top
logo


VK5JST egyszerű antenna analizátora - HA5JA módra

 

Miután közzé tettem a VK5JST egyszerű impedancia és SWR mérő hídjával kapcsolatos fordításomat, többen megkerestek a cikkel kapcsolatban. Az iránt érdeklődtek, hogy hogyan lehetne nagyobb frekvencián való használatra is alkalmas (hasonló bonyolultságú) készüléket készíteni. Mivel e téren az utóbbi hónapokban némi fejlődésre tettem szert, ezért az alábbiakban adom közre azt, hogyan készítettem el a saját (fejlettebb változatú) műszeremet.

Valójában nem szándékoztam teljesen új dolgot kitalálni. Az alapkoncepciót életképesnek tartottam. Eszmecserét folytattam HA7PO, Gábor barátommal (köszönet Neki!), akinek már voltak tapasztalatai a témában, mivel készített MFJ-szerű készülékeket amik 60MHz-ig működtek. Feljebb (a készülék kialakításából eredően) sajnos nem tudta tornászni a frekvenciát. Aztán megnéztem az Interneten is néhány eredményes próbálkozást és ezek segítségével kitaláltam egy utat, ami talán több sikerre vezethet.

A VK5JST-féle kapcsolási rajzhoz lényegében nem nyúltam. Szinte csupán az alkalmazott alkatrészeket és a nyomtatott áramköri elrendezést változtattam. Néhány olyan változtatást is eszközöltem, amelyek együttesen eredményre vezettek.

Az első és legfontosabb az volt, hogy a híd ellenállásait 0805-ös méretű SMD változatra cseréltem. Nem hármat használtam áganként (mint az eredeti, külföldi írásban volt), hanem négy darab 200 ohm 0,1 wattosat párhuzamosan, ami kiadta az eredő 50 ohmot. Ennek két nagy előnye van. Az egyik, hogy tovább csökkent a parazita induktivitás, a másik pedig az, hogy egy ág így körülbelül 0,4 wattot bír ki. Mivel három ilyen ellenálláscsoport van, ezért a híd (csillapító nélkül) 50 ohmos (illesztett) terheléssel kb. 1,2 wattot visel el tartósan.

A második változtatás az volt, hogy 1mm vastag, kétoldalas nyák-lemezt használtam (az eredeti, külföldi írásban egyoldalas volt csak), és a betáplálás, illetve a terhelő (mérendő) impedancia felé menő tápvonalak vezetőszakaszai micro stripline technikával készültek. Vastagabb (1,5mm-es) nyáklemeznél, vagy más impedanciájú (pl. 75 ohmos) hídnál a tápvonalak vezető sávjait némileg módosítani kell! A stripline-ra alkalmazandó képlet a következő:

Z0 = 377 x (t/w) x Er-0.5

ahol t a nyáklemez vastagsága, w a vezetősáv szélessége és Er a nyáklemez dielektromos állandója, ami a méréseim szerint (az általában vásárolható kommersz üvegszálas, kétoldalas nyáklemezek esetén) 5,5. egyetlen kritérium az, hogy t és w azonos mértékegységgel kell rendelkezzenek! A képletet át kell rendezni annak megfelelően, hogy melyik változót akarjuk kiszámolni a többi meglévő adatból. 1mm vastag nyáklemezre és 50 ohmos rendszer (Z0) esetére az alábbi egyszerűbb, de a fentivel egyenértékű képlet használható:

Z0 = 160.75 x t/w

illetve

w=160.75 x t/Z0

Például 50 ohmos rendszer és 1mm-es helyett 1,5mm-es nyáklemez esetén a szükséges tápvonal vezetősávok szélességét 3,2mm-ről 4,8mm-re kell növelni az Eagle-ben!

A harmadik változtatás az volt, hogy míg a híd SMD ellenállásait a nyák egyik felére terveztem, addig a többi alkatrész a másik oldalra került (a két trimmer potméter kivételével). Továbbá a híd ellenállásainál a nyákot a túloldalon is lemarattam egy kis ablaknyi helyen.

Ezekkel a trükkökkel lehetett az alkatrészek közti viszonylag kis káros kölcsönhatásokat elérni.

Elhagytam az RF csatlakozók (nálam BNC) bekötő vezetékeit is. A "meleg" érintkezőket egyből a nyákra forrasztottam.

Ennyit az elméletről. Következzen a megvalósítás! A szükséges alkatrészek listája a következő:

 

Megnevezés darab megjegyzés
200 ohm 0,1 watt 12 0805
1N5711 dióda 3 Schottky
470pF kondenzátor 3 kerámia
100nF kondenzátor 3 kerámia
27k ellenállás 1 1/4 watt
15k ellenállás 1 1/4 watt
10k ellenállás 1 1/4 watt
470 ohmos ellenállás 1 1/4 watt
* 100k ellenállás (műszer függő, ld. a szövegben) 1 1/4 watt
10k trimmer potméter 2 fekvő
5k lineáris potméter + rögzítő anya alátéttel
1 fémházas Lomex [06-02-18]
Yaxley, más néven Rotary + anya és alátét
1 Lomex [45-02-87]
Forgatógomb 2 A potihoz és a Yaxley-hez
kétoldalas 1mm vastag üvegszálas nyáklemez 1 53mm x 32mm
egyoldalas nyáklemez (bármilyen) 2 20mm x 20mm
BNC aljzat 2 4 csavaros, teflonos
Deprez műszer 1 100uA, fekvő
Doboz, amibe minden belefér 1 Lomex [47-01-22]
M3 sárgaréz csavar és anya 8
Kis kétállású kapcsoló ha akarunk tenni rá 1 Lomex [45-00-99]

 

Szerintem az egész beszerezhető 12-15U$D-ból. A cikk időtállósága miatt nem forintban írtam...

Az elektronika nyáklemeze vasalós technikával készült 1mm vastag kétoldalas nyáklemezre. A nyákterv a cikk alján tölthető le.

A BNC csatlakozók rögzítését az elektronika nyáklemezére merőlegesen forrasztott két darab 20x20 mm-es nyáklemez darabbal oldottam meg.

Először tehát kifúrtam két darab 20x20-as négyzet alakú (maratatlan, egyoldalas) nyáklemezke közepeit (az átlók metszéspontjában) 8-as fúróval. Beillesztettem a lyukba a  BNC aljzatot és bejelöltem a négy rögzítő lyuk helyét. A nyákokon kifúrtam a (3-as) lyukakat, megsúroltam Ciffel, majd megszárítottam. A gondosan (finom szemcsés dörzspapírral) megsmirglizett sárgaréz anyákkal felcsavaroztam ezekre a nyáklemezekre a BNC-ket úgy, hogy a csavarok a rézfóliás oldalon legyenek. Kb. 100 wattos pisztoly-pákával felforrasztottam a csavarokat úgy, hogy majd a nyáklemez merőlegesen odaférjen a csatlakozókhoz is. Mindez az alábbi képen jól látható.

Az áramkör rögzítése

Ezek után helyesen bepozicionáltam ezeket a lemezeket úgy, hogy ha majd a dobozra kerülnek kívülről a csatlakozók, akkor a meleg erek könnyedén az áramkörre forraszthatók legyenek. A helyesen beállított lemezeket (ügyelve a merőlegességre) összeforrasztottam az elektronika nyáklemezével. Itt érdemes először csak egyetlen ponton odaforrasztani a lemezeket és bepróbálni a dobozba. Ezután megforraszthatók a kétoldalas nyáklemez mindkét oldalán (élein) a lehető leghosszabban.

Az így elkészített nyáklemezről bejelöljük a BNC csatlakozók helyeit a dobozon és kifúrjuk a két 8mm-es lyukat nekik. Ezután a BNC-kről átjelöljük a rögzítő csavarok furatait is és kifurkáljuk azokat is.

Ezek után beforraszthatók az alkatrészek a nyáklemezre.

Az általam vásárolt doboz fekete műanyag. A kezelőszerv alatti feliratok öntapadós fólián vannak (ld. a képet a cikk alján). A nyomtatható rajz a cikk alján tölthető le és például Inkscape-pel nyitható meg. Ez u.n. vektorgrafika, így bármekkora dobozhoz könnyedén módosítható.

Az öntapadós fóliára nyomtatás után (de a hátsó borítóréteget még nem lehúzva), arról (sablonként) könnyen átpontozhatók a Yaxley és potméter helyei a fedőlapra. A potméternek 6-os, a Yaxley-nek 8-as furat kellett, valamint pontosan bejelöltem az elfordulás gátló bütykök helyeit és azokat is 3-as fúróval fúrtam ki.

A Deprez-műszer és a kezelő szervek a nyákra négy pólusú "Berg" tüskesorral (apa) csatlakoznak a könnyű bonthatóság és szerelhetőség miatt (persze "Berg" anyával, mert úgy bontható). Az 1-es számmal jelzett tüske a GND (föld a nyákterven). A következő (2) a bemenő szint mérése, az az utáni (3) az SWR mérés és a legutolsó (4) az impedancia mérés. Egy régi floppy-szalagkábelből kitermelt négy egymás melletti drótszálat használtam fel. A potmétert és a Yaxley-t rövid merev vezetékekkel kössük össze.  A Deprez-műszerre menő két vezetéket összecsavarva vezessük, hogy ne jöhessen létre káros nagyfrekvenciás indukció bennük!

A műszer vezetékezése egyszerű. A "berg" tüskesor számozása alapján:

1 - az 5k-s potméter fém házára forrasztva

2 - a Yaxley 2. érintkezőjére forrasztva

3 - a Yaxley 3. érintkezőjére forrasztva

4 - a Yaxley 4. érintkezőjére forrasztva

Továbbá a Yaxley 2. és 7. érintkezői közé kell forrasztani azt az ellenállást, ami a műszerünkhöz illeszkedik (ld. később).Az általam használt Yaxley lábai be vannak számozva. Ezért írtam számozással a bekötést...

Az egyéb bekötések az általam fordított cikk 8. oldalán, valamint az alábbi fotón is láthatók.

A bekötés

A potméter bekötésénél ügyeljünk, hogy a jelszint növeléséhez a forgatógombot az óramutató járásával megegyező irányba kelljen tekerni. Ha ez nem így van, az azt jelenti, hogy a potmétert fordítva kötöttük be.

A Deprez műszerrel kapcsolatban két módosítást hajtottam végre. Az egyik az volt, hogy antiparallel 2 darab 1n4148 diódát forrasztottam a kapcsaira és még velük párhuzamosan egy 10nF-os kerámia kondenzátort. A szükségességüket szomorú tapasztalat igazolta. Véletlenül az FT-747GX rádiómat 30 wattos kimenő teljesítményre állítva csatlakoztattam a műszerre. Semmi nem történt látszólag. A műszer nem mutatott semmit. Soha többé... Kiégett a Deprez-műszer, egy Schottky dióda és majdnem az összes smd ellenállás. Ezért kell a könnyen bontható összeszerelés. Mivel az egész készülék legkényesebb és egyik legdrágább alkatrésze a Deprez műszer, ezért azt óvni kell minden lehetséges módon!

A diódák 1,2Vpp-re korlátozzák a műszer felé menő feszültséget, a kondenzátor pedig meggátolja, hogy nagyfrekvenciás váltakozó feszültség jusson be a tekercsre ami könnyedén kiégethetné azt...

A műszert egyébként a börzén vettem. Az alábbi képen látható. Bizonyára sok börzejáró ráismer...

Az eredeti Deprez műszerFeltétlenül olyan fekvő műszert érdemes beszerezni, ami szétszedhető (csavarral), és a skála módosítható (ld. később). Az enyém hajdani NDK-s térerőmérő 100uA-es műszere volt. A Deprez műszer kapcsain tehát rajta vannak a diódák és a kondenzátor. Ezekkel párhuzamosan csatlakoztattam még egy kis kétállású kapcsolót is (szintén összecsavart vezetékpárral), hogy a műszer kapcsait szállítás esetén rövidre zárhassam. Ugyanis rázkódás esetén könnyen csapágyassá válhat a műszer, ha engedjük a mutatót a tehetetlensége folytán össze-vissza kalimpálni. A rövidzár mágneses féket hoz létre és megakadályozza a kalimpálást.

A Deprez-műszer skálája és a készülék előlapja öntapadós fóliára lett nyomtatva. A képet GIMP formában is letölthetővé tettem a cikk alján. Azért így, mert ha valaki kiszereli az általa választott műszer lapját és beszkenneli, akkor egy új rétegként beteheti azt a VK5JST skálája mögé. Némi átlátszóságot állítva be (a rétegek paneljén a fenti csúszkával) ez utóbbin a VK5JST skála könnyedén hozzáigazítható (nyújtható) a saját skálához. Ezután az átlátszóságot eltüntetve nyomtatható is a szép új skála az öntapadós fóliára. A nyomtatás előtt a fóliát feltétlenül tisztítsuk meg alkohollal, különben a festék (toner) könnyen lepereghet, illetve esetleg rá sem tapad a fóliára!

A műszerskálámon a 2:1 SWR értéket pirossal számjeggyel jelölöm a jobb láthatóság érdekében. A műszernek megfelelő nyílást vágtam lombfűrésszel a doboz fedelén.

Sorjátlanítás és alkohollal letisztítás után ráragasztható az előlap a doboz fedelére. Ablaknál átvilágítva a lyukakat könnyen pozicionálható a fólia. Ezután a lyukaknál sniccerrel gondosan kivágtam és felcsavaroztam a forgató tengelyeket (Yaxley és a potméter).

A vásárolt műszertől függően előfordulhat hogy a szintellenőrző állásban a műszer mutatója koppanásig kitér akármit csinálunk. Ekkor módosítani kell az (eredeti cikkben R7 pozicióban lévő) 56k-s ellenállást a helyére ideiglenesen beforrasztva egy 470k-s potmétert. A potméterrel a műszert beállítjuk 1 watt meghajtás mellett az OK (nálam zöld színű) tartomány közepére. Kiforrasztjuk és lemérjük a potméteren beállított értéket  (nekem 100k adódott) és egy olyan értékű negyed wattos fix ellenállást forrasztunk be a Yaxley 2. és 7. érintkezői közé.

A tesztjeim során azt vettem észre, hogy a kézkapacitás hatása igen jelentős. Beállíthatatlan miatta a műszer már VHF-en is. Ezt orvosolnom kellett egy horganyzott lemezkével, amit lemezollóval, konzervdobozból vágtam ki. Ezt a lemezkét az alábbi képen látható módon formára hajlítva hozzá forrasztottam a két BNC-tartó, valamint az elektronika nyáklemezéhez.

Az elkészült készülék belűlről

 

A képen egyébként már látható a végleges vezetékezés, a műszer kondenzátora és a kapcsoló is.

Ha mindent rendjén összeszereltünk, jöhet a teszt, és a beállítás. Dugjunk két 680 ohm 0,25W-os ellenállást párhuzamosan az antennabemenetre (a lábak rugalmassága ott tartja őket), majd adjunk az RF bemenetre VHF-en 1 wattot! A Yaxley bemenő szint állásánál az INPUT OK sáv közepén kell lenni a mutatónak. Kapcsoljunk ezután át az "Előre menő" állásra, és állítsuk be az előlapi potmétert a műszer végkitérésére, majd kapcsoljunk SWR állásba! Ekkor az elektronika paneljén az RF bemenethez közelebbi trimmer potmétert állítsuk úgy, hogy a műszer mutatója 6,8-at mutasson a felső, SWR skálán! Ha ez rendben van, kapcsoljunk át impedancia mérés állásba (Z vagy R) és a közelebbi trimmert állítsuk be úgy, hogy a műszer az alsó skálán 340 körüli értéket mutasson mutasson!

Készen is vagyunk a beállítással. Végezzünk próbamérést UHF-en is (50 ohmos BNC lezáróval, ha van), majd VHF-en, más értékű pici méretű ellenállással is. Tapasztaljuk ki a műszerünk korlátait!

Én azt tapasztaltam, hogy a végletek környékén (0 ohm és szakadás) már nem pontos a műszer. De 10-től 500 ohmig megfelelő pontosságú UHF-en is. A műszerem gyakorlatban is jól teljesített. A műszer (a rendelkezésemre álló frekvenciatartományban) 1,5MHz-től 470MHz-ig megfelelően működött.

A gyakorlati használat során a mérések előtt érdemes belehallgatni a sávba a vizsgált frekvencián, hogy senkit ne zavarjunk meg a forgalmazásban méréseinkkel!

És végül egy fontos figyelmeztetés! Sose felejtsük el, hogy ez a műszer hogyan és mit mér! Ez a műszer kizárólag tisztán valós impedanciát képes a tőle elvárható pontossággal mérni. Ha a mért impedancia jelentős képzetes elemeket (induktív, vagy kapacitív) tartalmaz, azt onnan vehetjük észre, hogy az SWR és a mért impedancia értékek nem lesznek összhangban.
Mint tudható, az SWR érték nem más, mint az 50 ohm és a terhelés (antenna) valós impedanciájának aránya úgy, hogy a nagyobb a számlálóban legyen. Például 100 ohm terhelés esetén az SWR=100/50=2. Ugyanígy például 25 ohmos terhelésnél az SWR=50/25=2. Ez utóbbinál az 50 volt a nagyobb, ezért került a számlálóba. Nos, ha például a műszerünk 47 ohm terhelés esetén 5-ös SWR értéket mutat (a 2 helyett) és az impedanciára pedig 110-et, akkor biztosak lehetünk benne, hogy az adott körülmények közt a műszer nem használható, mert jelentős képzetes tagok vannak még jelen. Az ilyen terhelések is könnyen kimérhetők, de csak egy másik fajta híddal. Ott az ellenállás híd mellett még kapacitások is vannak és egy forgókondenzátorral kell minimumra hangolni a hidat... Ez nem tévesztendő össze az MFJ szerű analizátorokkal! Ez utóbbiban a belső nagyfrekvenciás generátort hangolja a forgó...

A fentiek értelmében a műszerünk akkor használható, ha a mérendő impedancia közel valós. Nem pontosan, hanem közel... Ez esetben például meghatározható egy J-Pole antennánál a betáplálási pont pontos helye, ha amúgy az antenna rezonanciában van a vizsgált frekvencián (mert akkor tisztán ohmos). Én is ilyen feladatra használtam a műszeremet próbaként, miután megépítettem.

Tehát tömören: ezt a fajta műszert csak az antenna rezonancia frekvenciájának közelében használjuk!

A végeredmény kinézete

Sok sikert az építéshez!

Attachments:
Download this file (Előlap_HA5JA.svg)Előlap_HA5JA.svg[A készülékem előlapja (pl. Inkscape-pel nyitható meg) ]16 Kb
Download this file (Impedance-SWR_meter.zip)Impedance-SWR_meter.zip[A műszer nyákterve Eagle 5.12-ben]70 Kb
Download this file (Műszerlap_HA5JA.xcf)Műszerlap_HA5JA.xcf[Az általam módosított műszerlap]770 Kb
Módosítás dátuma: 2013. május 15. szerda, 11:02
 

bottom
top

Olvasóink

Oldalainkat 51 vendég böngészi

A legújabbak

A legnépszerűbbek


bottom