.

.

این مدار بر اساس طرح رادیوآماتوری با «علامت خطاب» یا "کالساین" K6BEZ  می باشد که توسط نگارنده جهت بهینه کردن و جایگزین کردن قطعات آن با افزاره های موجود در ایران، تغییراتی در آن داده شده است.

در این طرح برای تولید سیگنال RF  از ماژول DDS AD 9850 و برای کنترل برد DDS از بورد «آردینو نانو» و همچنین برای ایجاد گرافیک لازم و نمایش نتایج از کامپیوتر و نرم افزار «ویژوال بیسیک» استفاده شده است.

این مدار قادر است با اتصال آنتن به آن SWR  آنتن را در باند HF و در هر بازه ی فرکانسی در HF به صورت منحنی نمایش دهد که برای ساخت و تست آنتن ها ابزار مفیدی است.

من این مدار را ساخته ام و به خوبی کار می کند. اما به یاد داشته باشید که مسوولیت هر گونه آسیب به دستگاه های رادیویی و کامپیوتر شما در نتیجه ی کار با این مدار فقط  بر عهده ی خودتان است!

.

نمایش عملی کارکرد دستگاه تحلیل گر آنتن در ارتباط با یک تبلت

و

اساس کار

همان طور که در شکل زیر دیده می شود. محدوه ی فرکانس تست آنتن توسط کامپیوتر انتخاب می گردد و از طریق پورت USB به ریزپردازنده (میکروپروسسور) یا همان بورد «آردینو» داده می شود. بورد آردینو با هر بار گرفتن فرکانس از کامپیوتر، داده ی لازم را به بورد مولد سیگنال  RF یا همان  DDS می دهد. فرکانس تولید شده به یک پلِ SWR داده می شود که شامل سه مقاومت 50 اهمی است. آنتن نیز یکی از شاخه های این پل می باشد.

توسط دو عدد دیود ژرمانیومی توان رفت و برگشت به ولتاژ DC تبدیل می گردد. این ولتاژ مستقیم توسط دو آی.سی. از نوع «تقویت کننده ی عملیاتی» تقویت می گردد. دو ولتاژ حاصل به ورودی های آنالوگ ریزپردازنده داده می شود. ریزپردازنده این دو ولتاژ آنالوگ را به داده ی دیجیتالی تبدیل می کند و از طریق درگاه USB به کامپیوتر می دهد. کامپیوتر با محاسبه مقدارهای ولتاژ رفت و ولتاژ برگشت مقدار SWR را در هر فرکانس محاسبه می کند و نتیجه را به صورت منحنی نمایش می دهد.

.

نمودار بلوکی تحلیل گر آنتن برای باند HF

.

ساختمان یک «پل VSWR» در تصویر زیر دیده می شود.

.

مدار ساده شده ی پل اندازه گیری امپدانس و مدار یکسوساز آن

.

تغییرات داده شده نسبت به طرح اصلی

 در این طرح تغییراتی به شرح زیر داده شده است:

  • استفاده از بورد « آردینو نانو» بجای بورد « آردینو میکرو». قیمت بورد آردینو نانو کمتر از نصف بورد میکرو است و در بازار ایران فراوان تر است وجایگزین کردن آنها با هم هیچ تغییری در کارایی این مدار ایجاد نمی کند.
  • استفاده از یک طبقه تقویت کننده  RF شامل یک ترانزیستور، زیرا خروجی بورد  DDS AD9850 در حد 40 میلی ولت است و چون امپدانس خروجی آن 200 اهم است در زمان اتصال به پل SWR دامنه آن به شدت کاهش می یابد. این امر سبب می شود که اندازه گیری با خطای زیادی انجام گیرد. برخی از کاربران با تغییر در بایاس 9850 خروجی آن را افزایش داده اند که باعث گرم شدن تراشه AD9850 می گردد و عمر آن را کم می کند و توصیه نمی شود. در عوض، بهره گیری از یک طبقه تقویت کننده ی ترانزیستوری  دامنه کافی را برای اندازه گیری صحیح ایجاد می کند.
  • تغییر دیگر تغییر در نرم افزار آردینو جهت تغییر خروجی آردینو نانو متناسب با بورد های DDS  موجود در بازار ایران بوده است.
  • استفاده از دیود یکسوساز ژرمانیومی 1N60 به جای 1N34 که کمتر یافت می شود.
  • تغییر آخر که می توان آن را نادیده گرفت این است که جهت کالیبره کردن و بالا بردن دقت اندازه گیری، به جای دو مقاومت ثابت 100 کیلواهمی، دو پتانسیومتر به کار گرفته شده است که البته می توان از این جایگزینی چشم پوشی کرد و اندازه گیری ها را با "دقتی معمولی" انجام داد. لازم به یادآوری است، در صورتی که بخواهید از مقاومت متغیر استفاده کنید، لازم است یک «SWR-متر» خوب در اختیار داشته باشید تا بتوانید این مدار را به کمک آن کالیبره کنید. اگر این وسیله را در دسترس ندارید، از مقاومت ثابت استفاده کنید .

.

نقشه مدار و شرح عملکرد آن

مدار کامل دستگاه در تصویر زیر دیده می شود.

.

مدار کامل دستگاه تحلیل گر آنتن برای باند HF

.

  • دو تقویت کننده ی عملیاتی در این مدار در داخل یک آی.سی. قرار دارند که بهتر است از نوع Rail to Rail انتخاب شوند. پیشنهاد می شود که یکی از انواع AD8572 یا MCP6002 مورد استفاده قرار گیرد. البته LM358 که از نوع Rail to Rail نیست نیز قابل استفاده است. ترتیب پایانه های هر سه  آی.سی. یکسان هستند.
  • برای ساخت هر یک از مقاومت های 50 اهمی می توان دو مقاومت 100 اهمی را موازی بست.
  • دیود ها بایداز نوع ژرمانیومی و با ولتاژ پیشرو (Forward) کم باشند. در این مدار مهم است که در هر دو دیود مقدار این ولتاژ پیشرو یکسان باشد. بهتر است چند دیود، با استفاده از امکان «تست دیود» در یک مولتی متر، تست شوند و دو دیود مشابه هم  برگزیده شوند که ولتاژ شکست کم ولی تا حد ممکن یکسانی داشته باشند. برای این دیودها می توان از دیود 1N34 نیز استفاده کرد.
  • دو نقطه اتصال به آنتن را می توان به یک کانکتور BNC یا M-type وصل کرد.
  • کلیه ولتاژ ها از پین 5V  بورد آردینو گرفته می شوند که آن نیز به نوبه ی خود از درگاه  USB کامپیوتر تامین می گردد. نقطه 5V  را به منبع تغذیه وصل نکنید! دقت کنید که بین 5 ولت و زمین (گراند) اتصالی پیش نیاید که در این صورت ممکن است یک دیود شاتکی در بورد آردینو بسوزد و یا به درگاه USB کامپیوتر آسیب وارد کند. لازم به ذکر است که از بورد آردینو می توان حداکثر نیم آمپر جریان گرفت و این بسیار بیش تر از 100 میلی آمپر مصرف این مدار است.
  • اتصالات بین بورد DDS و تقویت کننده ی  ترانزیستوری و پل مقاومتی باید تا جای ممکن کوتاه باشند. با وجود این که بعد از کاتود دیودها ولتاژ مستقیم خواهیم داشت، اما بهتر است برای جلوگیری از ایجاد خطا در اثر نویز، سایر اتصالات نیز کوتاه باشند.
  • در ایران دو نوع بورد DDS AD9850 وجود دارد که پتانسومتر یک مدل به صورت «نصب سطحی» (SMD) و پتانسیومتر نوع دیگر به صورت DIP و به رنگ آبی است. مداری که در این مقاله معرفی شده است با هر دو نوع بورد کار می کند.
  • بورد را فقط به آنتن وصل کنید و از متصل کردن آن با دستگاه های فرستنده یا گیرنده خودداری کنید.

.

مراحل ساخت و نیازمندی ها

ابتدا سخت افزار دستگاه را بسازید .سپس بورد آردینو نانو را با نرم افزاری که برای  Sweeper برد آردینو نانو بهینه کرده ام پروگرام کنید . بعد نرم افزار را روی کامپیوتر نصب کنید .دو نرم افزار sweeper وجود دارد که یکی نیاز به نصب دارد و دیگری بدون نصب اجرا می شود که هر دو از نشانی های داده شده در انتهای این مقاله دریافت می شوند.

برای شروع کار، بورد آردینو را با کابل USB به کامپیوتر وصل کنید. آنتن را به کانکتور BNC یا خروجی بورد متصل کنید. برنامه Sweeper را روی کامپیوتر اجرا کنید. کلید rescan را بزنید تا درگاه، بورد آردینو را پیدا کند. درگاه را انتخاب کنید. سپس باند یا بازه ی فرکانسی را انتخاب کنید و بعد کلید sweep را کلیک کنید تا منحنی رسم شود.

.نمونه ای از منحنی رسم شده و نتیجه ی ارایه شده توسط نرم افزار دستگاه تحلیل گر آنتن

.

من نرم افزار sweeper را با موفقیت روی «ویندوز 10» اجرا کردم ولی از چند و چون کارکرد آن روی سایر ویندوزها اطلاعی ندارم.

به تجربه مشاهده کرده ام که گاهی برای گرفتن منحنی مناسب باید چند بار با فاصله زمانی چند ثانیه ای sweep را کلیک کرد و نگه داشت.

در صورتی که کابل بین آنتن و آنالایزر طولانی بوده و افت کابل زیاد باشد، منحنی به مقدار "یک" برای SWR نزدیک می شود و یا در موقعیت هایی مانند شکل زیر، منحنی یک آنتن از نوع «لانگ وایر» با یک کابل طولانی و با افت زیاد در انتهای باند HF، به عدد یک نزدیک می شود که البته این اندازه گیری درست نیست و بهتر است آنتن را با کابل کوتاه تست کرد.

.

خطای اندازه گیری ناشی از تاثیر کابل طولانی آنتن در دستگاه تحلیل گر آنتن

.

لازم به ذکر است که تمام منحنی های بالا با مداری که نگارنده شخصاً ساخته است، بدست آمده اند.

.

نرم افزارهای لازم

نرم افزارهای این طرح را می توان از نشانی های زیر دریافت کرد:

.

دریافت
حجم: 1.89 کیلوبایت

DDS-Sweeper

دریافت
حجم: 161 کیلوبایت

DDS Sweeper Setup

دریافت

حجم: 53.5 کیلوبایت

Sweeper - EP4HR.

.

بـازه ی فرکانسی و دقت دستگاه

محدوده ی فرکانس کار دستگاه به نوع DDS بستگی دارد که با AD9850 تا 40 مگاهرتز است.

دقت دستگاه را نگارنده شخصاً با SWR-متر ساخت شرکت معروف MFJ و همچنین SX200 ساخت Diamond  با کسب نتیجه ی عالی مقایسه کرده است. به طور کلّی باید به یاد داشت که چون دقت این دستگاه به «پل مقاومتی» به کار رفته در آن بستگی دارد، با انتخاب سه مقاومت دقیق 50 اهم می توان به دقت کافی دست پیدا کرد.

.

هزینه پروژه

برآورد من از هزینه ی ساخت این دستگاه به شرح زیر است. تمام ارقام ارایه شده تقریبی هستند:

 

  • بورد «آردینو نانو»                                                  250 هزار ریال
  • بورد «آردینو دی.دی.اس.»                                       500 هزار ریال
  • افزاره های الکترونیک، فیبرمدارچاپی و جعبه                 150 هزار ریال

جمع  هزینه:                                                                       900 هزار ریال

.

.

مطالب مرتبط:

ساخت یک دستگاه آنالایزر آنتن

ساخت یک مدار فرکانس شمار

.

.

آخرین تغییرات:

.

.

.

.

در باره ی نویسنده:

.

حمیدرضا رحیمی دارنده ی مدرک کارشناسی ارشد مخابرات از دانشگاه شیراز است. او به مدت 25 سال در سمت های کارشناس و مدیر تحقیق و توسعه شرکت مخابرات راه دور  فعال بوده و برنده جایزه خوارزمی در ابتکار است.

حمیدرضا رحیمی از سال 1375 با «کالساین EP4HR» در ایران به فعالیت رادیوآماتوری می پردازد.

حمیدرضا رحیمی EP4HR

امکان تماس با نویسنده:

خوانندگان گرامی برای فرستادن پرسش ها  و نقطه نظرات خود به نگارنده می توانند از نشانی رایانامه ی ep4hr@yahoo.com  استفاده کنند و یا با ایشان در گروه های رادیوآماتوری در «تلگرام» تماس بگیرند.

 لوگوی گروه تلگرامی جامعه رادیوآماتوری

لوگوی گروه تلگرامی الکترونیک مخابرات

.

.

www. etesalkootah.ir ||   2016-08-26 © 

2015 www.etesalkootah.ir  © All rights reserved.

تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو،  تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه  استفاده  کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است.