставит вам не мало удовольствия при настройке антенн.
Источник статьи:http://rf.atnn.ru/s10/ant-analizator.html
    Источники информации:
1. Hans Nussbaum (DJ1UGA) «Funk» N1/2004, с.38-41
2. Luc Pistorius F6BQU, "QRP-Report" N 3/2004, "CQ-PA" N 11/2004
3. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987 г.