Projekt YAVNA startuje!

[SP3GO]

No wychodzi na to, że wszystkim się NWT popsuły, w MAX'ach padła bateria, albo nikt nie mógł znaleźć kabla 1,5m do proponowanych pomiarów... Żadnego odzewu.
Spoko - rozumiem - mało kogo interesują pośrednie eksperymenty, a raczej ich efekt końcowy, a najlepiej gotowe PCB i lista elementów do implementacji
No dobrze, a teraz już na serio...

Znów wykonałem pierdylion eksperymentów, pomiarów i testów różnych konfiguracji...
Okazuje się, że zastosowanie jakiegokolwiek trafo w mostku tylko pogarsza sytuację, a nie pomaga. Inne rodzaje kalibracji też niewiele zmieniają. Do tego okazuje się, że największym problemem jest pomiar portu otwartego, bo on nigdy nie jest rzeczywiście otwarty, ze względu na choćby pojemności złącza i ścieżek itp.
No i oczywiście ze względu na konstrukcję mostka, pomiar "SHORT" może być dowolnie duży (kilkadziesiąt dB - w zależności od jakości wykonania), ale tryb "OPEN" nie będzie większy niż 6dB (uzyskałem 5.9dB dla swojego prototypu), bo taka jest różnica między dzielnikiem rezystorowym na jednym ramieniu mostka, a pełną amplitudą sygnału na drugim.

Jednym z pomysłów rozwiązania tego problemu (i jak się okazuje trafionym) było zastosowanie kalibracji, w której tryb "OPEN" to odpowiednio duży rezystor, np. 470 omów (choć ta wartość będzie oczywiście w pełni konfigurowalna w programie), dający referencję dla SWR w okolicach ~10.

Po kalibracji pomiary są naprawdę imponujące
Co najlepsze - wszystkie wykonane poprzez przewody pomiarowe o długości ok. 10cm (a nie na samych portach miernika).
Sam rezystor 470R wygląda wtedy tak:



Oczywiście wszystkie wartości pomiędzy zachowują się prawidłowo.
Oto rezystor 300R:



Rezystor 100R:



Rezystor 75R:



Rezystor 50R:



Rezystor 15R:



Rezystor 4R7 (SWR~=10!):



A na koniec możemy obejrzeć wykres Smith'a, aby przekonać się, że pomiary zachowują się prawidłowo również dla czystych reaktancji.
Oto obwód LC:



No to jeszcze niespodzianka w postaci rezystora 1000R (1k, SWR=20!!!):



A gdyby komuś się nie podobały te "zaszumione" wykresy wynikające z tego, że jednak AD8302 ma wzmacniacze logarytmiczne, to po włączeniu drobnego "wygładzania" (10-punktowego) mamy już taki wykres dla 470R:



oraz taki wykres dla tego imponującego pomiaru rezystora 1k:



No i teraz tak sobie myślę, że jeśli te pomiary są takie na prototypie, który wygląda tak ("głowica pomiarowa"):





to powinny być równie dobre (albo i lepsze) na projekcie wykonanym w SMD.

A tak jeszcze odpowiadając na posty powyżej:

(20-04-2017 14:25)SP6FRE napisał(a):  Nie śledzę ostatnio dokładnie dyskusji ale może warto przypomnieć rozwiązanie, które u siebie zastosował PA1ARE?

No tak... mamy w sumie 3 rodzaje analizatorów: oparte o AD8302 (sprzęgacz lub mostek), oparte o mostek i pomiary napięć (detektor diodowy i/lub wzmacniacze operacyjne) oraz analizator oparty na mieszaczach.
No i teraz ten ostatni wydaje mi się, że lepszym rozwiązaniem będzie sprowadzenie (mieszaczami) częstotliwości radiowych do akustycznych i wykorzystanie DSP w komputerze, niż to, co robi Kolega PA1ARE (wzmacniacze operacyjne jako detektor poziomu sygnału w.cz.)
W każdym razie mieszacze i DSP będą na pewno w moim polu zainteresowania, jak tylko skończę zabawę z AD8302

(20-04-2017 23:03)SP4EJT napisał(a):  Jeśli docelowo chcesz robić pomiary przez kabel zostaw ten projekt i rób coś co jednoznacznie poda kąt fazy... na przykład zastosuj dwa układy AD8302 i generator(y) wytwarzający dwa sygnały przesunięte o 90stopni.

No to jest właśnie ten trzeci sposób na pomiar (mieszacze), ale czy jesteś pewien, że pozwoli on na niezakłócony pomiar nawet przez długie kable pomiarowe?
Zajmę się tym tematem zaraz po zakończeniu przygody z AD8302

(20-04-2017 23:03)SP4EJT napisał(a):  Jeśli chcesz, z przyjemnością wykonam pomiary dowolnych rezystorów ale na porcie analizatora. Wtedy sobie porównasz swój mostek (który robi dobrą robotę) do mojego sprzęgacza (który wcale nie jest gorszy !)

Przyjmuję wyzwanie!!
Pokaż mi pomiary rezystorów 4R7, 15R, 50R, 75R, 100R, 300R, 470R oraz 1k na porcie miernika opartego o AD8302 - wtedy będę mógł porównać jak "dobrą robotę" robi mój mostek i algorytm w oprogramowaniu w stosunku do Twojego sprzęgacza...
W pomiarach oczywiście korzystaj z dostępnej kalibracji i pokazuj tylko R (rezystancję) i X (reaktancję) najlepiej w podobnym zakresie 0-70MHz

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SP4EJT]

(27-04-2017 23:45)SP3GO napisał(a):  .... No to jest właśnie ten trzeci sposób na pomiar (mieszacze), ale czy jesteś pewien, że pozwoli on na niezakłócony pomiar nawet przez długie kable pomiarowe?

Nie jestem ... ale czytałem, że Analizator AIM(i tu jakieś cyferki ale ich nie pamiętam) to potrafi !

Na chwile obecna nie mam dokładnie takich rezystorów jak chcesz - postaram się zdobyć je później. Myślę jednak że to wystarczy.
https://www.youtube.com/watch?v=Z5b6d_mqcGg

Nie stosuje na dzień dzisiejszy żadnego wygładzania co widać po wykresie reaktancji (białym).
Przepraszam że nie widać dołu wyświetlacza, mój aparat zrobił mnie w balona - podczas nagrywania pokazywał że nagrywa cały ekran a po zgraniu na Youtube wyszło tak.

[SP6LUN]

Myślę, że warto zwrócić uwagę na dwie rzeczy:

10 centymetrowy kabel to tylko 1/50 długości fali (dla 60MHz) , ale 1000 omów transformuje się do 990 -j125, a 15 omów, do 15 + j2.

Usunięcie rezystora z przekątnej mostka powoduje jego niedopasowanie. Przy dużych SWRach istotny staje się sygnał
odbity kolejno od badanego elementu, od mostka i znowu od badanego elementu

Pozdrawiam

[SQ6DGT]

Teraz dojrzałem ten wpis, więc lepiej późno niż wcale :-)
Rozwijam powoli autorski projekt VNA wraz z własnym softem na desktop oparty właśnie na AD8302 i dwuotworowym sprzęgaczu kierunkowym, ręcznie nawiniętym. Podłączyłem kilka rezystorów bezpośrednio i przez kabelek BNC-BNC o długości 155cm, dla porównania. Nie używam żadnej procedury kalibracji, wyszedłem na razie z założenia, że skoro operuję tylko na stosunku sygnałów to mogę się bez tego obyć :-) Czas pokaże, czy tak jest.

20om przez kabelek:

bezpośrednio:

teoretyczny SWR = 2.5, z odczytu jest mniej więcej tyle

330om przez kabelek:

bezpośrednio:

teoretyczny SWR = 6.6, pokazuje około 5.5 - zaniża w obu przypadkach ok 17%

470om przez kabelek:

bezpośrednio:

teoretyczny SWR = 9.4, pokazuje około 7 - j.w. ok 25%

Widać, że obecność kabelka ma wpływ na składowe impedancji ale na SWR już ma mały wpływ. Im większe niedopasowanie tym większy procentowy błąd, tak się wydaje, ale czy to efekt braku kalibracji czy specyfiki metody pomiarowej (sprzęgacz) tego nie wiem. Długi kabel pomiarowy może wprowadzać różne opóźnienia między falą odbitą a padającą co może zaburzać pomiar różnicy fazy w AD8302 ale chyba nic więcej. Straty w kablu pomijam. Metoda ze sprzęgaczem kierunkowym bazuje na tym, że dla fali odbitej napięcię i prąd są zawsze w przeciwfazie (180 stopni różnicy), a chyba to się wskutek propagacji w kablu nie zmieni ? To tyle co mi się na szybko nasuwa, mogę się całkowicie mylić :-)

[SP3GO]

Prace nad płytką dla YAVNA 1.0 zakończone!
Płytka zamówiona - wystarczy poczekać z miesiąc

PCB projektowałem pod obudowę Z50A. Wyjdzie z tego zgrabne urządzenie z odległością między portami ok. 5cm i zmieści się do środka nawet bateria 9V.
Ostatecznie zdecydowałem się na złącza SMA.
W wersji 1.0 wykorzystuję DDS AD9851 - w kolejnej wersji spróbuję AD9951, co pozwoli na pomiar w paśmie 2m.

Kiedy przyjedzie PCB i rozpocznę składanie, to postaram się o jakąś fotorelację z tego wydarzenia
Póki co, trzeba jeszcze doszlifować parę spraw w oprogramowaniu na komputerze...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SP3GO]

Przyjechały płytki!
Tak jak poprzednio - wykonanie znakomite!
Tak wygląda płytka od spodniej strony:



Widać bardzo ładnie powierzchnie rozdzielonych mas cyfrowej i analogowej oraz ogromną liczbę przelotek. Dobrze, że nie doliczyli mi za to dodatkowych kosztów przy produkcji

A tak wygląda płytka od strony górnej i w obudowie Z50A:



Jak widać, PCB dobrze zaprojektowałem pod obudowę, a wystający moduł BT (choć jeszcze nie wlutowany) i bateria 9V pięknie się mieszczą

Zabieram się za składanie - trzymajcie kciuki!

A tak jeszcze przy okazji: znalazłem w sieci dokument, który pięknie opisuje kalibrację dla używanego przeze mnie mostka.
Jak pewnie pamiętacie, kiedy używając mostka, stosowałem kalibrację przeznaczoną dla sprzęgacza, to całość działała poprawnie, ale nie była odporna na krótkie (10cm) kabelki pomiarowe i pomiary nieco "odjeżdżały" dla wyższych częstotliwości (>30MHz).
Teraz zaimplementowałem kalibrację przeznaczoną dokładnie dla takiego mostka (a nie sprzęgacza) i okazuje się, że jest odporna na kabelki pomiarowe i pomiary są dokładne nawet dla częstotliwości >50MHz.
Tyle przynajmniej wnioskuję ze wstępnych pomiarów na prototypie.
Jestem więc dobrej myśli, jeśli chodzi o pomiary już na właściwym urządzeniu, a w szczególności plany na pasmo 2m.

Kurcze, aż żałuję, że tu długi weekend za pasem (i znów wyjazdy rodzinne), bo już chciałbym nad projektem posiedzieć...
No ale zobaczymy ile się uda zrobić dziś wieczorem - bez pośpiechu w każdym razie

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SP3GO]

Tak wygląda YAVNA 1.0 po złożeniu - wszystko działa:



Jak widać, stabilizatory napięcia 5V musiałem nieco wygiąć, bo cała płytka musiała być uniesiona na dystansach, aby złącza SMA były na środku przedniego panelu.
Całość jeszcze zasilana z zasilacza...
Widoczne też przewody pomiarowe SMA (ok. 15cm), których zamierzam używać do pomiarów.

A tak wygląda YAVNA 1.0 z zaekranowaną głowicą AD8302:



A tak mierzyłem rezonator kwarcowy 16MHz:



A taki był wynik pomiarów:



Jak widać poniżej, ten rezonator bardzo ładnie pokazuje rezonanse harmoniczne nawet na 48MHz w ogólnym widoku od 50kHz do 53MHz:



Walczę dalej...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

---

A to już YAVNA z zaekranowaną głowicą detektorów:



Tak wygląda pomiar "na porcie" rezystora 300R (a więc SWR=6) po kalibracji:



oraz pomiar "na porcie" rezystora 4R7 (czyli SWR=~10,6)



No a teraz kiedy podłączę ten 15cm kabel pomiarowy, to pomiar tego rezystora 300R wygląda tak:



Czyli widać, że pięknie trzyma wartości nawet dla dużych częstotliwości.
Trochę gorzej z rezystorem 4R7:



Widać, że dla częstotliwości >30MHz już pomiar nieco odjeżdża...

Wniosek jest taki, że pomiar S11 (czyli wszelkiego rodzaju pomiary odbiciowe 1-portowe: anteny, niedopasowanie wejścia filtra itp.), gdy zależy nam na dokładności pomiaru, najlepiej mimo wszystko wykonywać "na porcie", czyli podpinając DUT do urządzenia.
W przypadku użycia kabelków pomiarowych, większe błędy S11 pojawiają się dla częstotliwości >30MHz i przy dużych SWR badanego DUT.

A na koniec jeszcze taka ciekawostka - nigdy bym nie przypuszczał, że ten mierzony przeze mnie (pokazany poprzednio na zdjęciu) kwarc 16MHz ma aż tyle rezonansów w okolicach overtonowej 3-ciej harmonicznej:





Fajnie to się ogląda, kiedy można sobie dowolnie zoom ustawić na skali pionowej i poziomej, a do tego dużą liczbę punktów

Pod względem sprzętowym z YAVNA 1.0 już chyba nie da się więcej wycisnąć. Pozostaje włożyć ją do obudowy, dać z tyłu jakieś gniazdko dla zasilacza i przełącznik 3-pozycyjny (zasilacz/off/bateria), a potem to już ewentualnie dorobić jakieś bajery w oprogramowaniu.
No i to rozpoznawanie znaku reaktancji nie jest jeszcze zbyt dobre (dlatego dałem opcję w programie, że można to wyłączyć/włączyć na żądanie , więc pewnie jeszcze trochę się pobawię programem z podpiętym LC na porcie.

Jedzie do mnie AD9951, więc być może powstanie YAVNA 2.0 z pasmem 2m...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SP3GO]

Całkiem niedawno w innym wątku tego forum (tutaj) pisałem o "magii 50 omów", której (według mnie) radioamatorzy zbyt często i niepotrzebnie ulegają.
Okazuje się, że sam padłem jej ofiarą

Nie wiem dlaczego, ale ubzdurałem sobie, że mostek pomiarowy w YAVNA musi mieć wypadkową impedancję 50 omów właśnie. Każde ramie mostka złożone jest z dwóch rezystorów szeregowo, a więc każdy rezystor powinien mieć 50 omów, aby cały mostek miał 50.
Okazuje się, że niekoniecznie i poddałem mostek w YAVNA skutecznemu tuningowi

Kiedy zwiększymy wartości rezystorów (utrzymując oczywiście symetrię między ramionami) w górnej części mostka (tej od strony zasilania), to zdecydowanie poprawimy dynamikę pomiarów - szczególnie w zakresie OPEN->LOAD, gdzie w klasycznym mostku nie przekracza ona 6dB.
I tak też zrobiłem - wstawiłem tam rezystory 910 omów (tylko dlatego, że takie miałem 1% - ale może też być po prostu 1k), dzięki czemu dynamika się poprawiła, wykresy są mniej zaszumione i lepiej reagują na kalibrację.
Oczywiście w takim przypadku musiałem też wrócić z kalibracją klasycznego mostka do kalibracji Gamma (jak dla sprzęgaczy).
Aby filtr przed mostkiem widział 50 omów (bo tak był projektowany i dla zbyt dużej impedancji nie będzie działać), musiałem tam dać odpowiedni rezystor (56R), który bocznikowany mostkiem da wypadkową 50 omów właśnie.
To powoduje, że do DUT dociera oczywiście znacznie słabszy sygnał, ale jak się okazuje, wystarczający dla czułości wszystkich detektorów zastosowanych w analizatorze.

Mostek więc wygląda teraz tak:



Kalibrację wykonywałem trzema wartościami rezystorów (z odpowiednim uwzględnieniem ich wartości w obliczeniach oczywiście):
OPEN: 4R7
LOAD: 50R
SHORT: 470R

Nawiasem mówiąc, cieszę się, że zdecydowałem się na złącza SMA - praca z nimi to bajka! (mając już doświadczenia z BNC).
Co prawda jest trochę zabawy z zakręcaniem i odkręcaniem, ale przynajmniej wiem, że styki są pewne i wszystko trzyma sztywno.

Pomiary rezystorów, które były użyte w kalibracji, są zwykle idealne, ale pokażę je poniżej dla porządku. Do tego kilka rezystorów "pomiędzy" wartościami (skupiając się raczej na wysokich SWR), aby zobaczyć jak generalnie sprawuje się analizator.
Zwróćcie też proszę uwagę na skalę wartości: R (zielone) - po lewej; X (czerwone) - po prawej.

Najpierw pomiary z kalibracją bezpośrednio na porcie.

0R (zworka):


4R7:


10R:


50R:


300R:


470R:


Jako ciekawostkę (choć zupełnie niepotrzebną, bo SWR=20!) zamieszczam też pomiar rezystora 1k:


A teraz pomiary tych samych elementów, ale z użyciem 15-centymetrowego przewodu pomiarowego.

0R (zworka):


4R7:


10R:


50R:


300R:


470R:


A nawet 1k (choć tutaj już wysoki SWR i kabelek pomiarowy dają o sobie znać):


Kiedy oba porty analizatora spiąłem ze sobą bezpośrednio, to mamy pomiar tego, jak dobrze udało mi się dobrać rezystory na drugim porcie analizatora, aby impedancja wejścia miała 50 omów. Jak widać - całkiem nieźle w całym zakresie częstotliwości:


Ponieważ każdy szanujący się analizator musi pochwalić się wykresem krzywej dla głównego rezonansu (a już wiemy, że widać ich tam sporo - nawet tych overtonowych), to tutaj wykres dla kwarcu 16MHz:
(to za chwilę, poniżej, bo skończył mi się limit na załączniki

Jak widać tak "podkręcony" analizator sprawuje się już całkiem nieźle i chyba teraz trafi już do obudowy. Muszę jeszcze ponownie wykonać ekran głowicy pomiarowej, bo musiałem ją zdemontować przez te eksperymenty z mostkiem

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

---

Brakujący screen:


Jak widać, detektor logarytmiczny pokazuje pięknie nawet 50dB pomiędzy rezonansem szeregowym i równoległym. Do tego detektor liniowy też daje radę, choć już nieco "zanika" dla dużego tłumienia, no ale w końcu będzie on używany raczej do badania lekkich "zafalowań" w paśmie przenoszenia filtrów, niż rozpiętości pomiędzy pasmem przenoszenia i tłumienia - do tego mamy właśnie detektor logarytmiczny

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO