RF network analyzer

[pixar]

это реальная антенна обмерялась или кусок провода на столе ?

[balmer]

Кусок провода дома. Но кстати антенну (пускай и убогую) надо будет измерить. Попробую растянуть на следующих выходных некое подобие антенны и измерить. Будет мне "полевая работа". Самое интересное будет глянуть, что эта штука покажет при попадании на радиостанцию.

PS: Проблемма в том, что в текущем состоянии железка меня устраивает. Лкнюсь. Поэтому буду медленно делать "красивости". Видимо куплю корпус, выведу панельку для питания/управления "навесным" оборудованием - аттеньюаторов, ОУ и т.д. Ну и правильно задизайню переднюю панель, чтобы ручки удобно располагались Постараюсь, чтобы по форм-фактору было похоже на осциллограф.

Без компьютера эта железка будет уметь немного. Определять S11, S21 параметры с кучей ограничений и измерять RLC. Полностью S параметры будет измерять только при подключению к компьютеру.

Сейчас занимаюсь тем, что думаю как сделать генератор на AD9958, разбираюсь как считать кварцевые фильтры, мотаю трансформаторы. Вобщем скорее использую эту железку, чем разрабатываю.

[balmer]

Чтож, обмерил антенну. Антенна это 2 куска провода по 10 м длинной, подключенных через трансформатор.

Получились такие данные:


Да, я знаю, что антенна гавно И трансформатор неправильный.
Плавные горбы на низких частотах - это параметры антенны.
А вот резкие зубцы на частотах выше 50 МГц - это непонятно что.

В связи с чем надо будет попробовать такой опыт - взять сигнал небольшой амплитуды, и подать на RX вход параллельно включив резистор.
Ну и глянуть как это отразится на измеряемых данных.

PS: Переделал чутка согласующую часть антенны. Теперь значительно ближе к 50 Ом. Если не считать резонанса на 5 МГц...


И про зубцы. Поглядел на них внимательно под увеличением. Больше всего это все-таки похоже на резонанс в антенне. И по внешнему виду, и по равномерности расположения. Так что сейчас думаю, что это резонанс, когда ровное количество периодов волн укладывается в проводе.

[pixar]

Импеданс антенны зависит от того , как у тебя эти провода висят или лежат .
Собственный резонанс антенны можно вычислить по кривой фазы: где ноль - там резонанс.
Или по диаграмме Смита - где пересекает горизонтальную ось - там резонанс.
Настроить антену можно оч. просто П-контуром по диграмме Смита - веди метку в центр .

[balmer]

Кстати с измерением антенны я накосячил. Забыл совершенно про интерполяцию для кслибровки. Это было неважно, пока измерял на частотах на которых калибровал. Но когда стали точки попадать посреди частот калиброви, тогда стали появляться такие пики.

Правильный график антенны выглядит так:

[balmer]

Запаял AD834, чтобы прочекать как оно в железе.


Понял, что ей не хватает. Хорошего блока питания, +12V и -5V.

Следующий блок питания нужно сделать на напряжения +12V, +5V и -5V. Хочу сделать его без импульсных элементов. И в тоже время хочу более-менее компактный и не сильно греющийся. Видимо есть смысл использовать два или даже 3 трансформатора. Тогда их можно будет подогнать по используемому току. +5V требует ток 0.7 А. -5V - ток 100 мА. +12V - 60 мА.

Еще думаю про гальваническую развязку USB с компьютером. Уж больно он шумный.

[balmer]

Таки придумал, как вставить AD834 в аналоговую часть.
Как-то так.

G - коэффициент передачи по напряжению.

По RX и TX каналам усиление одинаковое, поэтому можно рассматривать один канал. Цифры в каналах приблизительные, максимально возможные значения.
Сначала у нас есть сигнал DDS=0.5V.
Потом он ослабляется мостом из четырех резисторов, получается 0.25V
Потом таки вставим усилитель низкошумящий AD8139, без усилителя не получается достичь максимального динамического диапазона.
Потом идет AD834. Если использовать +12V для питания, то можно получить вполне приличный коэффициент передачи порядка 1.
Потом идет TS462, чтобы максимальная амплитуда сигнала была порядка 3V.

Вот, как-то так. Введение AD8139 позволит снизить шумы на входе. AD834 имеет шумы 50 uV/sqrt(Hz). AD8139 имеет шумы в 10-20 раз меньше.
По моим прикидкам суммарно получится добавить +20 dB к динамическому диапазону, получится порядка 100 dB.

[balmer]

Сделал таки большинство графиков которые мне требуются от VNA на QT. Frontend девайса выглядит как-то так.

Теперь приделываю всякие расчеты параметров эквивалентных схем. С кварцем все просто и понятно +-100 КГц от резонансной частоты, и он ведет себя как обычный конденсатор. Поэтому параметры кварца можно высчитать точно.

С катушкой же индуктивности все знааачительно сложнее.

Это график инуктивности 10 uH.
Красный график - реальная часть измеренного сопротивления.
Синий график - мнимая часть измеренного сопротивления.
Графики с пунктирами - это расчитанные "на коленке" параметры для схемы замещения.

Дальше все параметры приблизительные, для понимания порядка.
На частоте 10 КГц это действительно индуктивность 10 uH c ESR порядка 0.1 Ом.
По мере роста чатоты индуктивность падает, а ESR растет. На частоте 3 МГц индуктивность уже порядка 7 uH, а ESR = 2 Ом.
Потом естественно идет резонанс с паразитной параллельной емкостью на частоте 29 МГц примерно. Сопротивление потерь растет дальше.
На частотах выше частоты резонанса сопротивление паразитной емкости начинает превалировать над сопротивлением индуктивности.
На частоте 100 МГц эта штуковина ведет себя как емкость 4 pF.

Вот теперь сижу, думаю. Какую схему замещения применить? Получится ли высчтитать графики индуктивности и сопротивления потерь в зависимости от частоты?

[EW1UA]

Вот теперь сижу, думаю. Какую схему замещения применить? Получится ли высчтитать графики индуктивности и сопротивления потерь в зависимости от частоты?

Если можете экспортировать данные в TouchStone, попробуйте их скормить Ham VNA.
Можно скачать исходники и либо прилинковать их к своей программе, либо по мотивам написать свои.
MPL позволяет линковать такие исходники с другими, под другой лицензией.

[balmer]

Спасибо, вечером попробую Ham VNA. Выглядит очень интересно.

[balmer]

Посмотрел на HamVNA. Глянул на исходники.

Узнал оттуда новое слово Vector Fitting. Люди, которые написали этот алгоритм круты. Даже подумать не мог, что такое возможно.
Исходники HamVNA бесполезны чуть более, чем полностью. Самой нужной части исходников нет. Ну и ладно, главное это те два слова, что узнал оттуда.

Впрочем есть и разочарование. Оригинальный Vector Fitting умеет подбирать из RLC элементов замещающую схему, но вот учитывать то, что сопротивление потерь катушки индуктивности меняется с частотой - он не может.

Вот типичное плохое попадание:


Но если взять интервал, где параметры катушки изменяются слабо, можно получить и очень хорошее попадание:


Вобщем штука хорошая, можно будет медитативно пользоваться в сложных случаях.

[balmer]

Рисую тут потихоньку схему входной цепи на AD825 и AD8139, и вдруг неожиданно появился вопрос!

Нужно переключать RX/TX канал на ADC. Раньше, чтобы проникновение от ненужного в текущий момент канала минимизировать - я отключал его от питания. Но это не совсем хорошо, так как при переключении питания приходилось ждать порядка 50 мсек перед измерениями.

В новой схеме хочется исправить этот недостаток. Но для этого нужно как-то переключать RX/TX каналы. Наиболее удобно делать это перед НЧ усилителем. Там амплитуда сигнала не более 200 мВ на частоте 1 КГц. Нужно подавление неработающего канала в районе 100 dB.

Вот сижу, думаю. Как бы получить эти самые 100 dB подавления. Из имеющихся микросхем-переключателей 74HC4066, 74HC4052, 74HC4053, ADG736, CBT3125. Вот думаю как бы их подключить, чтобы получить необходимые 100 dB подавления....

[barby67]

Как бы получить эти самые 100 dB подавления.

Ну, на килоГерце, мне кажется не проблема... Просто несколько ключей последовательно, скажем, ADG- как переключатель, а перед ним дополнительно по ключу СВТ-.

[balmer]

Кстати вот еще одна картинка для размышления.
e30 - это сигнал, который проникает с RX на TX канал всякими окольными путями.



Это входная часть на SA612A. Замерил проникновение каналов, когда калибровка проведена по всем правилам. Все на SMA разъемах с правильными терминаторами. До частоты в 2-3 МГц внутренние шумы и проникновение по НЧ восновном. После уже видно, что высокочастотный сигнал начинает проникать. Надо будет на новой схеме предусмотреть место для экранов.

[balmer]

Набросал схему в черновом варианте. pdf в аттаче.

Коэффициэнты усиления по каскадам такие.

[dadigor]

Следующий блок питания нужно сделать на напряжения +12V, +5V и -5V. Хочу сделать его без импульсных элементов. И в тоже время хочу более-менее компактный и не сильно греющийся. Видимо есть смысл использовать два или даже 3 трансформатора. Тогда их можно будет подогнать по используемому току. +5V требует ток 0.7 А. -5V - ток 100 мА. +12V - 60 мА. Еще думаю про гальваническую развязку USB с компьютером. Уж больно он шумный.

А что даст применение двух или трех трансформаторов? Мощность потребления с учетом применения линейных стабилизаторов LDO составит прикидочно:
7,5 В х 0,7 А - около 5 Вт в канале +5 В
7,5 В х 0,1 А - менее 1 Вт в канале -5 В
15 В х 0,06 А - менее 1 Вт в канале +12 В
Не думаю, что трансформатор 5 Вт + трансформатор 1 Вт + трансформатор 1 Вт или трансформатор 5 Вт + трансформатор 2 Вт будут по размеру меньше, чем один трансформатор 7 Вт, учитывая что у каждого должна быть сетевая обмотка 220 В. Тем более что для нормальной работы нужно еще взять небольшой запас по мощности. Один тороидальный трансформатор порядка 10 Вт достаточно невелик 25х47-20, смотрите например здесь и меньше, чем два по 5 Вт и по размеру и по весу. Все это конечно ориентировочно, но идея наверное понятна.

[balmer]

Блок питания сделал уже. Там два трансформатора - на +-9 Вольт и на 18 Вольт.

Считаете вы неправильно. Надо задаваться сразу кучей вопросов (это ответы для моего случая):

- какое минимальное падение напряжение на 7808 при котором он нормально подавляет 50 Гц фон? Ответ - минимум 2.5 V
- какое напряжение бывает в сети 220 Вольт? Ответ - 180 Вольт (но бывает и 230 Вольт)
- какое напряжение после двуполупериодного выпрямителя на конденсаторе после трансформатора с номинальным выходным напряжением 9 V на холостом ходу? Ответ - 15 Вольт.

Если над всем этим подумать, то получается, что блоки питания довольно неплохо греются. И трансформаторы и линейные стабилизаторы. По ссылке на картинке у меня довольно небольшие радиаторы. Стабилизаторы на них будут греться до 50-70 градусов цельсия. Трансформаторы тоже будут ощутимо греться. Говорю так из практики, потому как сделал уже пяток блоков подобных для разных железок.

Если бы взял один трансформатор на +-18 Вольт - выделялось бы раза в три больше тепла. Трансформатор был бы пропорционально больше по размеру.

PS: Плату кстати развел уже. Надеюсь завтра-после завтра вытравлю.

Травить надо будет одну сторону на двустороннем текстолите. Все цветные проводники - это провода, Много пустого места - для удобства расположения RX/TX SMA. Еще поверх поставлю два экрана, отдельно на RX и TX часть.

[EW1UA]

какое напряжение бывает в сети 220 Вольт? Ответ - 180 Вольт (но бывает и 230 Вольт)

Любопытно, почему такое низкое напряжение. У вас частный дом на воздушной линии?
Уж более двадцати лет в России, Украине, Беларуси и некоторых других странах бывшего СССР стандартным является напряжение 230/400 В ±10%.
ГОСТ 29322-92 Стандартные напряжения,
ГОСТ 29322-2014 Напряжения стандартные.

[dadigor]

Не буду спорить - воля Ваша.
Я лишь показал свой прикидочный подход. Обычно я исхожу из потребностей, определяю суммарную мощность, потом выбираю трансформатор с мощностью раза в полтора превышающей - для таких девайсиков это обычно тороидальный, каких сейчас пруд пруди и в Митино и в магазинах , и под заказ по России (намотают нужные обмотки). Иногда я беру готовый - например ходовой на 9 - 10 Вольт - вполне годится для источника 5 Вольт с учетом всех падений. Если же вторичная обмотка дает лишнее напряжение, ее можно отмотать. Две слаботочные обмотки очень легко доматываются поверх имеющихся, для тока 0,1 А провод нужен не толстый, 0,2-0,3 вполне хватит. Если лень возиться с эмалированным проводом и изоляцией обмоток, можно очень легко домотать проводом МГТФ (если его не жалко, конечно). Для Вашего случая вполне достаточен один трансформатор мощностью порядка 10 Вт и ТРИ правильно сделанные вторичные обмотки. ИМХО ))

[balmer]

У вас частный дом на воздушной линии?

Да, у меня частный дом на воздушной линии. Самый крайний. 180 Вольт бывало иногда зимой по вечерам.

dadigor запомню ваш совет. Тороидальные трансформаторы правда редко у нас в городе встречаются. Но совет хороший. Прикупить трансформатор 220 V : 15 V, а потом намотать обмотку на 8 V поверх.