Motto: Croitorul bun măsoară de două ori şi taie o dată.
1. Prezentare generală
Echipamentul miniVNA este proiectat să măsoare parametrii antenelor şi ai filtrelor în benzile de frecvenţă de HF şi VHF. Echipamentul este de mici dimensiuni (9x5,5x3cm) şi foloseşte o conexiune USB la un PC de unde se alimentează iar parametrii antenei pot fi afişaţi pe ecran la o scanare a acestora care dureză 0,5 secunde pentru 500 de eşantionări.
MiniVNA este de mare ajutor pentru a acorda şi/sau a proiecta antene existente sau noi pentru radioamatori. Software-ul original lucrează sub sistemul de operare Windows (XP sau Vista), dar mulţi radioamatori lucrează cu diferite alte versiuni sub DOS, Linux sau PDA cu WindowsCE (Win Mobile 2002-2003). Mai mulţi radioamatori au contribuit la dezvoltarea acestui proiect. Pentu miniVNA există şi un grup de discuţii http://groups.yahoo.com/group/analyzer_iw3hev . Personal am preferat, pe lângă software-ul de firmă livrat odată cu echipamentul, programul lui F4CLB realizat concursul şi participarea a numeroşi "EU ham".
2. Cerinţele sistem
-PC de minim 500MHz, Win2000, XP, Vista sau Linux
-Lucrează şi cu Pocket PC sub WinCE
3. Recomandări înainte de punerea în funcţiune
-Nu expuneţi echipamentul la câmpuri puternice de RF atunci când deja aveţi conectată o antenă deoarece poate deteriora detectorul intern.
-În cazul în care alimentaţi la o baterie şi nu la portul USB tensiunea să nu depăşescă în niciun caz 5Vcc.
-miniVNA generează aproximativ 1mW RF de la 1 la 180 MHz lucru ce poate cauza QRM local altor staţii din apropiere.
4. Cracteristicile analizorului
-Acoperirea de frecvenţă 1 - 180 MHz
-Ieşirea generatorului DDS 0dBm (1mW)
-Două porturi pentru măsurători de filtre, trapuri, cuarţuri, etc. (DUT şi DET)
-Compatibil cu USB 1.1 şi 2.0
-Opţional conector RS232 pentru pocket PC
-Scanare rapidă cca. 0,6 sec pentru 500 de puncte
-Un nivel înalt de reflexie 40dB la 35dB (VSWR 1,06:1 sau mai bun)
-Un nivel de transmisie larg > 50 - 55dB
-Măsoară VSWR, RL, Rs, Z +/- jX, Faza, R/L/C, lungimi de cablu
-Găseşte automat raportul de unde staţionare minim VSWR
-Vizualizarea cu LED a funcţionării
-Se admite alimentarea de la baterii de 3,6V pentru cca 150mA
-Compatibil cu Windows şi Linux
-Salvează măsurătorile pentru prelucrări ulterioare (.csv cu programul Zplots) programe bazate pe pachetul Excel sau ca fişiere .miniVNA pentru lucrul off-line cu datele eşantionate.
5. Instalare hardware
MiniVNA se conectează la portul USB al PC cu ajutorul cablului existent în furnitură. Alimentarea este asigurată de tensiunea de 5V existentă pe USB fără a fi nevoie de alimentare externă.
Antena se conectează la borna marcată cu DUT. Pentru testarea caracteristicilor filtrelor sau trapurilor, acestea se conectează între cele două borne DET şi DUT. MiniVNA este prevăzut cu două borne BNC mamă. Pentru conectarea antenelor prevăzute cu conectori PL259 este necesară procurarea a doi adaptori de tip BNC tată la UHF mamă (BNC tata la SO239 mama). Adaptoarele se găsesc la Charma Conect şi au codul CAD2031. Atenţiune! Nu emiteţi RF în nici unul din conectorii DET şi DUT.
6. Instalare software
6.1. Instalarea programului se face de pe CD-ul livrat odată cu echipamentul sau descărcaţi ultima versiune VNA230 (cca 4 MB) de la adresa http://www.miniradiosolutions.com sau varianta de program oferită de F4CLB & Co de la adresa http://clbsite.free.fr/articles.php?pg=art4
6.2. Descărcaţi din site-ul FTDI ultima versiune a VCP (Virtual COM Port) pentru sistemele de operare Win2000 / XP / Vista pentru cip-ul FTDI232BM de la adresa: http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm Pentru XP, Vista sau Win7 ultima versiune de driver este 2.06.00 din 03.11.2009.
6.3. Unzip miniVNA230.zip în C:/miniVNA
6.4. Run fişierul C:\miniVNA\setup.exe
6.5. Urmăriţi instalarea programului.
6.6. Conectaţi cablul echipamentului la USB PC. Va fi detectată o nouă conexiune pe portul USB.
6.7. Urmează instalarea driverului USB-VCP Virtual Com Port descărcat şi dezarhivat la punctul 2 din folderul C:\FTDI.
6.8. După ce driverul USB a fost instalat cu succes lansaţi în execuţie (Run) miniVNA şi selectaţi opţiunea Configure. Dacă doriţi creaţi şi un icon pe display.
6.9. Selectaţi (click) pe Autodetect şi programul va căuta portul COM ataşat la miniVNA.
6.10. Când portul va fi găsit şi fondul numărului de port se va colora în verde apăsaţi butonul Save.
6.11. În acest moment, cu o antenă conectată, se poate apăsa pe RUN din fereastra principală a programului pentru începerea măsurătorilor.
După lansarea în execuţie în fereastra de lucru a miniVNA, în bara superioară de meniu, sunt selectabile funcţiunile:
-În modul reflecţie (DUT)
- antenna - antena cu o multitudine de parametrii
- cable loss - pierderi în cablu
- cable lenght - lungimea electrică a cablului coaxial
-În modul transmisie (DET + DUT)
- este folosit pentru evaluarea filtrelor, cristalelor, atenuatoarelor, trapurilor, etc. şi lucrează cu ambii conectori. Portul DUT este "RF output" iar portul DET este pentru "RF input" şi detectează răspunsul filtrului. Nivelul dinamic este de 50dB iar scara de măsură poate fi de 30dB sau 60dB.
-În modul "Generator" (DUT) miniVNA generează frecvenţa pe care o programaţi în fereastra ce apare pe ecran pentru acest mod.
Vom comenta lucrul pe imaginea de ecran oferită de varianta software Ig_miniVNA propusă de F4CLB care mi s-a părut realizat cu o interfaţă mai prietenoasă şi mai bine organizată. Nu trebuie decât să o descărcaţi şi să o instalaţi. Cele două variante de software sunt practic echivalente prelucrând aceleaşi date eşantionate de echipament prin conversia analog-numerică. Pentru Windows Vista programul trebuie executat în modul Administrator. Click dreapta pe icon şi "Run as administrator".
Meniul pentru Ig_miniVNA conţine următoarele:
Secţiunea "File"
-Open Data.VNA - Deschide fişiere salvate şi afişează grafic off-line valorile măsurate
-Save Data.VNA - Salvează după o măsurătoare datele eşantionate în vederea analizării lor off-line
-Save .CSV for Zplots - Salvează datele eşantionate sub forma unui vector (tabel) de tip Excel care poate fi analizat ulterior amănunţit cu ajutorul programului de prezentare grafică Zplots care se găseşte la http://ac6la.com/zplots.html şi care va fi prezentat probabil într-o viitoare expunere detaliată.
-Save to .BMP - salvează grafic poza de pe ecran cu datele unei măsurători
-Save to . PNG - salvează ca Graphic picture numai fereastra de grafice
-Print - Tipăreşte imaginea de pe ecran
Secţiunea "Mode"
-Antenna - Măsoară parametrii unei antene: SWR, Z, RL, Phase, Rs, Xs, ş.a.
-Cable Loss - Pierderile pe cablu
-Cable Lenght - Lungimea electrică a unui cablu coaxial
-Transmision - Modul de măsurare pentru filtre, trapuri, cristale, etc.
-Generator - Generează un semnal pe o frecvenţă dorită care se poate programa din PC.
Secţiunea "Bands predefined"
-Setează automat un interval de frecvenţe în benzile de amator sau într-un interval predefinit la alegere
Secţiunea "Frequency Extender".
-Măreşte domeniul de analiză al echipamentului de 4, 8 sau 16 ori numai dacă configuraţia hardware acceptă. Normal se poziţionează pe Disable.
Secţiunea "Trace options"
-Draw 50 ohms line (associated to Z, Rs and Xs) - Trasează grafic nivelul de 50 ohmi necesar observării nivelului parametrilor Z, Rs sau Xs.
-Draw vertical Frequency lines - Trasează grafic liniile verticale ale intervalelor de frecvenţă.
-Activate Marker 1 at programm start - Activarea markerului M1 la start.
Secţiunea "Configure".
-COM Port
-miniVNA, cu submeniul
- Calibrate DDS frequency - Calibrarea DDS
- Calibrate Transmision - Calibrarea transmisiei
- Calibrate Reflection - Calibrare reflexie
- Compensate for firmware Step bug - Compensarea paşilor de eşantionare
- VNA1 - Stand alone Graphic
Pentru măsurarea antenelor enumerăm ce se poate face cu echipamentul şi programul Ig_miniVNA.
-Se stabileşte intervalul de frecvenţe în care se face măsurătoarea prin introducerea limitelor sau cu bandă predefinită.
-Poate face o singură eşantionare (1 sweep) sau eşantionări succesive pentru a evalua dinamic un eventual proces de acord.
-La sweep multiplu led-ul Read clipeşte intermitent în echipament şi pe ecran.
-Măsoară, calculează şi afişează parametrii SWR, |Z|, RL, Phase, Rs, |Xs| şi trasează traectoria curbelor pe ecran cu linie subţire sau groasă.
-În josul paginii de lucru afişează poziţia curentă a prompterului pentru evaluarea parametrilor într-un anumit punct al graficului dorit.
-Cu click stânga se poziţionează Marker 1 - M1, cu click dreapta se poziţionează Marker 2 - M2 cu afişarea în câmpurile superioare a parametrilor pentru intersecţiile markerilor cu graficele, a diferenţei Bandwidth şi Q.
-Reglajul fin al markerilor în frecvenţă se poate face cu butoanele + şi - .
-Poziţionează automat SWR minim cu toţi parametrii acelui punct.
-În fereastra principală de măsură pe axa X sunt afişate frecvenţele iar pe Y valorile SWR, RL sau |Z| şi |X| dacă sunt selectate.
-Vizualizarea în format mare a parametrilor prin selectarea câmpului Visual.
-Selectează la -30 sau -60dB scala lui RL.
Acestea fiind zise putem trece la exemplificarea practică a funcţionării şi la exemple concrete de aplicaţii. Vom proceda astfel:
-Procedurile de calibrare
-Exemple demo de utilizare interactivă (off-line) pe fişiere de eşantionare deja existente salvate de pe antene reale.
-Pentru cei care nu doresc să utilizeze programul, o informare pe exemple grafice (capturi de ecran) pe datele unor antene reale, în funcţiune.
Procedurile de calibrare
Pentru acurateţea măsurătorilor sunt necesare trei calibrări:
-Calibrarea DDS
-Calibrarea reflexiei
-Calibrarea transmisiei
Calibrarea DDS
Din diverse motive calibrarea DDS din fabrică trebuie refăcută în condiţiile de utilizare locală. Cu miniVNA conectat la USB şi la un frecvenţmetru de HF bine etalonat care măsoară zeci de MHz cu precizia de 1Hz (pentru măsurători de înaltă precizie) sau de 10Hz pentru măsurătorile curente (vezi frecvenţmetrul FC1 de la Sorin YO9HVP) conectat ca în figura alăturată.
Se citeşte frecvenţa generată de miniVNA pe frecvenţmetru şi din butoanele + sau - se ajustează valoarea de Correction (cifra roşie) din fereastra de Calibrate DDS până devine egală cu cea din frecvenţmetru. Se dă OK.
Calibrarea reflexiei
Este necesară la măsurătorile de antenă. Cu VNA la USB şi conectorii DUT şi DET liberi se lansează Reflection Calibrate şi apoi OK şi încă odată OK.
Calibrarea transmisiei
Este necesară la măsurătorile de filtre, trapuri, cuarţuri,etc. Se face un strap cât mai scurt de coaxial între DUT şi DET, se lansează Transmission Calibrate. Se dă şi aici de două ori OK.
Exemple DEMO
Pentru exemplificare şi lucrul demonstrativ pe fişiere cu date reale culese de pe "antenele de balcon" ale lui YO4UQ ataşăm fişierele de date de tipul .miniVNA.
Încărcaţi fişierele ataşate acestui articol într-un folder din calculatorul dvs. Instalaţi şi lansaţi în execuţie programul Ig_miniVNA fără să fie nevoie de echipamentul conectat la USB. La mesajul de eroare COMx: MiniVNA not found! daţi Ignorer. Deschideţi cu File > Open Data.VNA şi selectaţi unul din fişierele ataşate care va deschide fereastra funcţională activă cu vizualizarea datelor şi a curbelor eşantionate şi salvate. Puteţi lucra dinamic în fereastră ca şi când ar fi propria măsurătoare analizând în detaliu toţi parametrii şi graficele afişate. Fisierele compresate cu numele Fisiere_date_miniVNA.rar se pot descărca de la http://groups.yahoo.com/group/radioamator/files/ .
Exemple grafice de măsurători
Pentru cei care nu au timp pentru vizualizarea demo prezentăm în continuare numai imaginile salvate cu selecţionarea şi afişarea unor parametrii ai antenelor menţionate anterior. Ele se găsesc depuse la adresa http://groups.yahoo.com/group/radioamator/files/ cu numele de Grafice_mniVNA.rar.
Observaţii, concluzii şi recomandări
-După multe măsurători efectuate în condiţii ambientale şi meteo diferite am constat practic că parametrii antenelor sunt substanţial influenţaţi cantitativ de vreme şi obiectele înconjurătoare. Ploaia, ceaţa mută frecvenţa de acord, minimum SWR şi creşte raportul de unde staţionare.
-O antenă executată cu precizie din documentaţie, montată în condiţii reale este puternic influenţată de ancore, piloni, alte sârme sau constucţii adiacente (hornuri, casa liftului, vegetaţie, etc). Antenele mele de balcon suferă când se întind rufele la uscat! Frecvenţa de rezonanţă şi SWR-ul măsurate în condiţii ideale sunt substanţial alterate. Antena trebuie montată şi ajustată la locul de funcţionare.
-Cu ajutorul miniVNA se poate baleia o bandă mai largă de frecvenţe (ca de exemplu între 3 şi 30MHz) şi se pot observa şi alte puncte de rezonanţă care cu ajustări corespunzătoare pot face antena să poată fi folosită pe mai multe benzi.
-Un acord corect şi o adaptare corespunzătoare diminuează în cea mai mare măsură perturbaţiile TVI şi RFI în aparatura casnică din apropiere.
-Asociaţiile şi cluburile noastre ar trebui ca printr-un efort colectiv să se doteze cu un astfel de echipament pentru rezolvarea problemelor cu antenele pe care le au mulţi radoamatori care s-au descurajat sau chiar au renunţat la activitate.
-Personal am constatat că fără analizorul iniţial MFJ259B şi mai apoi cu miniVNA nu aşi fi fost capabil să pun în funcţiune o baterie de 4 antene într-un balcon de 3,5x1m de la etajul 7 şi un copac la cca 32m cu care lucrez practic în toate benzile de unde scurte.
-Pentru specialiştii în configuraţii DDS şi programarea PIC-urilor schemele pentru miniVNA se găsesc la adresa http://www.miniradiosolutions.com/minivna.pdf
-Ca o justificare a necesităţii pentru calibrarea DDS este faptul că miniVNA lucrează cu comutaţia unui oscilator local bazat pe cip-ul AD9951 şi un cristal de 25 MHz şi nu are sistem pentru compensarea temperaturii.
-În cazul în care se impune o măsurătoare la distanţă cu miniVNA lângă intrarea antenei şi calculatorul la distanţă datele se pot primi prin intermediul unui adaptor wireless, pe o conexiune fără fir. Alimentarea miniVNA şi a adaptorului extern se va face cu o sursă de 3,6-5Vcc.
Kit-ul este la WiMo http://www.wimo.com/cgi-bin/verteiler.pl?url=instrumentation_e.html
"Bluetooth kit for miniVNA" unde găsiţi şi detaliile de instalare.
- Cristian Colonati YO4UQ
-
