Projekt YAVNA startuje!

[SP6FRE]

Witam!
Wyniki są faktycznie istotnie lepsze i sądzę, że to dobra droga dla rozwijania tej metody.
Zastanawiam się jednak ciągle dlaczego stosujesz tłumiki w obu kanałach AD8302.
To nie ma znaczenie z punktu widzenia dokładności pomiaru bo sygnały fali padającej i odbitej są po prostu przesunięte na wykresie pracy układu o tą samą wartość. Ma to sens jeśli sygnał pomiarowy jest zbyt duży i nie mieści się w zakresie pracy układu. Poprawa dokładności polega na stłumieniu sygnału fali padającej lub wzmocnieniu sygnału fali odbitej. Wtrącenie w oba kanały tłumienia 20dB nie zmienia dynamiki pomiaru, która stale jest rzędu 30dB - przecież mierzymy stosunek sygnału fali padającej do odbitej a oba stłumione o 20dB nie zmieniają swojej proporcji wzajemnej a zatem nie zmienia się dynamika.
Ale kiedy zmniejszymy wyłącznie sygnał w torze fali padającej o 10dB to zwiększy się dynamikę do 40dB tylko trzeba te "stracone 10dB" uwzględnić w algorytmie pomiarowym (programie).
W tym kontekście, oraz po mojej wcześniejszej próbie wykonania sprzęgacza z izolacją prawie 40dB przypuszczam, że Twoje nieudane próby uzyskania dynamiki większej niż 30dB nie mogły się udać jeśli oba sygnału AD8302 były stłumione w jednakowym stopniu. Zwiększona izolacja sprzęgacza nie była widziana przez AD8302.
L.J.

[SP3GO]

Właściwie te tłumiki zostały tam z poprzednich testów ze sprzęgaczami, a służyły tylko temu, aby "usztywnić" ewentualne niedopasowanie na portach reflected i coupled sprzęgacza. Zacząłem się jednak zastanawiać, czy w przypadku mostka te tłumiki nie wpływają na pogorszenie się jakości pomiarów, bo przesuwając się w dół na charakterystyce pomiarowej AD8302 zaczynamy tracić na stosunku sygnału do szumu. Zobaczę więc, jak będzie bez tłumików.

Zresztą takie równe tłumiki po 20dB pojawiają się również w obu torach pomiarowych w przypadku mostka - w tym dokumencie opisującym kalibrację dla mostka kierunkowego (rysunek 2.8).

Poza tym, w przypadku mostka chyba nie możemy mówić o torze fali padającej i torze odbitej, a raczej o niezrównoważeniu mostka (i zrównoważeniu w przypadku dopasowania). Dlatego z takiego mostka nie dostajemy bezpośrednio Gammy (stosunek fali odbitej do padającej), a tylko informację o stopniu niedopasowania (niezrównoważenia mostka). Nie jestem pewien, jak w tym przypadku szukać bezpośrednio "kierunkowości" takiego mostka...
Po kalibracji rozpiętość ReturnLoss pokazuje mi na wykresie teoretycznie od 40 nawet do ponad 300dB (!)

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SP6FRE]

Witam!
Z mostkiem uzyskasz bardzo dobrą dynamikę i 40 dB osiągniesz bez problemu. W NA01/02 do pomiaru skalarnego SWR-a używam takiego mostka:



"We" to sygnał z generatora NA01/01, do "Wy" dołącza się badaną impedancję a "Mon" to wejście NA01/02 mierzące falę dobitą. Dynamika sięga nawet 60dB a więc bardzo dokładnie rozróżniać można niewielkie niedopasowania. Taką dynamikę zapewnia działający w NA01/02 układ AD8307.
Chcąc użyć AD8302 do pomiaru zarówno modułu jak i fazy można pokusić się o dynamikę co najmniej 40dB dobierając odpowiednio poziom mocy z generatora. Kanał pomiarowy AD8302 dla fali padającej należałoby dołączyć do portu "We" (przez tłumik co najmniej 10dB), kanał dla fali odbitej do portu "Mon". Do portu "Wy" dołączyć trzeba mierzoną impedancję. Sygnał z generatora oczywiście zasilać musi port "We". Teoretycznie, AD8302 ma 60dB dynamikę pomiaru ale z niewielkim wysiłkiem uzyska się 40dB. Używając jednocześnie AD8307 (do mierzenia fali odbitej) i AD8302 wyłącznie do pomiaru fazy da się zwiększyć dynamikę do 60-80dB choć sądzę, że cokolwiek powyżej 40 - 50dB to niepotrzebna ekstrawagancja ;-).
L.J.

[SP3GO]

Używam bardzo podobnego mostka do tego, który pokazałeś, z tą różnicą, że nie używam transformatora. Nie mam więc uzwojenia wtórnego z wyjściem "Mon", a zamiast uzwojenia pierwotnego mam robiony bezpośrednio pomiar różnicowy przez AD8302.
Wtedy jednak, tak mi się wydaje, mierzę nie stosunek fali padającej do odbitej, lecz niezrównoważenie mostka, które jest proporcjonalne do dopasowania na wyjściu "Wy".
Dopiero więc po procedurze kalibracji mam sensowne (i jak się okazuje - bardzo dokładne) pomiary.
Tak jak przypuszczałem - po zdjęciu tłumików z obu torów pomiarowych AD8302, stosunek sygnał/szum jeszcze się poprawił i wykresy są jeszcze lepsze.
Do tego okazało się, że kalibracja dedykowana do mostka (opisana w dokumencie) musi być matematycznie odpowiednikiem tej kalibracji (metoda wektorowej korekcji błędów) używanej dla sprzęgacza, bo po zmianie wynik był taki sam. Do tego nowy mostek, zasilany symetrycznie, miał parametry gorsze - pewnie przez kabelki koncentryczne, które doprowadzały sygnał w wersji prototypowej (być może odpowiednie symetryczne ścieżki na PCB dałyby lepszy wynik), więc póki co, wróciłem do mostka zasilanego niesymetrycznie.

Jedno mnie tylko ciągle zastanawia... przy (teoretycznie) pełnym dopasowaniu na porcie pomiarowym, sygnał magnitudy z AD8302 jest ciągle nieco wyższy, niż dla jednego ze skrajnych niedopasowań - już nie pamiętam czy dla open, czy dla short. Czyżbym miał ciągle jakiś błąd przy lutowaniu tego mostka...(?)
Kalibracja oczywiście niweluje ten problem, ale intuicyjnie powinno być nieco inaczej, czyli przy pełnym dopasowaniu magnituda najmniejsza, przy open maksymalne odchylenie w jedną stronę, a przy short maksymalne odchylenie w drugą stronę...

Muszę to jeszcze dokładniej sprawdzić...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SP6FRE]

Witam!
Wydaje mi się, że transformator jest tu kluczowym elementem. Zapewnia separację sygnału na przekątnej od innych węzłow mostka. Mostek zasilasz niesymetrycznie więc pomiar na przekątnej jest prawdopodobnie sumą co najmniej dwóch skłądników. Dlatego przy dopasowaniu masz sumę sygnału dopasowania (niewielki) i sygnału zasiljacego co w sumie daje poziom większy niż dla obu przypadków pełnego odbicia. To oczywiście spekulacja ale wydaje mi się, że dość prawdopodobna.
Użycie tranformatora wydziela do pomiaru wyłącznie napięcie związane z poziomem dopasowania. Oczywiście pomiar na uzwojeniu wtórnym jest w NA01/02 również niesymetryczny ale ja nie muszę mierzyćw procedurze pomiaru sygnału padającego i odbitego.
Spróbuj dla testu użyć separacji za pomocą transformatora co pozwoli wyjaśnić ten problem. Oczywiście zastosowanie takiego elementu to pewne ograniczenia (straty, charakterystyka częstotliwościowa). Ale przynajmniej napięcia na porcie "Mon" zachowują się zgodnie z teorią: dla dopasowania prawie zero i dla odbicia pełne napięcie zasilania mostka
L.J.

[SP3GO]

Znalazłem rozwiązanie rzekomo nieintuicyjnego zachowania się mostka w czasie dopasowania i dla przypadków pełnego odbicia.
Otóż okazuje się, że wszystko jest OK i zgadza się z intuicją, a tylko moja interpretacja sygnału wyjściowego z AD8302 była błędna
Zapomniałem po prostu, że AD8302 pokazuje zerową różnicę pomiędzy mierzonymi napięciami pokazując dokładny środek skali, czyli napięcie na wyjściu 900mV. Jakakolwiek odchyłka jest pokazywana (w zależności od tego, które napięcie jest większe) albo poniżej tego poziomu, albo powyżej.
Wszystko więc się zgadza, że dla pełnego dopasowania mam poziom ok. 900mV, dalej port otwarty, to napięcie poniżej tego poziomu, a port zwarty, to napięcie powyżej tego poziomu.
Więc przy pełnym dopasowaniu spodziewałem się błędnie najniższego poziomu (a nie poziomu najbliższego 900mV) na wyjściu AD8302 - i wszystko jasne. Mostek bez transformatora zachowuje się więc całkowicie poprawnie.

Udało mi się też zrobić eksperymentalne pomiary z zastosowaniem dwóch różnych transformatorów. Okazuje się, że transformatory nie są kluczowym elementem, a co więcej, potrafią dać nawet znacznie gorsze wyniki w porównaniu do "gołego" mostka bez transformatora.
Wyniki zamieszczam poniżej.

1. Pierwszy transformator to 27 zwojów (a więc bardzo duża indukcyjność) nawinięty bifilarnie na rdzeniu toroidalnym FT50-43 (AL=523)
Mostek z takim transformatorem daje dobrą kierunkowość, bo jest to prawie 30dB dla impedancji poniżej 50R (short) i 9dB dla impedancji powyżej 50R. Czyli razem jakieś 39dB.
Po kalibracji open-short-load tak przedstawiają się pomiary odpowiednio 15R, 75R i obwodu LC:


  15R.png (Rozmiar: 465.04 KB / Pobrań: 1078)


  75R.png (Rozmiar: 468.92 KB / Pobrań: 1065)


  LC.png (Rozmiar: 474.4 KB / Pobrań: 1075)

Jak widać, o ile wykresy dla rezystorów są jeszcze w miarę dobre, to wykres Smith'a dla obwodu LC pozostawia wiele do życzenia...

2. Drugi transformator to 7 zwojów (równomiernie rozłożonych, a więc i pojemności między zwojami mniejsze) na rdzeniu toroidalnym FT37-43 (AL=420).
Mostek na takim transformatorze daje bardzo dobrą kierunkowość, bo 41dB poniżej 50R i prawie 22dB powyżej. Czyli razem prawie 63dB.
Po kalibracji open-short-load tak przedstawiają się pomiary odpowiednio 15R, 75R i obwodu LC:


  15R_.png (Rozmiar: 477.03 KB / Pobrań: 1038)


  75R_.png (Rozmiar: 466.18 KB / Pobrań: 721)


  LC_.png (Rozmiar: 469.7 KB / Pobrań: 809)

Jak widać, rezystancje są całkiem OK (proszę nie zwracać uwagi na "szaleństwo" znaku reaktancji - jak widać procedura określania znaku wymaga jeszcze poprawki), a wykres Smith'a dla obwodu LC jest już znacznie lepszy (choć daleko mu do ideału).

3. No i w końcu "goły" mostek, bez transformatora, lecz z bezpośrednim pomiarem różnicowym.
Co ciekawe taki mostek uzyskuje niezbyt dużą kierunkowość, bo zaledwie 14dB poniżej 50R i 5dB powyżej, czyli razem jakieś 19dB.
Po kalibracji open-short-load tak przedstawiają się pomiary odpowiednio 15R, 75R i obwodu LC:


  15R__.png (Rozmiar: 473.8 KB / Pobrań: 790)


  75R__.png (Rozmiar: 477.57 KB / Pobrań: 775)


  LC__.png (Rozmiar: 462.48 KB / Pobrań: 771)

Jak widać, rezystancje nie są złe choć mogłyby być lepsze (być może zaekranowanie mostka podniesie kierunkowość i poprawi te wykresy), a wykres Smith'a dla obwodu LC jest wręcz idealny.

Wniosek - transformator w cale nie jest konieczny, a jego brak może dać nawet lepsze rezultaty, kiedy już mostek będzie wykonany staranniej (ten obecny to raczej prototyp).

Pytaniem otwartym pozostaje to, dlaczego znacznie mniejsza kierunkowość "gołego" mostka daje lepsze rezultaty...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SP3GO]

Po dłuższej przerwie wróciłem do tematu projektu YAVNA i ostatnie kilkanaście dni eksperymentów (na różnych polach) dały wyniki, które osobiście uznaję za pełen sukces!

Mam prototyp miernika YAVNA, który nie posiada sprzęgacza, lecz mostek Wheatston'a, a więc pracuje od najniższych częstotliwości i charakteryzuje się znakomitą dokładnością pomiarów nawet dla mocno niedopasowanych elementów.

Ograniczeniem częstotliwościowym od dołu jest tylko trafo szerokopasmowe za DDS'em, ale poprawne wyniki można uzyskać już od 25kHz.
Ograniczeniem od góry jest LPF za trafem - akurat dałem tam filtr 7-polowy o paśmie ~58MHz, bo mój DDS maksymalnie poda 70MHz, a zależało mi jeszcze na pokryciu pasma 6m.

Zaznaczam też, że to jest prototyp, a więc część elementów wykonana mało elegancko i czasami "na pająka" - jeśli będzie wersja w pełni SMD, to i rezultaty mogą być tylko lepsze. Do tego w finalnej wersji zamierzam rozdzielić zasilanie części cyfrowej od analogowej, a ich masy połączyć w jednym punkcie - przy zasilaniu - dzięki temu może uda się jeszcze poprawić i tak już bardzo dobre wyniki.

A teraz na potwierdzenie moich "zachwytów" zamieszczam parę wykresów
Zaznaczam, że wszystkie wykresy są prezentowane bez żadnego sztucznego wygładzania - takie, jakie wyszły z pomiarów. Gdzieniegdzie jest tylko zmieniana skala, aby wykres był bardziej czytelny.

Na dobry początek wykres rezystancji 50R użytej w procedurze kalibracji.
Jak zwykle - po lewej skala dla rezystancji, a po prawej dla reaktancji.
Na wszystkich wykresach proszę nie zwracać uwagi na wartości powyżej 60MHz - tam już działa wybrany LPF.



A tutaj pomiar rezystora 15R:



Do tego rezystor 75R:



oraz rezystor 100R:



A tak wygląda wykres Smith'a dla obwodu LC. Jak widać wyłączyłem tymczasowo w oprogramowaniu procedurę rozpoznawania znaku reaktancji - muszę nad nią jeszcze popracować. Dlatego wykres nie schodzi na dolną część koła, ale widać jak ładnie "zawraca" ciągle trzymając się blisko krawędzi



A gdyby ktoś miał jeszcze wątpliwości co do sprawności analizatora YAVNA to zamieszczam pomiary elementów dla SWR na poziomie 1:10, czyli...

rezystor 4R7:



oraz rezystor 470R:



Jak dla mnie - rewelacja!

Teraz dłubię w KiCAD'e ostateczny schemat, potem projekt i zamawianie PCB.
A dalej już można się tylko bawić samym oprogramowaniem na komputerze (obliczanie indukcyjności/pojemności, długości kabla itp. itd...)

Dam znać, kiedy już będę miał efekty końcowe.

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SQ8MVY]

Witam,

Szykuje się świetny mierniczek. Gratulacje, czekam z niecierpliwością na ostateczną wersję...

[SP3GO]

Aha!... zapomniałem dodać, że oczywiście na pokładzie jest również pomiar transmitancji (choć nie zrobiłem zrzutów ekranu z pomiarów).
Można więc jednocześnie mierzyć parametry na porcie wejściowym (S11) dowolnego czwórnika, jak i jego charakterystykę przenoszenia (S21) i to jednocześnie w skali liniowej (sonda AD8361) oraz w dB (sonda AD8307)!

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

[SQ5KVS]

Super Trzymam kciuki