HomeMade

Witajcie!

Po dłuższej przerwie (oczywiście tylko na forum, bo w pracowni prace trwają nieprzerwanie zapodaję nowy temat

Analizator YAVNA (po polsku "jawna" - rodzaj żeński, więc przyjemnie się wymawia , czyli "Yet Another VNA" ("jeszcze jeden VNA")

Założenia projektowe:

- oparty o tradycyjne rozwiązanie na sprzęgaczu (zanim przejdę do niewątpliwie ciekawego pomysłu analizatora opartego na mieszaczach, jak wspomniał Kolega tutaj: http://sp-hm.pl/thread-12-post-32143.html#pid32143

- komunikacja przez BT - żadnych interfejsów w rodzaju klawiatura, wyświetlacz itp. - surowe dane z pomiarów przesyłane są do komputera i tam odbywa się cała analiza

- stworzony, by zmierzyć się z problemem programowego określania znaku reaktancji

- uniwersalny, czyli 2-portowy z sondami AD8302 (faza i niedopasowanie), AD8361 (liniowa) oraz AD8307 (logarytmiczna)

- stworzony, by eksperymentować z kierunkowością własnoręcznie wykonanych sprzęgaczy (nie tylko rdzeń 2-otworowy!)

- możliwość dynamicznego sterowania mocą sygnału na wyjściu, co pozwoli na pomiar niedopasowania wejścia wzmacniaczy i ich poziomu 1dB kompresji, o czym wspomniał Kolega tutaj:
http://sp-hm.pl/thread-12-post-32178.html#pid32178

Tyle wstępu
Jeśli ktoś ma ciekawe pomysły do wypróbowania na tym sprzęcie - zachęcam do opisów!

Prototyp urządzenia już powstał. Wykorzystałem "głowicę VNA" (PCB w SMD) zaprojektowaną przez Kolegę Krzysztofa SP9RQA, która ma na pokładzie sprzęgacz (możliwość podpięcia fabrycznego i własnego), AD8302, AD8361 oraz AD8307.
Część cyfrową zrobiłem póki co w stylu "manhattan" - działa

Na pierwszy ogień poszedł sprzęgacz fabryczny - TCD-18-4+, czyli ten używany w analizatorach MAX6.
Niestety jego słaba kierunkowość (22dB) nie pozwala na zbyt dużą precyzję pomiarów w okolicach dopasowania.
22dB oznaczają, że od 59 omów miernik widzi już pełne dopasowanie...
To daje 17% dokładności - trochę słabo jak na miernik - wystarczająco na "wskaźnik"
Dopiero 40dB kierunkowości sprzęgacza pozwala na 2% dokładność - zobaczymy jak wypadną te ręcznie robione...

Mam też pomysł na sprytne określanie znaku reaktancji - bardziej po fazie (która jest odczytywana liniowo ze sprzęgacza), niż po impedancji (której zależność jest wykładnicza do danych ze sprzęgacza).
Zobaczymy jak to wyjdzie w praktyce... będę informował.

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

A "głowica" wygląda tak:

https://goo.gl/photos/UtWsRh7qb2JqXA3TA

Pozdrawiam

Oto jak wygląda wykres fazy (lewa oś Y, w stopniach, kolor ciemny) i impedancji (prawa oś Y, w omach, kolor jasny) w miejscu rezonansu przykładowego obwodu LC.

[attachment=12258]

Jak widać, wykres fazy jest "spokojniejszy" od impedancji, więc powinien być bardziej dokładny przy określaniu znaku reaktancji.

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

Witam!
Moje podejrzenia się jednak sprawdziły i doświadczenia z poprzedniego wątku znajdują kontynuacje w innym wcieleniu ;-)
Ale nawiązując do pokazanego rysunku, mam nadzieję, że masz rację choć mam wątpliwość dotyczącą wniosków jakie z niego wyciągnąłeś. Na obu wykresach, faktycznie, skala zmian jest istotnie różna ale prawdopodobnie do oceny i tak będziesz musiał używać nie wartości bezwzględnych a raczej wartości względnych, które w obu przypadkach (moduł i faza) są zbliżone do siebie (ok. 15-25% mierzonej wartości) co skłania do przypuszczenia, że nie ma istotnego znaczenia którą z nich się wybierze :-(
Pewnie masz już jakieś wyniki na wykresie Smitha, które potwierdzają lub nie Twoje przypuszczenia o skuteczności wnioskowania ze zmiany fazy. Czy możesz już coś takiego pokazać?
Czy możesz pokazać również jak zmieniają się dla tego obwodu rezonansowego moduł i faza w bliskim otoczeniu rezonansu (np. w zakresie 1MHz lub nawet 100kHz)?
L.J.

---

Witam!
Pomierzyłem dziś sprzęgacz jakiego używam w NA02. Sprzęgacz jest zrobiony tak tak jak to opisał jeden z kolegów.



Teoretyczne własności sprzęgacza opisuje tabela:


Tabela pochodzi z szerszego opracowania gdzie można poczytać nieco więcej na temat teorii sprzęgaczy.

Sprzęgacz ma uzwojenia wtórne po ok. 6 zwojów (jest to w zasadzie prawie 6.5 zwoja) ale wyniki w torze sygnału padającego i odbitego dość dobrze zgadzają się z założeniami:



W gałęzi mierzącej falę padającą tłumienie to ok. 16dB



W gałęzi mierzącej falę odbitą, tłumienie, poza początkowym zakresem (do ok. 4MHz), wynosi ok. 46db.

Tłumienie przepustowe jest dość małe, na tyle małe, że nie jestem w stanie pomierzyć go z rozdzielczością jaką mają NA01/02. Jest znacznie mniejsze niż 1dB co zgodnie jest z resztą z założeniami teoretycznymi.
Tłumienia mierzone były oczywiście w warunkach dopasowania. Dla informacji, tłumienie w torze fali odbitej maleje do ok. 16dB w wypadku zwarcia lub rozwarcia wyjścia sprzęgacza.
Wydaje się więc, że tzw. kierunkowość mojego sprzęgacza to dla większości zakresu co najmniej 30dB ze spadkiem dla najmniejszej częstotliwości (1MHz) do ok. 20dB.
L.J.

(13-02-2017 11:06)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Moje podejrzenia się jednak sprawdziły i doświadczenia z poprzedniego wątku znajdują kontynuacje w innym wcieleniu ;-)

No jak się człowiek czymś pasjonuje, to nie da się od tego uciec...

(13-02-2017 11:06)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Ale nawiązując do pokazanego rysunku, mam nadzieję, że masz rację choć mam wątpliwość dotyczącą wniosków jakie z niego wyciągnąłeś.
[...]

Chyba jednak nie jest tak źle.
Chodziło mi o to, że w okolicach bliskich rezonansu wahania ("szum") modułu impedancji są bardzo gwałtowne i w granicach 200 omów (gdzie sam moduł miał w maksymalnym punkcie jakieś 860 omów - więc nieco ponad 1/4 całego zakresu). Tymczasem wahania ("szum") fazy to zaledwie 2 stopnie (gdzie faza w pełnym zakresie zmienia się o prawie pełne 180 stopni).
Widać to dobrze na pełnym wykresie, który pokazuje, dla jakiej wartości (modułu czy fazy) łatwiej jest określić "przełamanie się" znaku impedancji:

[attachment=12272]

Oczywiście sytuacja jest nieco gorsza, jeśli zaczynamy zawężać przedział częstotliwości i faza nie zmienia się już tak znacząco - nad tym tematem jeszcze pracuję

(13-02-2017 11:06)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Pewnie masz już jakieś wyniki na wykresie Smitha, które potwierdzają lub nie Twoje przypuszczenia o skuteczności wnioskowania ze zmiany fazy. Czy możesz już coś takiego pokazać?

Oczywiście - proszę bardzo. Tak wygląda wykres, gdy zastosowany jest już mój algorytm wykrywania zmiany znaku reaktancji na podstawie fazy:

[attachment=12273]

(13-02-2017 11:06)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Czy możesz pokazać również jak zmieniają się dla tego obwodu rezonansowego moduł i faza w bliskim otoczeniu rezonansu (np. w zakresie 1MHz lub nawet 100kHz)?

Oczywiście - proszę bardzo.

[attachment=12274]

Na tym wykresie widać, że dla zakresu 100kHz to już zarówno moduł jak i faza mają ledwo wykrywalną "ogólną tendencję" zmiany...
Jednak wydaje mi się, że gołym okiem widać, że jednak faza jest tutaj bardziej jednoznaczna...
Wyzwaniem jest teraz właśnie to, jak zmusić komputer, aby tę tendencję zauważył i pokazał - nad tym jeszcze pracuję

(13-02-2017 11:06)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Pomierzyłem dziś sprzęgacz jakiego używam w NA02.
[...]
Wydaje się więc, że tzw. kierunkowość mojego sprzęgacza to dla większości zakresu co najmniej 30dB ze spadkiem dla najmniejszej częstotliwości (1MHz) do ok. 20dB.

I to jest chyba bardzo często spotykana kierunkowość sprzęgacza własnoręcznie wykonanego na rdzeniu 2-otworowym - zresztą Kolega Krzysztof zgłaszał mi bardzo podobną (29dB).
Wyzwaniem jest teraz stworzenie sprzęgacza, o kierunkowości >= 40dB, co da dopiero 2% dokładność pomiarów.
Tu właśnie mam nadzieję na dobrą zabawę i eksperymenty

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

Witam!
No, to w zasadzie masz to o co chodziło. Teraz wystarczy chyba tylko popracować nad gładkością wykresu. Co sądzisz o uśrednianiu wyników z kilku serii pomiarowych lub jakiejś metodzie uśredniania z wagą na podstawie wyników sąsiednich (np. choćby 0.25(n-1) + 0.5n +0.25(n+1) )?
Ja z powodzeniem stosuję uśrednianie wyniku pomiaru częstotliwości w NA01/02 właśnie przez sumowanie z wagą pomiarów z kilku serii. W zależności od przyjętego sposobu uśredniania inaczej trzeba jedynie "obsłużyć" punkty startu i końca przemiatania.
Krzywa zmian na pewno ulegnie wygładzeniu i być może ułatwi detekcję zmiany znaku impedancji.
I na koniec, nie sądzisz, że tak duża zmienność wyników z pomiarów (szum) nie pozwoli na wykorzystanie cech sprzęgacza o takich parametrach o jakich piszesz (kierunkowość 40 dB) i te 30dB, dość łatwe do osiągnięcia, wystarczą?
L.J.

W miernictwie przyjmuje się, że kierunkowość powinna być o 20dB lepsza od mierzonej wartości tłumienia odbicia, co dla sprzęgacza 40dB daje wartość mierzoną do 20dB, a dla sprzęgacza 30dB już tylko 10dB. Przelicz sobie na SWR, jak mała to jest dokładność.
Działać będzie, ale będzie to tylko wskaźnik a nie miernik.

(14-02-2017 12:29)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Witam!
No, to w zasadzie masz to o co chodziło. Teraz wystarczy chyba tylko popracować nad gładkością wykresu. Co sądzisz o uśrednianiu wyników z kilku serii pomiarowych lub jakiejś metodzie uśredniania z wagą na podstawie wyników sąsiednich (np. choćby 0.25(n-1) + 0.5n +0.25(n+1) )?
(...)

Możesz spróbować jednego tych filtrów:
http://atwillys.de/content/cc/digital-filters-in-c/

i porównać wyniki. Choć to w zasadzie filtry FDP.

Natomiast nie wiem, czy tu by się nie sprawdził filtr medianowy:
http://anisko.republika.pl/agent501/filt...medianowy/

ale to już raczej po stronie PC.


Pozdrawiam

Witam!
Wydaje się, że kierunkowość 30dB to minimalna, akceptowalna wartość dla pomiaru impedancji. Natrafiłem na artykuł na ten temat, który wprawdzie może być nieco stronniczy bo firma produkująca sprzęt pomiarowy mogła go pisać "pod siebie" ale niemniej wnioski z niego płynące są dość interesujące.
Po pierwsze, nie da się pomierzyć dokładniej dwójnika dopasowanego lepiej niż kierunkowość sprzęgacza bo sygnał odbity porównywalny jest z "przeciekiem" i wynik może wskazywać na idealne dopasowanie jeśli akurat te dwa sygnały zniosą się. Po drugie, błąd wynikający z określenia mocy odbitej ma znacznie większy wpływ na wynik pomiaru impedancji co jest również oczywiste. Ale ciekawe jest porównanie błędu pomiaru dla sprzęgaczy o różnej kierunkowości:

[attachment=12277]

To zbiorczy wykres błędu (rys.6 artykułu) zawierający już sumę błędów pomiaru fali padającej i odbitej od mierzonego dwójnika. Dla dwójnika o poziomie mocy odbitej 20dB (impedancja np. 61 omów) błąd dla kierunkowości 40dB to ok. -1.5dB, dla kierunkowości 35dB to ok. -2.5dB a dla kierunkowości sprzęgacza 30dB to -5dB a więc maksymalnie z błędem pomierzymy odpowiednio 18.5dB, 17.5dB i 15dB. To dla impedancji nominalnej oznacza, że zmierzymy odpowiednio 63.5, 65.4 oraz 71.6 oma. To dość dramatyczne różnice na oko z punktu widzenia oporności charakterystycznej (50 omów) ale z punktu widzenia transferu mocy do obciążenia nie jest już tak tragicznie bo to odpowiednio 98.6%, 98.2 i 96.84%. Biorąc pod uwagę, że nie jest łatwo uzyskać 40dB kierunkowości (wydaje się, że jest to łatwiejsze dla mostka niż dla sprzęgacza) to być może nie warto walczyć o kierunkowość większą niż 35dB.
I na koniec mam taką refleksję, że pomimo 30dB kierunkowości sprzęgacza w NA02, z łatwością rozróżniam oporności 50 i 60 omów a nawet 50 od 55 omów - przynajmniej dla przypadków obciążeń rzeczywistych. Wydaje się, że tych 30dB kierunkowości to jednak nie tylko wskaźnik.
L.J.

(14-02-2017 12:29)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Teraz wystarczy chyba tylko popracować nad gładkością wykresu.

Eeeee nieeeee... kolejnych rzeczy do zrobienia i zbadania mam na liście całe mnóstwo
A akurat gładkość wykresu miałem już wcześniej rozpracowaną.
Tutaj jednak jestem zdania, że takie wygładzanie powinno być opcją w programie (domyślnie wyłączoną), bo jest to swego rodzaju lekkie "oszukiwanie". Domyślnie powinniśmy pokazywać surowe dane (albo obliczenia na nich), bo takie przychodzą ze sprzęgacza - nawet jeśli są ostro "zaszumione", to takie po prostu są. Często też bywa tak, że ludzki mózg jest w stanie znaleźć znacznie więcej szczegółów i tendencji wykresu nawet w zaszumionym wykresie, niż potrafi to pokazać wykres wygładzony. To coś, jak możliwość dekodowania sygnału telegrafii "na ucho" w warunkach wysokich szumów tła, kiedy żaden automat już sobie z tym nie radzi...

A jeśli użytkownik lubi wygładzone wykresy (albo chce zrobić zrzut ekranu do prezentacji to sobie takie wygładzanie włączy. Co więcej - użytkownik sam decyduje o tym, jak bardzo ma być wygładzony wykres, czyli bezpośrednio określa parametr, który nazwałem "filter factor", czyli liczbę próbek, która jest brana do wygładzania.

(14-02-2017 12:29)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Co sądzisz o uśrednianiu wyników z kilku serii pomiarowych lub jakiejś metodzie uśredniania z wagą na podstawie wyników sąsiednich (np. choćby 0.25(n-1) + 0.5n +0.25(n+1) )?

Jak najbardziej. Z moich doświadczeń wynika, że najlepiej do tego nadaje się ważona średnia krocząca (tutaj opis)
Zaletą obróbki danych pomiarowych w komputerze (a nie w mikrokontrolerze) jest właśnie to, że tego typu wygładzanie wykresu (ze zmienną liczbą próbek, dowolnie ustalaną przez użytkownika) robię właściwie w jednej linii kodu, wybierając z szerokiej palety możliwych przekształceń typu "financial formulas" dla wykresu (bez wnikania w szczegóły ich implementacji

Pokazywany wcześniej wykres obwodu LC, tylko tym razem wygładzony z "filter factor" ustawionym na 10, wygląda tak:

[attachment=12278]

(14-02-2017 12:29)SP6FRE napisał(a): [ -> ]I na koniec, nie sądzisz, że tak duża zmienność wyników z pomiarów (szum) nie pozwoli na wykorzystanie cech sprzęgacza o takich parametrach o jakich piszesz (kierunkowość 40 dB) i te 30dB, dość łatwe do osiągnięcia, wystarczą?

Pozwól, że tutaj akurat się zdecydowanie nie zgodzę
Zadowalanie się "średnią" kierunkowością ze względu na szum, to trochę nie tędy droga moim zdaniem. Priorytetem jest osiągnięcie możliwie dużej precyzji pomiarów, a to pokazuje, że należy dążyć do jak największej kierunkowości sprzęgacza.
Obliczenia z kolei mówią, że dopiero kierunkowość 40dB pozwala na dokładność +-2% (30dB to jakieś +-7%, 20dB to jakieś +-22%).
No i powtórzę porównanie: chciałbym, aby YAVNA była miernikiem zespolonej impedancji, a nie wskaźnikiem niedopasowania (czym jak się okazuje są analizatory MAX6, które wykorzystują 22dB sprzęgacz fabryczny - Jarku, jeśli to czytasz - bez urazy oczywiście, doceniam Twoją dużą pracę włożoną w ten - jak by nie było - komercyjny projekt).
Poza tym, to co piszesz, sugeruje, że szumy będą większe, im większa jest kierunkowość sprzęgacza - czy tak jest w rzeczywistości? Ja tego jeszcze nie wiem - muszę sprawdzić

(14-02-2017 18:01)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Po pierwsze, nie da się pomierzyć dokładniej dwójnika dopasowanego lepiej niż kierunkowość sprzęgacza

No to jest właśnie to, o czym pisałem wcześniej, czyli przykładowy sprzęgacz fabryczny o kierunkowości 22dB już od 59 omów (i odpowiednio poniżej 50R) widzi pełne dopasowanie...

(14-02-2017 18:01)SP6FRE napisał(a): [ -> ][...] To dość dramatyczne różnice na oko z punktu widzenia oporności charakterystycznej (50 omów) ale z punktu widzenia transferu mocy do obciążenia nie jest już tak tragicznie [...]

No tak, tylko czy budujemy analizatory antenowe, aby oszacować, jaka część mocy dotrze do obciążenia, czy po to, aby określić zespoloną impedancję i to najlepiej "co do oma"?
Oczywiście zgadzam się, że różnica między SWR 1:1.1, a 1:1.4 jest niewielka z praktycznego punktu widzenia (i na tym drugim też da się DX-y robić ale jednak miano "miernika" do czegoś zobowiązuje...

(14-02-2017 18:01)SP6FRE napisał(a): [ -> ]I na koniec mam taką refleksję, że pomimo 30dB kierunkowości sprzęgacza w NA02, z łatwością rozróżniam oporności 50 i 60 omów a nawet 50 od 55 omów - przynajmniej dla przypadków obciążeń rzeczywistych. Wydaje się, że tych 30dB kierunkowości to jednak nie tylko wskaźnik.

No widzisz, a ja zapinając 56 omów do YAVNA'y, która ma (póki co - w pierwszej konfiguracji) sprzęgacz fabryczny 22dB widzę już pełne dopasowanie.
Poza tym, wcale nie twierdzę, że 30dB kierunkowości to źle, ale chcę po prostu sprawdzić, na ile da się lepiej i ile trudu trzeba w to włożyć
I na tym przecież polega ta nasza pasja, którą bardzo zgrubnie przedstawiam swojej rodzinie jako "RADIO" hehehe...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO