Τετάρτη, 13 Μαΐου 2015

Κατασκευή του πιο απλού φθηνού και αξιόπιστου Antenna Analyzer


Όπως αναφέρει ο τίτλος  αυτό που θα σας παρουσιάσω είναι το πιο απλό antenna analyzer και είναι απλό γιατί  μπορεί να το  κατασκευάσει ο κάθε ραδιοερασιτέχνης . Φθηνό γιατί αποτελείται από λίγα υλικά και πάμφθηνα και ανακύκλωσης προσωπικά χρησιμοποίησα ρετάλια πλακέτας, ως γεννήτρια συχνοτήτων χρησιμοποιούμε τον πομποδέκτη μας και για την ένδειξη το πολύμετρο μας . Και είναι αξιόπιστο γιατί χρησιμοποιεί στο κύκλωμα του την γέφυρα Wheatstone.

Σχήμα 1

Η αξιοπιστία της  γέφυρας Wheatstone (Σχήμα1) οφείλεται στην άριστη γραμμικότητα που παρουσιάζει σε όλες τις συχνότητες που θα εφαρμοστούν επάνω της για αυτό και τα επώνυμα εργοστασιακά antenna analyzer χρησιμοποιούν την γέφυρα αυτή . Όπως βλέπετε στο σχήμα 1 στους κόμβους Α & Β αν οι τάσεις είναι ίσες τότε λέμε ότι η γέφυρα είναι σε ισορροπία , διαφορά τάσεως των δύο κόμβων Α & Β ίσον με μηδέν και για να συμβεί αυτό πρέπει να ισχύει R1=R3 & R2 = Rx όπου  Rx είναι η σύνθετη αντίσταση της κεραίας.


Το σχηματικό της κατασκευής είναι το σχήμα 2

Πως λειτουργεί παρατηρώντας το σχήμα 2 και το σχήμα 1 έχει αντικατασταθεί η R2 με ένα ποτενσιόμετρο και έχουν προστεθεί 2 πυκνωτές ο C1 σταθερός πυκνωτής και ο C2 μεταβλητός πυκνωτής ο οποίος έχει τουλάχιστον διπλάσια χωρητικότητα από τον C1 .Όταν θα συνδεθεί η κεραία στην γέφυρα  και κάνουμε εκπομπή με τον πομποδέκτη μας περιστρέφουμε το ποτενσιόμετρο και τον μεταβλητό πυκνωτή μέχρι να ισορροπήσει η γέφυρα κατόπιν διαβάζουμε την τιμή των ωμ του ποτενσιόμετρου και αυτή θα είναι η τιμή της σύνθετης αντίστασης της κεραίας μας γιατί για να ισορροπήσει η γέφυρα πρέπει να ισχύει R1=R3 &  R2 = Rx. Επίσης μαθαίνουμε αν η κεραία μας  είναι επαγωγική , χωρητική ή ωμική. Αν  η  χωρητικότητα του C2 είναι μικρότερη από τον C1 τότε η κεραία είναι χωρητική (-j) ,αν η χωρητικότητα του C2 = C1 τότε η κεραία είναι ωμική (j=0) και εάν η χωρητικότητα του C2 είναι μεγαλύτερη από του C1 τότε η κεραία μας είναι επαγωγική (+j).
Κατασκευή
Υλικά
1) 4 αντιστάσεις άνθρακος Carbon film των 100Ω / 0,5W ή  Carbon composition για συχνότητες μεγαλύτερες από των HF. R1=2X100Ω παράλληλα συνδεδεμένες & R3= 2 X 100Ω παράλληλα συνδεδεμένες.
2) 1 γραμμικό ποτενσιόμετρο 220 Ω
3) 1 κεραμικό πυκνωτή 100 pF
4) 1 μεταβλητό πυκνωτή ≥ 200pF αερόφυλλο με τερματικά.
5) 1 πυκνωτή κεραμικό ή πολυεστέρα 10nF
6) 1 δίοδος 1N5711.
7) 2 connector  SO-239 ή BNC

Για τις συχνότητες HF οι αντιστάσεις Carbon film δεν παρουσίασαν επαγωγικά φαινόμενα λόγου ότι στο εσωτερικό τους έχουν ελικοειδές έλασμα όπως βλέπετε στην φωτογραφία


Γεια υψηλότερες συχνότητες VHF  έως   GHz θα χρησιμοποιήσετε Carbon composition αυτές έχουν μόνο συμπιεσμένο άνθρακα ξεχωρίζουν από τις  Carbon film ότι είναι κυλινδρικές δεν έχουν εξογκώματα στις άκρες έχουν σκούρο χρώμα και είναι πολύ πιο ακριβές 1€ έκαστη.

Η τιμή του γραμμικού ποτενσιόμετρου εξαρτάται από μέχρι ποιες  τιμές σύνθετης αντίστασης θέλουμε να μετρήσουμε , εγώ επέλεξα 220 Ω άρα μπορώ να μετρήσω μέχρι 220Ω σύνθετη αντίσταση αν ήθελα να μετρήσω μεγαλύτερες θα επέλεγα μεγαλύτερο ποτενσιόμετρο αλλά θα υπήρχε πρόβλημα στην βαθμονόμηση του οργάνου γιατί σε 330 μοίρες περιστροφής του ποτενσιόμετρου θα έχουμε περισσότερα Ωμ ανά μοίρα.
Τον  μεταβλητό πυκνωτή μπορούμε να τον βρούμε από παλιά μικρά και χαλασμένα ραδιοφωνάκια υπάρχουν βέβαια και στα καταστήματα και η χωρητικότητα πρέπει να είναι ίση η μεγαλύτερη από τα 200pF. Η  δίοδος για την ανόρθωση της τάσης είναι η 1N5711 και μπορεί να δεχτεί συχνότητα μέχρι 1 Ghz.
Για τον μετασχηματιστή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε φερρίτη  43 ή και 61 για υψηλότερες συχνότητες , 8 στροφές bifilar   πρωτεύον και  δευτερεύον.
Όσοι δεν θέλετε να χρησιμοποιήσετε τον μετασχηματιστή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το παρακάτω σχήμα 3

Σχήμα 3

Αλλά θα χρειαστείτε 2 βολτόμετρα   για να δείτε αν ισορροπεί η γέφυρα , τότε και τα δύο βολτόμετρα πρέπει να δείχνουν την ίδια τάση στους κόμβους Α & Β ενώ όσοι θα κατασκευάσετε το σχήμα 2 με τον μετασχηματιστή θα χρειαστείτε  μόνο ένα βολτόμετρο και κατά τη ισορροπία της γέφυρας πρέπει να δείχνει τάση μηδέν .
Ισχύς που μπορεί να δεχτεί το antenna analyzer είναι max 1W . Εάν δεν μπορείτε να κατεβάσετε την ισχύ του πομποδέκτη σας στο 1W είτε από κάποιο τρίμμερ είτε μέσα από το κρυφό μενού πρέπει να παρεμβάλλεται ένα attenuator  το οποίο θα κατεβάσει την ισχύ στο επιθυμητό 1W . Το attenuator   του σχήματος 4 είναι σχεδιασμένο για 5 W που είναι η ελάχιστη ισχύ των περισσοτέρων πομποδεκτών .

Σχήμα 4

Όσο για την κατασκευή του antenna analyzer μπορείτε να βάλετε την δικιά σας πινελιά δεν υπάρχουν pcb και οδηγίες εγώ κοίταξα η κατασκευή μου να έχει το μικρότερο κοστολόγιο και να είναι λειτουργικό .Χρησιμοποίησα δύο βασικά πλακετάκια το ένα έχει την είσοδο και έξοδο και η άλλη πλακέτα την γέφυρα.


 Τώρα όσοι  ενδιαφέρονται για την  αισθητική πλευρά της κατασκευής μπορούν να την τοποθετήσουν σε ένα ωραίο κουτί και να τυπώσουν την βαθμονόμηση με μεταξοτυπία.  
Βαθμονόμηση οργάνου
Για την βαθμονόμηση θα χρειαστούμε ωμικά τεχνητά φορτία (dummy Load) 1 W μπορείτε να τα κατασκευάσετε από αντιστάσεις άνθρακος . Π.χ. τοποθετούμε μέσα σε ένα connector PL-239 δύο αντιστάσεις άνθρακος παράλληλα των 100Ω/0,5W και έτσι έχουμε κατασκευάσει ένα dummy Load 50Ω / 1W . Κατόπιν αφού το τοποθετήσουμε επάνω στο antenna analyzer μας κάνουμε εκπομπή από τον πομποδέκτη και προσπαθούμε με το ποτενσιόμετρο και τον μεταβλητό πυκνωτή να ισορροπήσουμε την γέφυρα . Όταν η γέφυρα έχει ισορροπήσει τότε σημειώνουμε επάνω στην επιφάνεια του κουτιού που συγκρατεί το ποτενσιόμετρο και τον μεταβλητό πυκνωτή τις θέσεις ισορροπίας για το μεν ποτενσιόμετρο γράφουμε και το νούμερο 50. Για τον μεταβλητό πυκνωτή τραβούμε απλά μια γραμμή που δηλώνει ότι σε αυτήν την θέση ισχύει η σχέση C1=C2 γιατί  το φορτίο που μετράμε είναι ωμικό κατόπιν αν γυρίζοντας αριστερόστροφα  τον μεταβλητό πυκνωτή αυξάνει η χωρητικότητα του τότε απλά γράφουμε αριστερά της γραμμής που έχουμε τραβήξει το XL (+) που θα σημαίνει ότι όταν θα ισορροπεί η γέφυρα έχοντας το μεταβλητό στην περιοχή του XL η κεραία μας θα είναι επαγωγικό φορτίο το αντίστροφο ισχύει όταν θα είναι χωρητικό φορτίο XC (-)  το οποίο θα γραφεί δεξιά  από την γραμμή που δηλώνει ωμικό αν βέβαια γυρίζοντας δεξιόστροφα  τον μεταβλητό πυκνωτή ελαττώνεται η χωρητικότητα του .

Προσοχή ο αερόφυλλος μεταβλητός πυκνωτής πρέπει να τερματίζει .Έτσι έχουμε τελειώσει την βαθμονόμηση όσον αφορά τον μεταβλητό πυκνωτή και συνεχίζουμε με το ποτενσιόμετρο , έχουμε βρει ως τώρα τις τρεις θέσεις 0 Ω – 50 – και 220 Ω στον τερματισμό , επειδή σε 330 μοίρες περιστροφής το ποτενσιόμετρο θα πάρει τιμές από 0Ω – 220Ω καλό θα είναι να το βαθμονομήσετε ανά 25Ω και όχι λιγότερο γιατί στο τέλος το αποτέλεσμα θα είναι μια  μουτζούρα άρα θα έχουμε 0-25-50-75-100-125-150-175-200-220 έτσι κατασκευάζοντας τα αντίστοιχα dummy load  των παραπάνω για τα 25Ω-100-125-150-175-200 και αφού κάνουμε ότι κάναμε για τα 50Ω έχουμε τελειώσει με την βαθμονόμηση του οργάνου μας και είμαστε έτοιμοι για μετρήσεις σύνθετης αντίστασης των κεραιών μας. Καταθέτω και μια ευχάριστη εμπειρία μου  όταν κατασκεύασα  για πρώτη φορά αντί να αγοράσω έτοιμο dummy load 50Ω /1W μέσα σε PL-239 .


Είχα κάποιες αμφιβολίες αν το dummy load μου παρουσίαζε κάποια αντίδραση και αφού ισορρόπησα την γέφυρα έκανα πρώτα έναν έλεγχο σε όλες τις συχνότητες από 1,8-30Mhz η ισορροπία της γέφυρας  δεν χάλασε  κατόπιν ξεκόλλησα τους δύο πυκνωτές C1 & C2 και μέτρησα τις χωρητικότητες τις οποίες βρήκα ακριβώς ίσες  δηλαδή ένα καθαρά ωμικό  φορτίο που σημαίνει σύνθετη αντίσταση Ζ=50 Χ=0 δηλαδή ένα φορτίο ακριβώς 50Ω με λόγο στασίμων 1:1. Η παραπάνω εργασία έγινε πριν την βαθμονόμηση του οργάνου.
Μια άλλη μέθοδος που χρησιμοποίησα για την βαθμονόμηση των 25-75-150-175-200 είναι αυτή της παρακάτω φωτογραφίας κολλούσα και ξεκολλούσα της αντιστάσεις μέχρι να τελειώσει η βαθμονόμηση.


Τέλος της βαθμονόμησης του οργάνου


Σύνδεση βολτομέτρου για να δούμε πότε ισορροπεί η γέφυρα το πλην(-) στο σασί και το συν (+) στο καλώδιο που συνδέεται με την κάθοδο της διόδου 1N5711.



Συνοψίζοντας είναι δυνατόν να έχουμε όλοι μας στην κατοχή μας ένα τέτοιο antenna analyzer το οποίο τα χαρακτηριστικά του είναι απλό στην κατασκευή , φθηνό και αξιόπιστο δεν χαλάει και δεν καταναλίσκει ενέργεια. Το όργανο αυτό μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε σε όλες τις εφαρμογές που χρησιμοποιούμε και τα εργοστασιακά Antenna Analyzer. 
Καλή κατασκευή και καλές μετρήσεις 73 de sv1hag







7 σχόλια:

  1. Σε ευχαριστώ για το άρθρο σου Γιάννη,είναι πλήρως κατατοπιστικό..
    Κάτι σε balun θα ετοιμάσεις;

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  2. α) Το balun Κώστα είναι εύκολη περίπτωση δεν χρειάζεται να γράψω άρθρο , ανοίγεις π.χ. το antenna book ή ψάχνεις στο ιντερνέτ υπάρχουν πάρα πολλά σχέδια και ανάλογα τι θέλεις 1:1 - 4:1 – 9 :1 balun σου λένε τι τοροειδή θα βάλεις και πόσες σπείρες θα τυλίξεις και με ποιο τρόπο θα τις τυλίξεις .
    β) Εκτός αν εννοείς επειδή δεν το διευκρινίζεις με την ερώτηση σου είναι πως το μετράς το balun που κατασκεύασες αν είναι σωστό προτού το τοποθετήσεις πάνω στην κεραία γιατί πολλά βιβλία ή site αναφέρονται πως θα το κατασκευάσεις και όχι πως θα το ελέγξεις αν είναι σωστό με το (β) μπορεί να ασχοληθώ με το (α) δεν χρειάζεται.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  3. ευχριστώ Γιάννη,
    ακριβώς με το β το πως μετράς ένα balun,έχω το antenna book σε pdf αλλά θα αγοράσω την τελευταία εκδοση τούς οταν τα capitla control ανοιξουν...

    ΑπάντησηΔιαγραφή
    Απαντήσεις
    1. Δεν χρειάζεται να ξοδεύεις τα λεφτά σου και εγώ σε pdf το έχω.

      Διαγραφή
  4. Γιάννη ωραία κατασκευή και χρήσιμη. Με ενδιαφέρει αυτή η κατασκευή, αλλά που θα βρω φερίτη FT50-61;

    ΑπάντησηΔιαγραφή

Το blog αυτό είναι αυστηρά τεχνικό ραδιοερασιτεχνικό και είναι δεκτά μόνο σχόλια τεχνικής φύσεως των πειραμάτων ή των κατασκευών που αναρτώνται στο blog . Σχόλια άλλου τύπου διαγράφονται.