Mierniki poziomu sygnału RF z AD8318

Nie trzeba uzasadniać jak ważne dla radiowca jest posiadanie miernika sygnału w. cz. , szczególnie gdy wchodzi się w zakresy częstotliwości powyżej 1 GHz. Są dostępne na rynku niedrogie mierniki (PRZYKŁAD), ale samemu można zrobić lepszy 😉 przy wykorzystaniu niedrogiego modułu z układem AD8318 firmy Analog Device. Schemat jest prosty:

Przy wykorzystaniu płytki drukowanej od mojego sterownika rotora GNI-r5 montaż zajął mi ze 2 godziny. Gorzej z napisaniem programu, szybko okazało się że tego nie da się zrobić tak szybko, jak się wydawało. Na szczęście przypomniałem sobie, że widziałem podobne rozwiązanie, zlokalizowałem że w FUNKAMATEUR 1/2018. Napisałem maila do autora DC5ZM, i już po 2 godzinach dostałem od Reinhardta kod źródłowy na Arduino (wielkie dzięki!). Dostosowanie programu do mojego hardware’u zajęło mi pół godziny i mam nową zabawkę! Tak naprawdę bez takiego urządzenia nie da się uruchamiać sprzętu takiego jak np. do satelity QO-100.

 

 

 

 

Miernik może mierzyć w zakresie 1-8000 MHz dla sygnałów -58…-1 dBm, czyli 280 uV do 200 mV (na 50 omach). Po uzupełnieniu o tłumiki jak na zdjęciu poniżej (10dB/10W, 10dB/2w, 20dB/2W) zakres pomiarowy rozszerza się od góry do prawie 40 dBm, czyli 10W.

 

 

 

 

Dokumentacja oryginalnego miernika DC5ZM jest dostępna w archiwum FUNKAMATEUR (1/2018 str. 38) albo  TUTAJ.

Do pomiaru współczynnika fali stojącej (SWR) i strat odbiciowych dużo wygodniejszy byłby miernik podwójny. Reinhardt DC5ZM opracował również taki, wykorzystując dwa moduły z AD8318. Wykonałem taki miernik (fot. niżej), jego opis można znaleźć w magazynie Świat Radio (1/2020 str. 45).

DC5ZM zrobił swoje mierniki na Arduino Uno z nakładką Shield LCD 1602. Zainteresowanym mogę udostępnić kody źródłowe każdej z trzech wersji.

Chciałbym jeszcze sprawdzić, i ewentualnie skalibrować mierniki przy użyciu profesjonalnego generatora RF.

W oparciu o podwójny miernik mocy zmontowałem system do pomiaru SWR jak na fotografii niżej. Jako źródło sygnału wykorzystałem konstrukcję według F1CJN – generator z modułem z układem ADF4351 oraz Arduino Uno z nakładką Shield LCD 1602. Sprzęgacze kierunkowe są dostępne w dużych ilościach i różnych sprzężeniach na chińskich portalach aukcyjnych. Nabyłem za bardzo małe pieniądze 2 pary: 20 dB i 40 dB.

Pomierzyłem szerokopasmową antenę zakupioną w Chinach. Konstrukcja jej jest zbliżona do anteny log-periodycznej, według publikowanych danych ma chodzić 1,35 GHz-9,5 GHz, 5-6 dB zysk, max 15 W. Poniżej wyniki w w zakresie 2200-2500 MHz.

Taki system obarczony jest dużą niepewnością pomiaru ze względu na występujące w układzie przejściówki, nieznane charakterystyki kabli i sprzęgaczy, a także uproszczenia konstrukcyjne źródła sygnału i miernika mocy. Poprosiłem mojego serdecznego kolegę Mariusza z Wrocławia o pomierzenie takiej samej anteny za pomocą profesjonalnego sprzętu – patrz niżej.

 

 

 

 

Wynik wygląda ładnie, lecz także nie jest w pełni wiarygodny, ponieważ obejmuje tak naprawdę pomiar układu anteny wraz z dwoma przejściówkami. Nie została także wykonana kalibracja za pomocą certyfikowanego sztucznego obciążenia.

Wykonałem szereg pomiarów w swoim systemie w różnych kombinacjach sprzęgaczy 20 i 40 dB, z dodatkowymi tłumikami, z różnymi kablami itp. Wydaje mi się, że najbardziej wiarygodny wynik uzyskałem dla ustawienia jak poniżej dla obu sprzęgaczy 40-decybelowych. Ważne jest, aby sprzęgacz dla fali padającej był umieszczony od strony generatora. Wynik pomiaru w zakresie 2,2-2,5 GHz różni się w szczegółach zarówno od mojego pierwszego pomiaru, jak również od pomiaru Mariusza. Jednak wszystkie pomiary wskazują na minimum SWR w okolicy 2,4 GHz, a ta informacja jest dla mnie najważniejsza. Potwierdza to użyteczność tej anteny do nadawania w kierunku Oscara-100, nawet jeśli traci się 3 dB, ponieważ NIE jest to antena o polaryzacji kołowej.

 

 

 

 

 

Do regulacji układów, a przede wszystkim anten ze względu na minimum SWR miernik analogowy jest wygodniejszy. Jak zasugerował Zygi SP5ELA – jeśli mamy dwa sygnały analogowe proporcjonalne do logarytmu mocy fali padającej i odbitej, to sygnał jaki powstaje po ich odjęciu będzie proporcjonalny do ich stosunku. Zastosowanie wzmacniacza różnicowego dołączonego do wyjść ADS8318 w wyżej opisanym mierniku podwójnym pozwala na  wykorzystanie miernika wychyłowego, którego wskazanie będzie tym WIĘKSZE, im współczynnik odbicia będzie MNIEJSZY. Schemat takiego układu:

Został tu zastosowany wzmacniacz operacyjny „rail-to-rail input/output”. Wartość rezystora R5 należy dobrać do czułości miernika wychyłowego. Testy układu, gdzie zasymulowano za pomocą generatora i tłumików SMA trzy przypadki SWR pokazano niżej.

 

 

 

 

Dla SWR=1 wychylanie było maksymalne (8 działek), dla SWR=1,2 – 2 działki, a dla SWR 1,8 – 1 działka. Regulacja na minimum SWR w takim układzie powinna być wygodna.

Rafał SP9VFD udostępnił mi informację, jak wykonał swoją wersję podwójnego miernika do wykorzystania przy swoich konstrukcjach w pasmach mikrofalowych 23cm, 13cm, 9cm i 6cm. Rafał postanowił wykorzystać moduł Arduino Uno R3 z inną, nowszą nakładką typu Keypad Shield V2.0. Moduł Arduino wraz z nakładką zamknął w obudowie akrylowej, natomiast dwie sztuki modułów AD8318 umieścił w pudełku aluminiowym. Obudowy zostały skręcone razem tworząc przyjazną, kompaktową całość. W obudowie aluminiowej jest jeszcze sporo miejsca, można by tam umieścić mały akumulator do zasilania całości i wykorzystania w terenie.

Okazało się, że nakładka Keypad Shield V2.0 nie jest kompatybilna ze starszą wersją. Rezystory w układzie analogowego kodowania przycisków mają inne wartości. Rafał wyedytował kody DC5ZM i dopasował je do nowej nakładki. Klawisze teraz prawidłowo działają w obu wersjach mierników – z pojedynczym i podwójnym modułem AD8318. Konieczna była zmiana wartości odczytywanych przez przetwornik ADC na pinie A0. Zdjęcia z jego realizacji poniżej:

 

 

 

 

 

Na ostatnim zdjęciu pokazano wynik pomiaru anteny helikalnej 2,4 GHz przy użyciu sprzęgacza firmy Kathrein (824-2500 MHz).

Rafał SP9VFD wykonał również swoją wersję generatora sygnałowego z modułem z układem ADF4351, Arduino Uno z nakładką Keypad Shield V2.0. Podobnie jak w przypadku miernika oprogramowanie do konstrukcji według F1CJN musiało być nieco zmodyfikowane ze względu na inne wartości rezystorów. Mając taki generator, podwójny miernik mocy oraz sprzęgacz Kathrein Rafał może wreszcie robić pomiary w dolnym zakresie mikrofalowym.

 

 

 

 

Zainteresowanym mogę udostępnić kody źródłowe każdej nie tylko z tych wspomnianych wcześniej trzech wersji, ale także dwóch wersji miernika oraz wersji generatora F1CJN poprawionych przez Rafała SP9VFD.

Mirek SP5GNI

 

 

Liczba komentarzy: 1

  • Mirek,
    wskazania „zegara”na maksimum to BARDZO DOBRY pomysł przydatny przy strojeniu np. oświetlacza na QO100.
    Wskazówka bliska zeru =BARDZO MAła czytelność hi
    Kiedy zaprezentujesz przyrząd z dwoma „zegarami”?
    Gorąco namawiam do wyświetlacza OLED. „Wziecie ” gwarantowane . Można na nim zaprezentować dodatkowe „Gadżety” hi
    Pozdrawiam!

    Odpowiedz

Skomentuj

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *