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samedi 13 septembre 2014

My home made VNA antenna

Mon analyseur d'antenne ou impédancemètre 160 à 10m 


Mon système permet de décortiquer, analyser, récupérer les composantes importantes d'une impédance. Il est particulièrement adapté pour analyser une antenne déca.
L'objectif premier de ce système a été d'élaborer l'algorithme de mon coupleur symétrique automatique décrit sur ce blog.
J'ai construit ce système il y a plus de 20 ans. Il est toujours en usage aujourd'hui.



Mon impédancemètre HF
 
Les composantes HF que j'estime être importantes :

   - Fréquence
   - Impédance Z
   - Réactance X en module & sens (+ ou -jX)
   - Rapport d'onde stationnaire ROS

Caractéristiques de l'engin :

   - Générateur HF 1,7 à 31MHz à variation continue par potentiomètre 10 tours.
   - Sortie HF 0,5W efficace soit +27dBm ! (IMD H2 -25dBc).
   - L'ensemble des relevés RF est converti en valeurs analogiques & en niveaux TTL.
   - Détermination de l'impédance (R+-jX) sur un cercle de Smith de ROS 2/1 & 10/1 commuté par inverseur.
   - Affichage des variations de Z, X, ROS sur Galva's.
   - Affichage de la fréquence du géné HF sur afficheur Led (résolution 0,1KHz).
   - Mon système détermine le module & surtout le sens du vecteur X (+ ou - jX).
   - Sortie sur connecteur DB9 des signaux décris ci-dessus au format TTL.


Face avant de l'impédancemètre
 


Face arrière

 

Les graduations des galva's ont été réalisées à l'aide du soft "Galva" de F5BU.
Les graduations du galva "REACTANCE" sont incomplètes pour l'instant.
(Ouais je sais Jean-Paul, je plancherai sur la question à l'occasion...)

Question :
Pourquoi avoir réalisé ce truc alors qu'on trouve un tas d'analyseurs d'antenne dans le commerce?

Réponse :
Les analyseurs d'antenne commerciaux génèrent un signal HF beaucoup trop faible -6 à 0dBm (moins de 1mW HF).
Le mien: +27dBm (0,5W HF) !  C'est suffisant pour mesurer des signaux HF et les convertir en signaux destinés à driver un micro contrôleur.
Les infos Z, X, ROS des VNA du commerce ne sont pas disponibles pour une application personnelle (ou alors avec du bidouillage...).

Les analyseurs d'impédance, d'antenne du commerce (mini VNA, MFJx59 & autres) ne déterminent pas le sens de la composante réactive X (charge inductive ou capacitive).
Or, pour mon application de coupleur, le sens du réactif est un élément déterminant quant au cadencement des capas & des selfs  (voir l'algorithme de recherche de mon coupleur automatique).
Je considère que l'évaluation du ROS uniquement n'est pas suffisante pour cadencer les variables L & C des coupleurs actuels. Ca peut expliquer pourquoi certains coupleurs disposent de boutons en façade pour une recherche manuelle quand ils perdent les pédales!

Par ailleurs, en 1994 n'existait pas d'impédancemètre HF public simple.
Ou alors les analyseurs de réseaux RF Pro (HP, RS, ...) avec le QSJ qui va bien !...
Un article intéressant de DB1NV est paru dans UKW Berichte de mars 1999 : "Un impédancemètre vectoriel d'antenne dans la gamme OC".


Vu de dessous

 
L'électronique
 
La carte de mesure HF évalue :

    - La fréquence d'émission divisée par 256.
Un diviseur par 256 (deux 74LS197 consécutifs) convertit la fréquence du géné HF afin d'être digérée par l'entrée T1 d'un (ancien) 8052AH Basic (voir mon coupleur automatique sur ce blog).

   - Le ROS
Le ROS mètre est automatique.
Pas de tarage direct/réfléchi.
Affichage sur galva.
Un pont de Wheatstone à résistance effectue la mesure du ROS.
Ce pont atténue la puissance de sortie du PA de 6dB (soit un rapport de 4 en puissance).
 
   - Les termes Z, X par 2 transfo sur tube de ferrite (voir mon coupleur symétrique automatique sur ce blog) .
       Un transfo I en série dans la charge.
       Un transfo U en parallèle sur la charge.
Un ampli de différence détermine la valeur de Z après détection en tension des signaux I & U.
Un comparateur de phase (74S74) entre I & U détermine la valeur & le signe de X.
 

Le PA HF :

   - Le schéma est de F6CER. J'ai modifié les contre-réactions d'émetteurs des 2 transistors pour aplanir le gain.
   - Le gain est de 40dB avec 2 transistors !
   - Les transistors sont utilisés habituellement en VHF.
   - Ce PA est en pure classe A : 1,1A sous 12,5V pour 2W HF de sortie ! Vous pouvez déterminer le rendement...
Ca chauffe bien mais c'est increvable, même en présence d'un ROS >20/1.
C'est relativement propre : IMD H2 -25dBc (deux passe bas 32MHz seulement en sortie).


La carte de conversion analogique TTL :

Les signaux analogiques sont convertis au format TTL par 5 comparateurs de tension LM324.
   - Si X inductif   = 1
         X capacitif  = 0
   - Si Z > 50 ohm = 1
         Z < 50 ohm = 0
   - 3 valeurs de ROS ajustables selon les besoins : 1,3/1  2/1  4/1
   - On visualise ces états logiques par 5 Leds en façade.



Schéma des mesures HF

 
 Le générateur HF :
 
   - Fabrication d'un signal HF entre 1,7 & 31MHz par mélange d'un VCO 73,7 à 103MHz & un oscillateur à Quartz 72MHz.
   - Le VCO est libre. Il dérive un peu.
   - Niveau de sortie constant. Un atténuateur à diode PIN (BA243) est asservi par une détection de la tension de sortie du PA (ALC).
   - Niveau d'harmonique -30dBc dans le moins bon des cas à 0dBm (1mW HF out).
 
Schéma du générateur HF
 







 
Le fréquencemètre :
 
Je n'ai pas retrouvé le schéma d'origine de ce fréquencemètre.
On trouve aujourd'hui de chouettes petits fréquencemètres à base de Pic qui montent à 50MHz.
 
 
 
L'alimentation :
 
C'est une alim à découpage.
Ca fabrique 3 tensions : +5V  +12,5V  -12V
Courant de sortie 2 à 3A maxi sous +5V & +12,5V,  je crois...
 
Vu de dessus
 
C'est tout pour l'instant.
 
 

à suivre ...

 

73

Jacky

f6hky@sfr.fr

 


2 commentaires:

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