A podłączając do jakiegoś starego RX wyjście wcz VNA zamiast VFO, a wyjście pośredniej do wejścia pomiarowego VNA i włączając tryb FILTER otrzymamy prosty analizator widma.

Celem uzyskania poprawnych odczytów w programie musiał bym dodać w programie parametr częstotliwości „pośredniej”. Jeżeli będa zainteresowani taką opcją to dodam ją w programie.

2.3 Opis konstrukcji miernika

Analizator posiada trzy złącza:

- DB9 - zasilanie z portu USB i komunikacja z komputerem PC przez złącze Centronics - LPT

- BNC50 - to wyżej na zdjęciu - VNA i wyjście wobuloskopu - tu podłączamy badaną antenę

- BNC50 - to niżej na zdjęciu - wejście wobuloskopu i sondy wcz w trybie generatora

Analizator do pracy wymaga podłączenia do komputera za pomocą portu LPT, istnieje jednak możliwość zastosowania dodatkowych opcji i wykonywania pomiarów z użyciem modułu LCD albo komputera który ma tylko port USB - dodatkowe opcje w przygotowaniu

Przykładowy pomiar anteny.

2.4 Do czego podłączyć VNA

http://sp3swj.googlepages.com/VNA_LEGO.pdf

3 Dokumentacja

3.1 Schematy

3.1.1 Schemat VNA

VNA3p2_schemat.pdf

3.1.1 Kabel połączeniowy PC -VNA

zalecany sposób „parowania” przewodów w przypadku zastosowania przewodu skrętka komputerowa - mniejsze wzajemnie śmiecenie między kablami.

od strony DB9 podaję które kabelki dać razem

1 Zasilanie do USB zasilanie

2 DDS FQUD (enable) 4 pin LPT

3 DDS CLOCK 3 pin LPT

4 sterowanie PTT 1 pin LPT

5 DDS DATA 2 pin LPT

6 ADC Chip Select CS 6 pin LPT

7 ADC data PHASE 13 pin LPT

8 ADC data MAGNITUDE 12 pin LPT

9 ADC CLOCK 5 pin LPT

obudowa GND

3.2 PCB - zdjęcie

Zdjęcie PCB

3.3 PCB - widoki

Widok PCB od strony elementów - VNA3p2_top_e.pdf

Widok PCB od spodu - VNA3p2_bottom_e.pdf

Widok PCB od strony elementów - opisy elementów - VNA3p2_top_opisy.pdf

3.4 Spis elementów

3.4.1 wg kolejności oznaczeń

VNA3p2_spis.pdf

3.4.2 wg zalecanej kolejności montażu

VNA3p2_spis_m.pdf

Uwaga !!! w uwagach zaznaczone jako TEST MIERNIKIEM oznacza przed tym krokiem wykonanie pomiarów opisanych w poradach montażowych ../IW3HEV/VNA3p_montaz/IW3HEV_VNA_3_porady.htm

3.4.3 Zestawienie ilościowe

VNA3p2_spis_e.pdf

3.5 Co gdzie kupić

Bardzo przydatne porady udziela Darek SP7DPT na swojej stronie WWW : http://www.piwnica.net/sp7dpt/analizator.htm zwłaszcza co gdzie można kupić. Dlatego tych informacji u siebie nie będę już powielał.

4 Montaż układu

4.1 Przygotowanie płytki

4.2 Porady montażowe

4.2.1 Nawinięcie sprzęgacza

Ø Uzwojenia starać się nawinąć ciasno

Ø Przewody skręcać i lutować maksymalnie blisko przy rdzeniu

Ø te dwa czerwone druty idą na wprost

Linki z przykładami nawinięcia:

http://www.sp2swj.sp-qrp.pl/IW3HEV/VNA3p/DC/DC_IW3HEV.htm

http://www.sp2swj.sp-qrp.pl/IW3HEV/VNA3p/DC/Dir_Coupler_Ramsey.pdf

http://www.sp2swj.sp-qrp.pl/IW3HEV/VNA3p/DC/DC_IW3HEV_how_do_2.htm

4.2.2 Lutowanie scalaków SMD o drobnym rastrze

4.2.3 Kolejność montażu

Porady montażowe są na razie dostępne jedynie do poprzedniej wersji PCB VNA3p.

../IW3HEV/VNA3p_montaz/IW3HEV_VNA_3_porady.htm

Generalnie do czasu zaktualizowania porad montażowych można posługiwać się powyższym opisem.

Zanim przystąpimy do montażu warto na spokojnie popijając herbatkę poczytać ten opis.

Należy jednak pamiętać o

Ø Kolejność montażu robimy wg zaleceń ze VNA3p2_spis_m.pdf

Ø Generator kwarcowy wygodniej jest lutowac po dławikach - jeżeli nie mamy bardzo cienkiego grotu

Ø gniazdo DB9 wlutowujemy do PCB już bez odginania nóżki i nie robimy pajaka

Ø doszło kilka elementów ( dławiki kondensatorki rezystorki)

Ø inaczej ułożone są gniazda BNC

Ø diodę zenera montujemy za bezpiecznikiem równolegle do zasilania - nie ma jej na schemacie - będzie na zdjęciach

Ø na wejściu AD8302 montujemy rezystorki 51 om a potem na koniec robimy procedurę kalibracji

Ø kalibracja >>> programowa >>> sprzętowa

Regulację sprzętową (kalibrację) układu zostawiamy sobie na sam koniec - jak już będzie działał poprawnie

5 Uruchomienie

5.1 Pierwsze włączenie

5.1.1 Zanim podłączymy PCB do PC

Ø Sprawdzić czy na linii zasilającej nie ma zwarcie

Ø podłączyć do zasilacza 5V - pobór prądu powinien być około 90 mA

Ø zainstalować program - opis poniżej

5.1.2 Instalowanie oprogramowania

Program jest dla środowiska WINDOWS 98 i XP - (z WINDOWS 2000 podobno są jakieś problemy).

Należy wykonać poniższe czynności w następującej kolejności:

1. Przed zainstalowaniem oprogramowania należy najpierw zmienić rodzaj punktu dziesiętnego, standardowo w polskim Windows jest przecinek. Bez tej zmiany program nie będzie działał.

2. Uruchamiamy START >> USTAWIENIA >> PANEL STEROWANIA >>>> SYSTEM

3. Następnie klikamy OPCJE REGIONALNE I JĘZYKOWE

4. Następnie klikamy DOSTOSUJ i zmieniamy punkt dziesiętny z przecinka na kropkę

5. Po ustawieniu symbolu dziesiętnego jako KROPKA wszystko zatwierdzamy

6. Teraz instalujemy program - najpierw w wersji 224 - po to żeby do systemu WIndows zostały wgrane niezbędne pliki systemowe - tu jest INSTALKA 224 << kliknij żeby uruchomić instalację

7. Po zainstalowaniu i sprawdzamy że program 224 się uruchamia - możemy go zamknąć - nie używamy go

8. Możemy już pobrać z najnowszą wersję programu 140 która obsługuje VNA zarówno w wersji LPT jak i w wersji USB

9. Program składa się z dwóch plików które musza być w tym samym katalogu !!!

a. analyzer1xx.exe - właściwy program

b. analyz.ini zapis ustawień konfiguracyjnych

10. Instalujemy program - czyli klikamy na link do tego INSTALKA 140 albo INSTALKA 300 << kliknij żeby „uruchomić instalację”

11. Rozpakowujemy program do dowolnego katalogu jaki nam się podoba - ten program możemy uruchamiać z dowolnego katalogu w którym się znajduje.

12. Następnie otwieramy katalog do którego wgraliśmy program.

13. UWAGA !!! Jeżeli używamy innego portu LPT niż numer 1 to wykonujemy krok 14

14. W pliku Analyser.INI należy sprawdzić czy podany jest odpowiedni numer portu LPT. Klikamy dwa razy na plik Analyser.ini i wpisujemy odpowiedni numer portu LPT. Domyślnie wpisany jest port numer 888 dla portu LPT1

[PORTSETTING]

' Port Type 1 = LPT 2=RS232

Port_type=1

LPT_address=888 'printer port address 1 byte 888 decimal is LPT1 378h

RS_address=1 'serial port address number COM1 is 1

Jeżeli mamy wersję z komunikacją przez RS232 - trzeba ustawić odpowiednie numerki

15. Dopiero teraz jesteśmy gotowi do uruchomienia programu analizatora - klikamy na plik EXE.

5.1.3 Podłączenie VNA do PC

Dopiero jak wiemy że urządzenie nie pobiera za dużego prądu ( <80 mA) w trybie „jałowym”

i program działa możemy przystąpić do następnego kroku.

Uruchomieni mirnika wykonujemy zawsze w następującej kolejności

podłączamy kabel DB9 do VNA
podłączamy kabel DB25 do portu LPT komputera PC (komunikacja)
Podłączamy kabel do portu USB (zasilanie 5V)
Podłączamy terminator 50 om do środkowego złącza BNC - port VNA - WYJŚCIE
Uruchamiamy program - program zawsze na końcu !!!
Po uruchomieniu przekaźnik zawsze kilkakrotnie „zaklika” - taka dodatkowa funkcja od wersji 1.3.2
Poprawnie zmontowany układ zawsze startuje od pierwszego włączenia !!!!
W prawym dolnym rogu programy włączamy widoczność RL i PHASE
Ekran programu wygląda mniej więcej tak :-)

5.1.4 Pierwsze pomiary testowe

rozdział do uzupełnienia ...

http://www.sp2swj.sp-qrp.pl/IW3HEV/VNA3p_montaz/VNA_pomiary.htm

http://www.sp2swj.sp-qrp.pl/IW3HEV/VNA3p_montaz/VNA3p_Pomiary_wzorcowe.htm

5.2 Kalibracja programowa

Program posiada kilka istotnych parametrów ustawianych w pliku INI. Teksty wpisywane po średniku są komentarzami.

Jeżeli miernika używamy tylko do pomiaru anten to możemy pominąć korektę częstotliwości generatora - gdyż wynosi ona najwyżej kilkaset Hz i nie ma znaczenia przy pomiarze anten.

5.2.1 Korekta częstotliwości generatora

Standardowo dla zegara DDS 30 MHz w pliku INI musi być wpisane 180000000 Hz

DDS_CLOCK=180000000

'DDS clock in Hz

' for 30MHz VNA AD9851 30000000x6=180000000

' for 25MHz VNA AD9851 25000000x6=150000000

Jeżeli już zrobimy obudowę i wygrzejemy nasz miernik - możemy dokonać odpowiedniej korekty częstotliwości generatora

W trybie pracy GENERATOR ustawiamy dowolna częstotliwość
Mierzymy naszym zaufanym miernikiem - radyjkiem itp... notujemy pomiar
Zamykamy program i robimy obliczenie wg wzoru poniżej
nowy_wpis_do_INI = stary_wpis_w_INI * zmierzone / ustawione_do_generowania
Robimy korektę w pliku INI - zapisujemy plik INI
Uruchamiamy program VNA ponownie
uruchamiamy GENERATOR i kontrolujemy efekty korekty

5.2.2 Korekta offsetu Return Loss - FILTER

RL_OFFSET_filter=15.5

'set for OUT----IN connected in FILTER mode an ZERO readout for RL

Wartość parametru RL_OFFSET_filter trzeba tak skorygować żeby po zapięciu kablem testowym WYJŚCIE i WEJŚCIE miernika dawało odczyt 0dB.

---- porty spięte kablem --- --- oba porty otwarte ---

5.2.3 Korekta offsetu Return Loss - VNA

RL_OFFSET_vna=0

'set for SHORT port in VNA and ZERO readout for RL

Jeżeli nasze VNA działa poprawnie i pomiar terminatora 50 om dają pomiar w pobliżu 50 omów , a pomiar terminatora 200 om daje pomiar w pobliżu 200 omów to robimy następujące czynności:

W pliku INI wpisujemy wartość parametru RL_OFFSET_vna = 10
Uruchamiamy program VNA
Na wyjściu VNA robimy ZWARCIE - najlepiej terminatorem ZERO omów
Robimy pomiar Return Loss - pomiar powinien być z pobliżu 10
Odczytujemy wartość pomiaru RL najbliższą wartości ZERO przykładowo 9.24
obliczamy wartość offsetu RL_OFFSET_vna = 10 - 9.24 = 0.76
Do pliku INI wpisujemy RL_OFFSET_vna =0.76 koniecznie z KROPKĄ !!!!!
Restartujemy program VNA i robimy pomiar kontrolny terminatora ZWARCIE
Odczyt RL w całym paśmie 1-60 MHz powinien być w pobliżu ZERO - sprawdzamy to za pomocą markerów

GOTOWE - teraz można przystąpić do kalibracji sprzętowej

5.3 Kalibracja sprzętowa

Na wejściu układu AD8302 są dwa rezystory ( około 50 om) i trzeba je dobrać na najlepsze wskazania miernika.

Jeżeli jesteśmy leniwi to ten etap można całkowicie pominąć i wlutować po prostu dwa rezystorki 50 om na każde z wejść - miernik będzie mierzył naprawę całkiem dobrze jak na amatorską konstrukcję, a pomiary anten będą całkiem dobre .

5.3.1 Kolejność czynności

Jeżeli zależy nam na wyciśnięciu maxa z naszego miernika i nasze wzorcowe terminatorki 50om i 200om są „wzorcowe” to zalecana jest jednak regulacja obu wejść pomiarowych układu AD8302. Robimy to w następującej kolejności:

Na początek używamy R=51 om na obu wejściach AD8302
Robimy pomiary terminatorków 50 i 200 omów - pomiary VNA w trybie ANTENA powinny być przybliżone
Robimy kalibrację programową parametru RL_OFFSET_vna
Robimy kalibrację dla pomiaru 50om i 200 om opisane poniżej

Ostatnie próby, pomiary i testy zamieszczę jak jeszcze raz zrobię procedurę kalibracji. Ostatnio wyszły mi wartości

Ø R dla PHASE wyszedł mi 51 + 3300 om (=50,2 oma)

Ø R dla MAGNITUDE wyszedł mi 51 + 1000 om (=48,5 oma)

ale niestety zapomniałem zrobić najpierw procedury programowej :-) ot pośpiech....

Do niedawna stosowałem na wejściu VNA BIG SANDWICH 100+220+220 (=52,3om) i potem robiłem korekcję. Stosując taka kanapkę mamy tą niewątpliwą zaletę że rezystory mają większą obciążalność i lepiej chronią AD8302 przed podaniem zbyt dużej mocy, wada jest to że taki R ma większe pojemności rzędu kilku pF.

Do przeprowadzenia regulacji niezbędne będą co najmniej dwa terminatorki i mały potencjometr montażowy - najlepiej SMD.

Niezbędne wyposażenie:

Ø Terminatorek 0 om - zwarcie

Ø Terminatorek 25 om

Ø Terminatorek 50 om

Ø Terminatorek 75 om

Ø Terminatorek 100 om

Ø Terminatorek 200 om

Ø Terminatorek 300 om

Ø potencjometr montażowy (1kom lub 5 kom - wartość zależna od sposobu kalibracji) - a najlepiej dwa PR-ki SMD :-)

Przed przystąpieniem do kalibracji upewniamy się że oba rezystory na wejściu AD8302 maja wartości około 52 omy, a układ działa poprawnie. W sprawnym VNA pomiary są wykonywanie poprawnie - czyli niewiele różnią się wartościami pomiarów.

Na potrzeby przeprowadzenia regulacji dolutowujemy dwa PR-ki równolegle do obu rezystorków na wejściu AD8302.

Na wejściu AD8302 mogą być 51om albo BIG-SANDWICH 100-220-220 - >>> polecam jednak 51 om.

5.3.2 Kalibracja wejścia PHASE

Na port pomiarowy VNA zapinamy terminator wzorcowy 50om i regulując wartością potencjometru równolegle podłączonego do rezystora ustawiamy wskazania PHASE na najbardziej zbliżone do środka ekranu. Żeby pomiar był łatwiejszy można włączyć obydwa markery i ustawiać na jednoczesny pomiar równy Z = 50 om dla obu markerów.

Należy pamiętać że układ jest na tyle czuły że jak wykonamy kilka pomiarów dla kilku terminatorów to będą one różne :-)

W domowych warunkach najlepiej użyć terminatorka wykonanego z dwóch rezystorów SMD 100om 1%.bezpośrednio na wtyczce BNC

5.3.3 Regulacja uzwojeń sprzęgacza

Uzwojenia powinny być rozłożone równomiernie i ciasno, tak żeby same się nie przesuwały. Jeżeli nie mamy wkrętaka deramicznego lub innego dielektrycznego to lepiej używać wykałaczki niż metalowym śrubokrętem pociachać izolację/

Niewielkie zmiany w ułożeniu uzwojeń powodują zmiany charakterystyki PHASE. Tak ustawiamy uzwojenia żeby wykres PHASE byłjak najbardziej płaski i w pobliżu środka ekranu - czyli 90 stopni.

Regulację uzwojeń trzeba robić trochę „na anemika” ponieważ pomiary są odświeżane na ekranie 2 razy na sekundę i ważne jest żeby nie przegapić dobrego ustawienia uzwojeń.

Po ustawieniu uzwojeń można jeszcze raz sprawdzić jakie będzie optymalne ustawienie PR-ka od wejścia PHASE

5.3.4 Kalibracja wejścia MAGNITUDE

Po ustawieniu pomiary PHASE ustawiamy pomiar MAGNITUDE. Podłączmy terminator 200 om i regulujemy rezystorkiem MAGNITUDE na uzyskanie najlepszego pomiaru testowanej rezystancji Z=200 om

następnie dokonujemy pomiarów kontrolnych dla terminatorków 100om 25om i 50om

5.3.5 Kalibracja - podsumowanie

Sprawdzamy następnie następujące kroki jeszcze raz:

Kalibracja programowa RL_OFFSET_vna
Kalibracja wejścia PHASE
Kalibracja wejścia MAGNITUDE
i tak do upadłego aż nam się znudzi :-)

Po wykonaniu regulacji należy wymienić potencjometry na rezystorki SMD, pozostawianie potencjometrów jest nie wskazane !!!

Uzwojenie sprzęgacza najlepiej jest zabezpieczyć - klej wosk - co kto uważa że jest najbardziej dielektryczne. Jeżeli uzwojenia mamy nawinięte ciasno - to będą się same trzymały na właściwej pozycji.

6 Rozwiązywanie problemów

6.1 Kontrola napięć zasilających

tabela z pomiarami

http://sp3swj.googlepages.com/VNA_POMIARY_NAPIEC.pdf

6.2 Kontrola kabli sygnałowych

Ø Przedzwonić „piszczkiem” kable od wtyczki DB25 aż na ścieżki PCB

Ø Sprawdzić czy żadna linia nie ma zwarć

6.3 Kontrola napięć w istotnych punktach

tabela z pomiarami

http://sp3swj.googlepages.com/VNA_POMIARY_NAPIEC.pdf

6.4 Testowanie DDSa AD9851

Sprawdzić czy DDS generuje - prosty test:

Ustawić tryb generatora - włączyć generator
Ustawić 5 kHz
Uszykować słuchawkę i kondensatorek 100nF na wejściu słuchawek
obsłuchać słuchawką wyjście DDS - powinien być słyszany sygnał

6.5 Testowanie wzmacniacza LT1252

6.6 Testowanie ADC TLC1549

VNA testowanie ADC

sprawdzamy czy mamy dobrze zalutowany kabel LPT-VNA - dzwonimy wprost na nogi scalaka
podłączmy VNA do LPT i USB
sprawdzamy zasilanie na 8 nodze obu scalaków TLC 1549 czy jest 5V
sprawdzamy na nodze 1 czy jest napięcie 1,8V - dokładnie
sprawdzamy czy przełączają pomiędzy trybem ANTANA FILTER pstryka przekaźnik
wyłączamy program
odłączamy VNA
podlutowujemy układ do wymuszania napięcia na wejściu ADC
podlutowujelmy ukłąd do VNA do scalaków TLC
podłączmy VNA do LPT i USB
nasze scalaki TLC1549 mierzą - napięcie około 0,7 V
uruchamiamy program
włączmy tylko wykresy RL i PHASE
na rysunku powinny być widoczne dwie kreski RL i PHASE
RL na poziomie -15dB
Phase na poziomie 90 stopni