/!\ Vorläufig / Preliminary, work in progress /!\

YANA SNA Bluetooth

Durch Zufall habe ich in der Gruppe PHSNA (Poor Ham's Scalar Network Analyze) von dem Scalar Vector Analyzer YANA (Yet Another Network Analyzer) erfahren. Diese Vorteile haben mich zum Nachbau angeregt:

  1. Kostengünstig (ca. 60 EUR)
  2. Gute Bauanleitung
  3. Grafisches Farb-Display
  4. Einknopf Bedienung
  5. Portabler Einsatz

Nachteil:

  1. Keine Daten Schnittstelle

Diesen Nachteil konnte ich umgehen, mit einem preisgünstigen (ca. 5 EUR) Bluetooth Interface HC06 an der seriellen Schnittstelle, und der Java Software VNAJ von DL2SBA.

Die Vektor Eigenschaft kann da zwar nicht genutzt werden, aber man kommt auch so zu einer detaillierten Auswertung.

SWR = Standing Wave Ratio = StehWellenVerhältnis (SWV)

attachment:Yana_Housing_SWR_DSC07028.jpg

Daten:

  1. Frequenzbereich: 0,1 - 65 MHz
  2. Batterie (Akku) Betrieb mit 7 - 9 V
  3. Wichtige Baugruppen gibt es als fertige Module

  4. SMA Stecker
  5. Stehwellen Meßbrücke als Vorsatz
  6. Bauanleitung für einen 10 MHz Oszillator zum Pegel kalibrieren

  7. Auswertung mit Markern
  8. Betriebsarten: Scalar Network Analysis, Standing Wave Ratio, Power Level

Auf dem Bild rechts ist das Gerät zu sehen, mit SWR-Brücke. Ein Klick auf das Bild vergrößert es.

Zur etwa gleichen Zeit, hatte ich mir einen preisgünstigen (ca. 160 EUR) 3D-Drucker (Firma Anet, Modell A8) gekauft, um hauptsächlich Gehäuse für Elektronik Schaltungen passgenau zu bauen. Das war bisher nicht einfach, ein passendes Gehäuse zu finden, und dann die Ausschnitte zu machen. Das sollte jetzt einfacher werden. Es was dann doch nicht so einfach, aber man lernt ja dazu.

attachment:Yana_PCB_upper_DSC06948.jpg

/!\ Ein Maus Klick auf einem Bild vergrößert es. Anhänge werde damit heruntergeladen. Ein Programm Listing wird damit color coded dargestellt.

/!\ Update 2017-07-29 (Version 1.1): Die Arduino Nano Analog Referenz Spannung AREF wurde von 5 V auf 3,3 V geändert um für weitere Verbesserungen gerüstet zu sein.

Es wurde noch ein 65 MHz Anti-Alias Tiefpass-Filter von N2PK Dokumentation eingebaut, um die Anti-Alias Frequenz zu dämpfen, siehe das Datenblatt vom AD9851.

/!\ Update 2017-08-17 (Version 1.2): Beim Modul AD9851 wurde der Parallel-Widerstand zu R6 von 3k9 auf 10k geändert, um ein Amplituden Clipping bei Fehlanpassung am Ausgang zu verhindern.

Die I/O Ports A3 - A6 sind reserviert für eine geplante VNA Erweiterung mit einem AD8302 Modul.

Aufbau

Hier übersetze ich der Einfachheit halber zum Teil die englische Anleitung. Die Original Anleitung des Autors Tom K1TRB mit weiteren Details findet man hier (Yana_Build_Compressed.pdf).

Im Gegensatz zu Tom, der hauptsächlich mit Lochraster Platinen arbeitet, versuche ich mit einer mit Eagle V.7.5 (Versionen für Linux, Mac OS und Windows verfügbar) entwickelten Basis Platine die Verdrahtung zu minimieren, und damit den Aufbau zu vereinfachen.

Die Module

Diese Vorgehensweisen sind für den Einsatz der Module unerlässlich. Lesen Sie alle Anweisungen mit Teilen in der Hand, bevor Sie etwas tun (d.h. an die Teile gewöhnen und wie Sie zusammen passen).

  1. Basis Platine

Das Baseboard ist eine doppelseitige Platine. Die Kupfer Oberseite dient der Abschirmung und als Masse Fläche.

Es wurde eine geätzte Unterseite der Platine erstellt, um die Verdrahtung zu vereinfachen. Zuerst sollten die Sockel Leisten für die Module Arduino Nano Ver.3, AD9851 (HF-Generator) und Bluetooth Modul HC06 bestückt werden. Am Besten plaziert man zuerst die Sockel Leisten und drückt die Module in die Sockel Leisten. Dann erst verlötet man die Sockel Leisten auf der Unterseite. So hat man gleich eine gute mechanische Passung von Sockel Leiste zum Modul.

Siehe den Schaltplan auf der rechten Seite, oder für bessere Qualität klicke auf den PDF file.

attachment:Yana_BT_sch_2018-07-29.png

Auf der Oberseite sitzen die Module:

  1. Arduino Nano Ver. 3: Wenn man den Arduino Nano Ver.3 preisgünstig in China via Ebay kauft, hat er als USB-UART Konverter meist den IC CH340. Dieser hat leider einen Nachteil gegenüber dem IC FT232 von FTDI, dass er keine LED Ausgänge für die Anzeige der übertragenen seriellen Daten hat.
    /!\ Meine Empfehlung ist, die Nano 3 Variante mit dem USB-Serial Wandler FT232 zu bestellen, selbst wenn das Modul dann 1,50 EUR mehr kostet.

Bei der CH340 Verwendung hat der chinesische Hersteller die LED's per 1 KOhm Widerstand direkt an die Daten Leitungen angeschlossen. Den genauen Schaltplan kann man sich herunterladen.

Da aber seriell in den Daten Leitungen nach dem CH340 ein 1 KOhm Widerstand liegt, und dann erst diese Signale auf den Pin's 1 und 2 als RX und TX zugänglich sind, verfälscht diese Last den Signal Pegel. Konkret wird der untere Signal Pegel angehoben.

Der ATMega328 Prozessor verkraftet das zwar, aber wenn ich ein Bluetooth Modul oder einen Logic Analyzer anschließen will funktioniert die serielle Datenübertragung nicht mehr.

attachment:Arduino_Nano_CH340_Mod_DSC07026.jpg

Wegen des ungünstigen Low-Pegels bei der Nano CH340 Version habe ich die Schaltung mit den LED's modifiziert, indem ich die 1 KOhm Widerstände gegen 2K2 (SMD) ausgetauscht, und an 3V3, Pin 14 angeschlossen habe (anstatt original an 5V). Siehe das Bild rechts, für die Bauausführung.

Damit sollte jetzt in den meisten Fällen wieder eine sichere Datenübetragung unter besonderen Bedingungen funktionieren.

Als weitere Ergänzung zum original Projekt Yana, habe ich eine Spannungsmessung der Batterie Spannung hinzugefügt.

Dazu wird ein Spannungsteiler (2 x 22 KOhm 1%) an Pin A7 angeschlossen. Bei dem Prototyp habe ich das direkt auf der Platine des Arduino Nano gemacht.

Bei einem neuen Aufbau, kommen die Widerstände unter die Basis Platine.

attachment:Yana_AD9851_Mod_DSC07049.jpg

  1. DDS Module AD9851: Drehen Sie die blaue Potischraube (Pfeil rechts) ganz nach rechts. Damit wird sichergestellt, dass der Komparator nicht auslöst. Wenn der Komparator ausgelöst wird, wird eine Menge von HF-Rauschen erzeugt.

Der Symmetrier-Transformator wird eingesetzt, um den Ausgang Pegel um 6 dB anzuheben (Impedanz Anpassung 200 -> 50 Ohm) .

Auf 6 dBm wird die Signalspannung angehoben, indem ein 10K 0805 SMD Widerstand parallel mit R6 (linker Pfeil) gelötet wird. Wenn Sie keine Klemmpinzette haben, gehen Sie zum Medikamentenschrank und leihen Sie sich eine Pinzette. Verzinnen Sie die Spitze des Lötkolbens. Halten Sie den Widerstand 10K über R6 (Enden ausgerichtet) mit der Pinzette und erhitzen Sie ein Ende von R6 gerade genug, um den Lötdraht (möglichst 0,3 mm Durchmesser) zu schmelzen. Angesichts meiner alten, schüttelnden Hände habe ich das Handgelenk der Pinzette gegen die Tischplatte gestützt. Mein Lötarm war gegen den Tischrand gestützt. Ein Ende des Widerstandes 10K wird an einem Ende von R6 verlöten. Setzen Sie den Lötkolben schnell ab, da das Schmelzen beider Enden R6 bewegt. Nachdem ein Ende angeheftet ist, löte das andere Ende an. Es muss nicht schön aussehen. Einer meiner 10K Widerstände auf R6 ist über die Seite von R6 gekippt. Aber es funktioniert.

Da ein Symmetrier-Transformator eingesetzt wird, muss das vorhandene Tiefpass Filter ausgebaut und überbrückt werden, siehe das Bild rechts. Es geht um:

Ziehe einen dünnen Draht von Lötpunkt R4 (IOUT) zu R5 (Z_OUT), siehe Bild rechts.

Zur Anti-Alias Unterdrückung sollte dann wieder ein Tiefpass Filter (Grenzfrequenz = 60 MHz) nachgeschaltet werden, siehe Schaltplan. Das Design stammt von N2PK. Um den Platzbedarf auf der Platine klein zu halten, wurden für die Induktivitäten (150 nH) SMD Bauteile eingesetzt. Aus Kostengründen wurden hier 2 Induktivitäten in Reihe geschaltet, damit man entweder vorhandene Induktivitäten (z.B. 100 + 47 nH) nutzen kann, oder wie in meinem Fall ein günstiges Angebot auf Ebay nutzen kann (z.B. 68 nH).

attachment:Yana_AD8307_BAV99_DSC07074.jpg

  1. Detector Module, AD8307: Der Detektor muss 50 Ohm Eingangswiderstand haben. Zur Zeit ist leider nur ein 100 Ohm Widerstand verwendet worden. Dann muss ein 100 Ohm 0805 SMD-Widerstand parallel zum vorhandenen 100 Ohm-Widerstand eingelötet werden. Achten Sie darauf, vorher den Wert des installierten Widerstands zu messen, um sicherzustellen, dass es 100 Ohm sind. Die Modifikation erfolgt genauso wie bei R6 auf dem Modul AD9851. Wenn der Widerstand etwa 50 Ohm hat, überspringen Sie diese Änderung.

Die Ausgangsspannung bewegt sich im Bereich von circa 0.25 - 2.25 V.

Zusätzlich kann man noch einen Überspannung Schutz mit der Doppeldiode BAV99 (SMD code KJE B8) einlöten, siehe Bild rechts. Das ist für Antennen Messungen sehr sinnvoll.

.

attachment:Yana_board_lower_RF_DSC06950.jpg

Um die SMA Buchsen optimal in der Gehäusewand zu platzieren, geht man folgendermaßen vor, siehe Bild rechts:

.

attachment:Yana_board_lower_DSC07031.jpg

Die Montage des AD8307 Moduls geht wie folgt, siehe auch Bild rechts für die Abschirmung:

attachment:Yana_housing_open_DSC06952.jpg

  1. TFT Modul: Es wird ein 10 cm langes Kabel (8-polig, mit Pfosten Buchsen) auf der oberen Seite aufgesteckt und das andere Ende mit der Basis Platine verlötet, und mit Heißkleber gegen Abbrechen gesichert, siehe Bild rechts. Bei der Gehäuse Montage schiebt man das TFT Display mit der unteren Kante in den L-Winkel vom Gehäuse Deckel, und klinkt das Display in den Ausschnitt im Deckel ein. Die obere Kante des TFT Displays wird nach der Montage des Deckels von 2 Haltern im Gehäuse gestützt.

  2. Rotary Encoder Modul: Es gibt einen 2-poligen Anschluss (Pin) Schalter und einen 3-poligen Anschluss (Pin) Encoder. Einen Pol von dem Schalter Anschluss verbindet man mit dem mittleren Pin des Encoders, das ist der 0V Anschluss. Ein 10 cm langes 4-adriges Kabel mit Pfosten Buchsen am anderen Ende, lötet man an den Pins an, und steckt die Pfosten Buchsen auf die passenden Pfosten auf der Basis Platine. Dann testet man mit dem gestarteten Programm die Drehrichtung des Encoders. Im Uhrzeigersinn sollten die Zahlen (z.B. Frequenz) größer werden. Wenn das umgekehrt ist, vertauscht man bei dem 3-poligen Anschluss die äußeren Pins. Zum Schluss wird der Kabel Anschluss am Encoder mit Heißkleber gegen Drahtbruch gesichert.

  3. DDS Ausgang: Wenn man nicht das fertige Filter DLF4000 hat, dann benutzt man den Doppelloch Kern mit der Anleitung von K1TRB, oder den im Schaltplan angegeben Ringkern.

Gehäuse

Das Gehäuse wurde mit dem Anfangs erwähnten 3D Drucker mit transparentem Filament gedruckt, damit man noch die LED's im Inneren des Gehäuses sehen kann. Damit hat man sich eine Mengen Arbeit mit den Gehäuse Ausschnitten gespart. Ebenso ist die Befestigung des TFT Displays sehr einfach geworden.

Als CAD Programm setze ich FreeCAD Version 0.16 ein. Im Bild rechts ist ein screen shot von dem Gehäuse in 3D.

Als Slicer setze ich Cura Version 14.7 ein, die von dem 3D-Drucker Hersteller empfohlen wurde, und dafür einen passenden Parametersatz liefert.

attachment:Yana_Housing_3D.png

Zum nachdrucken und eventuellen ändern des Gehäuses folgen die notwendigen Files:

Software

attachment:Yana_Antenna_multiband_DSC07075_320.jpg

Die Arduino Software YANA_BT.ino, Version 2017-07-25 kann man herunterladen. Mit Maus Klick auf den Filenamen kann man das Programm color coded ansehen.

Auf dem Bild rechts sieht man den scan von 1 bis 30 MHz von einer Multiband Antenne. Der SWR Maßstab ist von maximal 8 auf 4 reduziert worden, um die vertikale Auflösung voll zu nutzen. Wenn man jetzt Push drückt, werden unten im Diagramm 5 Zeilen angezeigt.

  1. Tune: Hier kann man mit dem Drehknopf die Frequenz ändern, und bekommt dabei das gemessene SWR angezeigt.

  2. Min: Die Frequenz mit dem kleinsten SWR Wert wird angezeigt.

  3. Max: Die Frequenz mit dem größten SWR Wert wird angezeigt.

  4. Left Markierung: Frequenz an der linken Markierung (vertikale grüne Linie).

  5. Right Markierung: Frequenz an der rechten Markierung (vertikale grüne Linie).

  6. Die rote vertikale Linie zeigt die Mitte des Frequenzbandes

Als Erweiterung zu der Original Programm YANA_AD9851_170211.ino wurde noch dazu programmiert:

  1. Spannungsmessung der Versorgungsspannung von 7 - 9 Volt. Im Bild rechts wird aktuell 7.47V angezeigt. Dabei wurde eine farbige Markierung der Schrift eingesetzt, um bei dem Einsatz von NiMH Akkus den Ladezustand anzuzeigen:

    • Grün = 100 - 20% Ladezustand
    • Gelb = 20 - 5% Ladeszustand
    • Rot < 5% Ladezustand

attachment:VNAJ_VNArduino_KW_Antenne.png

  1. Fernsteuerung über die USB Schnittstelle oder Bluetooth Modul HC06 von dem Programm VNAJ von DL2SBA. Das Programm VNAJ ist in Java geschrieben, und läuft unter Linux, Mac OS und Windows. Es arbeitet mit Amplitude und Phase, wobei hier nur die Amplitude der Messung genutzt wird. Als Beispiel siehe das Bild rechts, die Stehwellen Messung Messung einer Kurzwellen Multiband Antenne.

    • Die Bluetooth Reichweite kann in der Praxis im Freifeld bis 40 m gehen.

YANA Bedienung

YANA wird mit einem Dreh-Encoder mit Druck-Schalter bedient. Dabei ist folgende Bedienung vorgesehen:

Es gibt folgende Aktionen zu Hold:

attachment:Yana_Home_screen_DSC07021.jpg

HOME Bildschirm (R)

Der Bildschirm rechts wird als HOME-Bildschirm bezeichnet. Die obere Zeile heißt Kommando Zeile. Andere Zeilen heißen Frequency Lines. Der HOME-Bildschirm wird mit mehreren möglichen Optionen angezeigt.

/!\ Hinweis: Die Batteriespannung wird im oberen rechten Teil des Bildschirms angezeigt. Es wird angenommen, dass der Einsatzbereich 7-9 V beträgt und die prozentuale Ladung auf NiMH-Akkus kalibriert wird:

Ich habe festgestellt, dass unter 7 V der 5 V Spannungsregler nicht mehr funktioniert, was radikal die Meß- Genauigkeit verschlechtert. Für zwei in Serie verbunden 18650 Li-Ion-Akkus benutze ich Yana bis die Spannung auf ca. 6,9V sinkt.

  1. Angenommen, wir möchten einen 30 MHz (High Frequency) Antennen-Tiefpassfilter über Yanas gesamte Frequenz Spanne messen, um fehlerhafte Reaktionen und niedrige Dämpfung zu finden. Der linke Bildschirm unten überstreicht die gesamte Bandbreite von Yana mit dem Scalar Network Analyzer (SNA) Instrument mit den angegebenen Frequenzen (S) in Start / Finish Mode. Das Raster (10) hat 10 dB Schritte, und Yana ist im Run (R) Modus. Die Startfrequenz beträgt 50.000 Hz und die Finish Frequenz ist 70.000.000 Hz. Die linke Markierung ist bei 14,04 MHz und die rechte Markierung bei 56,01 MHz: 1/4 Durchgang durch den Frequenz Bereich. Yana verwendet das SNA-Instrument mit Start- / Finish-Frequenzen mit 10 dB-Schritten auf dem Diagramm. Yana ist bereit, den Sweep laufen zu lassen. Mit Hold auf Run (R) wird dann gestartet.

attachment:Yana_Mode_screens.png

Jedes Mal, wenn Yana startet, ist der gespeicherte Zustand der Ausgangspunkt.

  1. Zweiter Bildschirm: Angenommen, wir wollen die Antwort eines 80m Bandpassfilters messen, einschließlich der Reaktionen an den Bandkanten und den Flanken des Filters bis zu 1,25 MHz von der Mitte des Bandes. Der zweite Bildschirm zeigt Yana im SNA-Modus, mit Frequenzen (C) in Center / Radius-Mode. Der Graph ist gesetzt auf (3), um Gitter Schritte von 3 dB zu haben. Yana scanned das 80m Band von 2,5 MHz auf 5 MHz (zentriert bei 3,75 MHz mit Radius 1,25 MHz pro Strecke von diesem Zentrum) mit Markierungen bei 3,5 MHz und 4,0 MHz (Abstand 250 KHz pro Strecke von der Mitte): die Bandkanten. Weiterhin ist Yana bereit zu laufen (R).

  2. Dritter Bildschirm: Jetzt kontrolliere ein 40 m Dipol für seinen SWR über das Band mit der SWR Bridge auf Yana montiert. Der dritte Bildschirm zeigt Yana bereit, eine 40m Antenne mit dem SWR-Instrument zu scannen (technisch, Yana berechnet VSWR). Das SWR-Instrument ist in (S) Start / Finish Mode ausgewählt, beginnend bei 7 MHz und endet bei 7.3 MHz. Das Gitter (1) hat SWR 1 Schritte. Die Marker sind auf 7,1 MHz und 7,2 MHz eingestellt. Weiterhin ist Yana bereit zu laufen (R).

  3. Vierter Bildschirm: Angenommen, wir wollen die 3 dB Punkte eines 8.138 MHz Kristallfilters von 2.8 KHz Nennbandbreite durch Messung der Leistung durch den Filter finden. Der 3 dB / 60 dB Formfaktor soll 2:1 sein, also sollte die 60 dB Bandbreite 5,6 KHz sein. Der Radius von der Mittenfrequenz wäre 2,8 KHz (die Hälfte der 2: 1 Bandbreite). Der Radius zu den Bandbreitenrändern sollte die Hälfte der erwarteten 3 dB Bandbreite sein: 1,4 kHz, so dass Markierungen dort platziert werden.
    Der DDS Generator in Yana ist unabhängig vom Leistungsdetektor. Deshalb bleibt es im Power (PWR) -Modus laufend und abstimmbar. Durch das Einspeisen des DDS zum Filter kann die Ausgabe mit dem PWR-Gerät in Yana gemessen werden. Der DDS-Ausgang fällt in seinem gesamten Bereich etwas ab in der Amplitude, ist aber ziemlich konstant über einen Bereich von 5,6 kHz um 8 MHz. Wenn es Bedenken gibt, misst das Leistungsmessgerät (PWR) in Yana den DDS-Ausgang bei beliebiger Frequenz entweder durch den Filter oder direkt.
    Aufnehmen der Filterantwort in der Mitte des Filters: 8.138 MHz. Tune jede Seite der Mitte, bis die Ausgabe 3 dB fällt.

  4. Der vierte Bildschirm zeigt, dass Yana auf das PWR-Instrument eingestellt ist. Die Frequenzen (C) sind für Mitte / Radius eingestellt. Es gibt kein Diagramm, so dass keine grafischen Skalierungen (_ _) gegeben sind und Yanas Operation auf Lauf (R) eingestellt ist. Die Mittenfrequenz beträgt 8.138 MHz, der Radius ist 2.8KHz: Die Abstimmung erfolgt in diesem Bereich. Die Marker sind beide Seiten des Zentrums bei 1,4 KHz gesetzt, aber sie haben keine Relevanz, so dass sie willkürlich gesetzt werden können.

Hinweis: Yana arbeitet wie folgt. Wenn der Drehknopf gedreht wird, zeichnet ein Interrupt die Änderung auf. Diese Änderung wird nicht sofort festgestellt. Da Yana die Aufgaben überprüft, wird schließlich das akkumulierte Drehen aufgezeichnet und angezeigt. Die gelegentliche Kontrolle wird als "Polling" bezeichnet. Das heißt, die Rotation wird sofort von einem Interrupt aufgezeichnet, aber Yana merkt es nur, wenn die Möglichkeit einer Rotation abgefragt wird. Im Allgemeinen ist Yana so schnell, dass diese Abfrage den Programmablauf nicht spürbar verzögert.

Der Druck-Schalter erzeugt auch einen Interrupt, der auch regelmäßig abgefragt wird. Mit anderen Worten, Knopfklicks gehen nie verloren. Manchmal ist die Wirkung der Abfrage verzögert, während Yana andere Dinge macht. Dies kann eine leichte Verzögerung von dem, was Sie erwarten, verursachen.

Hinweis: Yana kann auch als Generator oder VFO verwendet werden. Setzen Sie den Cursor auf die Start-Frq-Zeile im (S) -Modus. Wenn Sie die Startfrequenz einstellen, wird die Yana Generator Ausgabe Frequenz eingestellt.

Der SNA Bildschirm

Yana scanned den Frequenz Bereich und zeichnet die Messungen. Zwei vertikale Schrittweiten sind auf dem HOME-Bildschirm eingestellt: 10 dB oder 3 dB. Die Oberseite des Bildschirms ist 0 dB und der Boden ist entweder -21 dB oder -70 dB.

Meßbereich

Vertikales Gitter

70 dB

10 dB

21 dB

3 dB

Eine kontinuierliche graphische Darstellung ist für eine Echtzeit-Abstimmung (z. B. ein Antennenkoppler oder ein Bandpassfilter) nützlich. Drehen des Knopfes schaltet zwischen langsamen und schnellen Sweep um. Schnelle grafische Darstellung ist ein bisschen nervig, so dass ein langsamer Modus vorgesehen ist, wenn das für Antennen Anpassungen besser ist. Ein Click stoppt die Grafik und geht in den Graphen-Einstellmodus. Eine kontinuierliche graphische Darstellung ist für eine Echtzeit-Abstimmung (z. B. ein Antennenkoppler oder ein Bandpassfilter) nützlich. Der Graph kann nicht geändert werden, deshalb zeichnet Yana wiederholt den aktuellen Graphen, pausiert, löscht den Bildschirm, und so weiter.

Die folgende Tabelle zeigt die im SNA Graphing Data Modus angezeigten SNA-Grafikdaten. Yana scanned das volle Spektrum im SNA-Modus mit der offenen SWR-Brücke.

Frequenz

dB

Bedeutung

35.025.000

-11,9

Tune

19.286.228

-12,4

Min

50.040

-9,0

Max

14.040.000

-12,2

L

56.010.000

-11,3

R

Die erste Spalte ist die Frequenz. Die zweite Spalte ist die dB unten bei dieser Frequenz. Die dritte Spalte ist die Bedeutung der Frequenz.
Min: ist der minimale Messwert, der niedrigste Punkt auf dem Diagramm.
Max: ist der maximale Messwert, der höchste Punkt auf dem Diagramm.
L: ist das Lesen an der linken Markierung.
R: ist das Lesen am rechten Marker.

Durch Drehen des Knopfes ändert sich die Tune-Frequenz. Denken Sie an den Knopf als Abstimmung entlang der Kurve auf dem Diagramm. Eine neue Messung wird bei der neuen Frequenz aufgenommen. Die Abstimmung erfolgt über den Bereich des Graphen, d.h. zwischen den minimalen und maximalen Graphenfrequenzen. Die Schrittweite für das Tuning kann durch Klicken auf die Schaltfläche geändert werden. Das Durchstimmen der Frequenz liest nicht die gezeigten Kurve aus, wenn man die Frequenz geändert hat, wird der Meßwert neu eingelesen.

Hinweis: Bei der Abstimmung können die Messwerte von den SNA-Grafikdaten abweichen und können sich bei der Wiederholung der gleichen Frequenz ändern.

Die grafischen Werte werden aus dem Detektor genau einmal gelesen und aufgezeichnet.

Bei der Abstimmung wird der Detektor jedoch 8 mal gelesen und dann gemittelt.

Auch bei diesem können Änderungen mit Rauschen, Variationen in der digitalen Umwandlung und Variabilität in Schaltungen kleine Änderungen in kurzer Zeit verursachen. Beim Tuning wird jedes Mal, wenn der Drehknopf einen Klick gedreht wird, ein Messwert genommen. Zwischen Dreh-Klicks werden keine Messungen durchgeführt. Um die Variationen bei einer Frequenz zu sehen, stimmen Sie hin und her. Yanas Präzision (Anzahl der angegebenen Dezimalstellen) übertrifft ihre Genauigkeit (wie genau sie wirklich ist), damit Sie die Wahl treffen können, was zu glauben ist.

Der SWR Bildschirm

Yana scanned den Bereich und grafiert die Messungen. Auf dem HOME-Bildschirm sind zwei vertikale Schrittgrößen eingestellt: SWR 1 oder SWR .5. Die Oberseite des Bildschirms ist 1,0 VSWR und der Boden ist entweder 4,5 VSWR oder 8,0 VSWR.

Anzeige Bereich

Vertikales Gitter

8,0

1,0

4,5

0,5

Eine kontinuierliche graphische Darstellung ist für eine Echtzeit-Abstimmung (z. B. ein Antennenkoppler oder ein Bandpassfilter) nützlich.

Die folgende Tabelle zeigt die im SWR Graphing Data Modus angezeigten Grafikdaten. Yana scanned die volle Spektrum im SWR-Modus mit einer 12,5 Ohm Last auf der SWR Brücke montiert. In einer perfekten Welt sollte der VSWR 4.0 sein.

Frequenz

VSWR

Bedeutung

35.025.000

3,9

Tune

19.286.228

3,2

Min

50.040

8,3

Max

14.040.000

4,0

L

56.010.000

5,0

R

Die erste Spalte ist die Frequenz. Die zweite Spalte ist das SWR bei dieser Frequenz. Die dritte Spalte ist die Bedeutung der Frequenz.
Min: ist die unterste Anzeige im Meßbereich, das höchste VSWR.
Max: ist die oberste Anzeige im Meßbereich, das niedrigste VSWR.
L: ist das Lesen an der linken Markierung.
R: ist das Lesen am rechten Marker.

Durch Drehen des Knopfes ändert sich die Tune-Frequenz. Denken Sie an den Knopf als Abstimmung entlang der Kurve auf dem Diagramm. Eine neue Messung wird bei der neuen Frequenz aufgenommen. Die Abstimmung erfolgt über den Bereich des Graphen, d.h. zwischen den minimalen und maximalen Graphenfrequenzen. Die Schrittweite für das Tuning kann durch Klicken auf die Schaltfläche geändert werden. Die SWR Brücke arbeitet am besten zwischen 1,0MHz und 30MHz. Bei hohen VSWR-Messungen können kleine Änderungen im ADC-Messwert große Änderungen in VSWR bedeuten. So kann die Kurve gezackt werden, weil der ADC in diskreten Schritten liest.

PWR Bildschirm

/!\ Warnung Geben Sie dem Messgerät am Eingang nicht mehr als +10 dBm (10mW oder 0.7V ... 100W ist 70.7V [100 mal zu viele Volt]). Mehr kann den AD8307 braten (Detektor)und die Eingangsschaltkreise ausbrennen. Verwenden Sie den 40 dB-Abgriff für Leistungen bis zu 100 Watt. [Der Hayward, Larkin Abgriff ist nur gut bis 60W.]

Mit dem 40 dB-Abgriff, sollte 40 dB zum dBm-Messen hinzugefügt werden, Watt sollte mit 10.000 multipliziert werden, und Volt sollte mit 100 multipliziert werden. Wenn die Last auf Yana nicht 50 Ohm resistiv ist, sind alle Lesungen verdächtig.

Yana misst seinen Weitbereichsdetektor und registriert die Gesamtleistung in seiner Gesamtbandbreite. Wenn also eine Antenne angeschlossen ist, misst Yana die gesamte Leistung bei jeder Frequenz. Yana arbeitet am besten in einer 50 Ohm Umgebung bei bestimmten Frequenzen, deren Gesamtleistung Bedeutung hat.

Die Präsentation ist unten dargestellt. Die SWR-Brücke ist mit einer Belastung von 12,5 Ohm verbunden. Der Generator ist durch die Brücke verbunden, so dass die Leistung die des Generators minus der Verlust durch die Brücke ist.

Power

-63,3 dBm

471 pW

153 uV

143

Frequency

16.000.000

Die Zahl 143 ist der ADC-Rohwert. Der Spannungsregler am AD8307 beträgt ca. 5 V. Diese 5 V ist in 1024 Schritte unterteilt. Somit beträgt die vom ADC aufgezeichnete Spannung etwa (143/1024) x5 = 0,7 V. Der Regler ist nicht perfekt, so dass die Kalibrierung ordnungsgemäß skaliert. Die 153 uV ist die Spannung für -63.3 dBm Leistung bei 50 Ohm Anpassung.

Die Leistungsmesser-Funktion benötigt den Generator nicht, so dass der Generator für jeden Einsatz verfügbar ist. Der Generator kann direkt dem Leistungsmesser zugeführt und durch seinen Bereich abgestimmt werden, um die Leistung bei jeder Frequenz zu bestimmen. Der Generator kann über einen Filter dem Leistungsmesser zugeführt und durch den Bereich des Filters abgestimmt werden. Die Leistung des Generators variiert zwischen 0 dBm und 1,2 dBm im Bereich von 50 KHz bis 14 MHz. Von dort fällt es auf ca. -19 dBm bei 70 MHz ab.

Lassen Sie sich nicht von den Messungen von Yana täuschen. Der AD8307 misst bis zu 200 MHz +/-1 dB. Der ADC misst die Spannung in Schritten, die etwa 0,2 dBm betragen. Ein ADC hat immer +/- 1 count (oder in einem 0,4 dBm Bereich). Die Messwerte werden durch die Spannungsregler der Module Nano und AD8307 bestimmt. Diese sind weder hochgenau oder super stabil. Die Genauigkeit wird durch die Kalibrierung von Yana verbessert. Instabilität verursacht leichte Abweichungen in den Messungen.

Die Präzision (Anzahl der vorgegebenen Dezimalstellen) von Yana überschreitet immer die Genauigkeit (Nähe zum wahren Wert). Dies ist beabsichtigt, so dass Sie die Wahl treffen können, was eine Messung bedeutet.

attachment:Yana_screen_Calibration_DSC07035.jpg

Kalibrierung (C)

/!\ Nach jeder Kalibrierung muss ein CPU Neustart (RESET Taster) durchgeführt werden, damit die Berechnung stimmt. Die Kalibrierdaten werden bei einem Neustart nur am Programm Anfang einmal aus dem EEPROM gelesen.

/!\ Die SNA Kalibrierung muss immer zuerst erfolgen, dann erst die anderen.

Es ist sinnvoll den Hochfrequenz Detektor AD8307 mit einem Oszillator Normal im Pegel zu kalibrieren. Der Aufbau von dem Oszillator Normal wird später beschrieben.

Wenn sich der Cursor nicht in der Home-Position befindet, kehren Sie zum Home-Bildschirm und zur Home-Position zurück, mit Hold. Dies ist in der oberen rechten Ecke des Startbildschirms. Der Cursor (blau) sollte auf dem R stehen. Drehen Sie den Knopf, um C (für Kalibrierung = Calibration) anzuzeigen. Drücken Sie die Taste bis der blaue Bildschirm (Hold) angezeigt wird, um den Kalibrierungsmodus aufzurufen.

Auf dem Kalibrierung Bildschirm sehen Sie die aktuellen Daten. Das Format ist in YANA_AD851.ino (das Programm) beschrieben. Die Zahlen repräsentieren rohe ADC-Werte.

Sorgen Sie sich nie um einen fehlgeschlagenen Kalibrier Vorgang. Am Ende eines jeden Kalibrierlaufs werden Sie gefragt, ob Sie die Kalibrierung sichern wollen (falls nicht, wird es verworfen). Daher können Sie sich die Kalibrierdaten jederzeit ansehen, ohne die gespeicherten Daten ungewollt zu überschreiben.

Unten im Bildschirm gibt es eine Hilfestellung zum verzweigen in die einzelnen Kalibrier Modi:

Zuerst den Kalibriermodus eingeben (wie oben). Dann:

attachment:Yana_screen_Cal_short_DSC06958.jpg

Kalibrierung SNA

  1. Click auf den Knopf, um eine SNA-Kalibrierung zu starten.

  2. Befestigen Sie eine Verbindung zwischen dem Generator (AD9851 DDS) und dem Detektor (AD8307). Ich benutze ein 10 cm langes SMA-Stecker Kabel.

  3. Sobald der Durchgang angeschlossen ist, Click auf den Knopf, siehe das Bild rechts.

  4. Entfernen Sie das Kabel und schließen Sie ein 30 dB Dämpfungsglied an.

  5. Sobald das Dämpfungsglied angeschlossen ist, Click auf den Knopf.

  6. Sie sehen die neuen SNA-Kalibrierdaten in der linken Spalte. Click auf den Knopf, um zu überspringen, ohne die Daten zu speichern. Push auf den Knopf, um die neuen Daten zu speichern (es wird Ihre alten Daten ersetzen).

  7. Die SNA Funktion ist nun kalibriert.
  8. Ab und zu sollten Sie das 30dB Dämpfungsglied anschließen und die SNA laufen lassen. Der Graph sollte eine gerade Linie bei etwa 28 dB sein. Ein paar kleine Abweichungen sind erlaubt. Wenn diese Prüfung nicht funktioniert, bitte neu kalibrieren.
  9. Was ist passiert? Beim ersten Click misst YANA den DDS-Ausgang bei eingestellten Frequenzen. Diese werden als Kalibrierdaten aufgezeichnet und verwendet. Beim zweiten Click misst YANA den DDS-Ausgang über das 30 dB (eigentlich 28,64 dB) Dämpfungsglied bei 10MHz, das als Kalibrierdatum gespeichert wird. Alle Messwerte sind rohe ADC-Ausgabe.

Kalibrierung SWR

  1. Push auf die Taste, um die SWR-Kalibrierung zu starten.

  2. Bringen Sie die SWR-Brücke an YANA an. Die Brückenverbinder sind in verschiedenen Höhen, um die Höhen der SMA-Anschlüsse auf YANA zu entsprechen, also können Sie es nicht falsch machen
  3. Machen Sie einen Kurzschluss am Antennen Anschluss (DUT = Device Under Test). Z.B. Befestigen Sie einen SMA pin-plug Adapter dann stecken Sie einen Draht in den Adapter. Ein Ende des Kurzschlusses sollte zum SMA-Mittelstift gehen und der andere zur Masse.
  4. Sobald alle Verbindungen korrekt sind, Click auf den Knopf.

  5. Sie sehen die neuen SWR-Kalibrierdaten in der rechten Spalte. Click auf den Knopf, um zu überspringen, ohne die Daten zu speichern. Push auf den Knopf, um die neuen Daten zu speichern (es wird Ihre alten Daten ersetzen).

  6. SWR ist nun kalibriert.
  7. Ab und zu sollten Sie die Brücke und eine SWR 2-Last (100 oder 25 Ohm) verbinden und SWR laufen lassen. Der Graph sollte eine gerade Linie bei etwa SWR 2 sein. Einige kleine Beulen sind erlaubt, besonders am Hochfrequenzende. Wenn diese Prüfung nicht funktioniert, bitte neu kalibrieren.
  8. Was ist passiert? Yana maß den DDS-Ausgang, der durch die Brücke hindurchgeht, mit einem Kurzschluss bei dem gleichen Satz von Frequenzen, die bei SNA verwendet wurden. Diese werden als Kalibrierdaten gespeichert.

attachment:Yana_screen_Cal_PWR_DSC06957.jpg

Kalibrierung PWR

Für diese Kalibrierung benötigen Sie einen zuverlässigen 10 MHz -10 dBm Kalibrier-Oszillator. Der Aufbau davon wird später erklärt.

Der Kalibrier Oszillator sollte seine Frequenz im Bereich 10 - 20 MHz haben. Der Ausgangspegel an 50 Ohm wird auf -10 dBm (1 mW an 50 Ohm) kalibriert.

Es sollte mit einer 9 V Batterie versorgt werden, um Probleme mit der Versorgungsspannung zu vermeiden.

  1. Hold auf die Taste, um die PWR-Kalibrierung zu starten.

  2. Verbinden Sie den 10MHz -10 dBm Kalibrier-Oszillator mit dem Detektor (kurze SMA Buchse), siehe das Bild rechts.

  3. Sobald der Kalibrier-Oszillator angeschlossen ist, Click auf die Taste. Es wird jetzt gemessen und angezeigt.

  4. Der Kalibrier Wert ist die Zahl oben rechts auf dem Display. Push auf die Taste, um die Daten zu speichern (ersetzen Sie Ihre alten Daten).

  5. PWR ist nun kalibriert. Da PWR den Generator nicht benutzt, hat er ein viel breiteres Spektrum (vom AD8307). Es geht von ca. 100 KHz bis 200 MHz. Die Genauigkeit fällt dann allmählich ab über 200 MHz. Die Eingangsschaltung zum AD8307 begrenzt zusätzlich die Bandbreite.
  6. Ab und zu sollten Sie den 10 MHz -10 dBm Kalibrier-Oszillator wieder anbringen und PWR verwenden. Der abgelesene Wert sollte etwa -10 dBm betragen. Ist dies nicht der Fall, dann bitte PWR neu kalibrieren.

USB-PC connection (U)

(Dieser Befehl wurde von Rudi Reuter, DL5FA hinzugefügt.)

Um diesen Modus zu verstehen, ist es notwendig, die Struktur von Yana zu verstehen. Yana ist zwei Dinge:

Ein PC hat eine weitaus größere Bildschirmauflösung und mehr Verarbeitungsgeschwindigkeit und Speicher als Yana. Deshalb ignoriert die bloße Replikation der Yana-Umgebung die auf einem PC größere verfügbare Leistung. Folglich wird, wenn es an einen PC durch ein USB-Kabel gebunden wird, Yana nur eine PHSNA (d.h. der Computer setzt die DDS-Frequenz und liest den Detektor). Der PC ignoriert speziellen Informationen, die von Yana eingestellt wurden. Der Kommunikationsmodus ist der von miniVNA.

Im (U) -Modus ist Yana eine PHSNA, die über das miniVNA-Protokoll verbunden ist. http://vnaj.dl2sba.com Das Programm vna / J steuert Yana und ignoriert Kalibrierung oder Einstellungen, die in Yana gepflegt werden. Spezifische Yana-Dokumentation für diesen Modus finden Sie unter: YanaVNA-BT

Hinweis: Rudi DL5FA hat die Bluetooth-Kommunikation zum (U) -Modus hinzugefügt: YanaVNA-BT. Seine Erweiterungen sind auf der oben genannten Website beschrieben. Mit anderen Worten, wenn es an einen Computer angeschlossen ist, muss es kein USB-Kabel zwischen Yana und dem Computer geben.

Das Bluetooth-Modul ist sehr preiswert. Zur Erleichterung der Verdrahtung wurde eine Leiterplatte erstellt, und mit einem 3D-Drucker ein passendes Gehäuse hergestellt, das die Ausschnitte für YanaVNA-BT bereits enthält.

YANA Zubehör

attachment:Oszillator_Calib.png

Kalibrier Oszillator

Zum Pegel Abgleich von YANA braucht macht man einen Kalibrier Oszillator, siehe Schaltbild rechts.

Der Trick bei dieser Schaltung ist, dass bei einem Tastverhältnis von 50 % durch ein R-C Glied eine Gleichspannung von 50 % der Spitzenspannung mit einem Voltmeter gemessen und eingestellt werden kann.

Um den benötigten Hochfrequenz Pegel zu erreichen, muss entweder ein CMOS (kein TTL) Quarz Oszillator eingesetzt werden, oder man hilft mit einem 1 KOhm Pullup Widerstand nach, bei einem TTL Oszillator.

/!\ Gegeben durch den Crest Faktor (Scheitelfaktor), ist 0,05 Vdc = 0.1 Vpeak-peak Rechteck Spannung = 0.282 Vpeak-peak Sinus Spannung = -7 dBm.

attachment:ReturnLossBridgeSMA.png

Stehwellen Meßbrücke

Man kann für YANA jede passende (50 Ohm, Frequenzbereich) Stehwellen Meßbrücke einsetzen, aber im portablen Betrieb ist ein kleiner mechanisch angepasster Eigenbau von Vorteil.

Der Autor von YANA hat das auf einem Perf. board aufgebaut.

Im ersten Bild ist mein Prototyp der Stehwellen Meßbrücke mit Platinen Aufbau zu sehen. Das aktuelle Platinen Layout sieht etwas anders aus, da bei dem Prototyp 2 Stecker vertauscht waren.

Mit einer Steckbrücke kann man den SWR Betrieb von YANA leichter kalibrieren, indem man den Antennen Anschluss entweder auf Kurzschluss oder 100 Ohm = SWR 2 stecken kann.

/!\ Beim Aufbau der Platine ist zu beachten, dass man erst die 2 SMA Stecker zum YANA Anschluss auf das Gerät schraubt, und dann die Platine aufsteckt und verlötet. Nur so kann man eine genaue mechanische Passung der SMA Stecker erreichen.

attachment:Yana_LC-measurement_DSC07731.jpg

LC-Messung

Die englische Original Beschreibung findet man hier unter dem Titel SNA, SNL, SNC Experiment: Measure Resonance, Inductance, and Capacitance .

Mit einem Parallel Schwingkreis kann man mit Yana die Kapazität und Induktivität messen.

In einem abgestimmten Schaltkreis ist die Schaltung wirklich mehr als nur die parallel geschaltete Spule und Kapazität. Jede Streuinduktivität und Kapazität in Yana trägt ebenfalls zur Resonanz bei. Daher wird ein Adapter benötigt, um die abgestimmte Schaltung von der Yana-Schaltung zu isolieren.

Der Yana-Adapter ist ein modifizierter 10-dB-T-Netzwerk-Abschwächer, der genug Isolierung bereitstellt, um Yanas Schaltung von der zu testenden Parallelschaltung zu trennen.

Der Abschwächer teilt sich auf in zwei Spannungsteiler:

Yana OUT - 27R + paralle Schwingkreis + 27R Yana Input
               |                      |
              68R                    68R
               |                      |
              GND                    GND

Die 27 Ohm kann man ersetzen durch 75R parallel zu 39R.

Im Bild rechts sieht man die Resonanz Frequenz bei 13.5 MHz und die Dämpfung bei 30.3 dB. Da der Drehkondensator auf 273 pF eingestellt war, lässt sich jetzt die Induktivität berechnen. Mit einen Online-Rechner bekommt man als Induktivität Wert 494 nH (2 Windungen, Material NXO-100, www.eectech.info) angezeigt.

attachment:Yana_LC-measurement_Top_DSC07734.jpg

Um speziell Induktivitäten mit Ferrit Kern bei bestimmten Frequnzen zu messen, bietet sich ein Dehkondensator als Kapazität an.

Ich habe einen 2 x 2 x 2 cm großen Drehkondensator aus einem alten Mittelwellen Radio hier eingesetzt, mit einer Kapazität Spanne von 9 - 273 pF. Er wird mit 2 Stück IC-Pin gesteckt. Dort kann man auch andere Kondensatoren aufstecken. Um den Einstellbereich zu vergrößern, wurde ein 254 pF Kondensator per jumper zusteckbar gemacht. Dann ist der neue Abstimmbereich 263 - 527 pF. Dazu muss man noch circa 8.2 pF Aufbau Kapazität rechnen.

Da die Induktivitäten meistens bedrahtet sind, bietet sich hier als Anschluss Möglichkeit eine 2-polige Schraubklemme an, wie im Bild rechts mit einem Ferrit Doppelloch Kern.

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attachment:Yana_LC-measurement_Bottom_DSC07730.jpg

Um den Aufbau einfach zu halten, wurde ein Stück Experimentier Platine eingesetzt. Damit man das einfacher nachbauen kann, wurde auch die Unterseite der Platine fotografiert, siehe Bild rechts. Die Widerstände wurden in der Bauform SMD 0805 benutzt, und der Widerstand 27 Ohm durch die parallel Schaltung von 75R und 39R ersetzt.

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30 dB Abschwächer

Nach Unterlage vom Autor zusammenbauen (Yana_Build_Compressed.pdf).

attachment:Yana_Power_bank_DSC07038.jpg

Power Bank

Während Tom 2 x LiION Akkus einsetzt, nehme ich 6 x NiMH Akkus Baugröße AA in einer Box mit Schalter, siehe das Bild rechts.

Den Hohlstecker (5,5 mm Loch Durchmesser, 2,1 mm Stift Durchmesser) muss man allerdings selbst beschaffen und anlöten. Zum Glück gibt es Stecker + Buchse zusammen zu kaufen.

Bauteile Liste

Viele Bauteile/Module wurden über ebay.de (#xxxxxxx = Ebay.de Order number) bestellt.

  1. AD9851 Product Details from Analog Devices

  2. Design Tools: ADIsimDDS (Direct Digital Synthesis) Frequency and Time domain diagram

  3. Amidon toroid core calculator from DL5SWB

  4. Wobbulator project for Raspberry Pi from Tom Herbison

  5. Vector Network Analyzer (VNA) from Paul Kiciak N2PK

  6. Poor Hams Scalar Network Analyzer from Jim Giammanco N5IB

  7. circuit analysis program LTspice, overview

  8. Elsie, Win32 program for electrical filter design and network analysis

  9. Automatic Level Control (ALC) Techniques for DDS-based Designs

  10. Vpp - dBm Calculator

  11. Anpassung und Zusammenschaltung von Antennen, Transformation, SWR, Smith-Diagramm.

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-- RudolfReuter 2017-05-02 10:48:18


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