To może kilka słów o oprogramowaniu...
Kod dla STM32 napisałem samodzielnie (włącznie ze sterowaniem kością Si5351).
Optymalizacja kodu i ilość pamięci tego kontrolera pozwoliły na wykonywanie aż 2048 12-bitowych próbek ADC dla każdego portu (referencyjny dla fazy i port pomiarowy dla magnitudy). Dalej całość przesyłana jest do PC po kablu USB.
Na komputerze wykorzystuję interfejs graficzny znany już z poprzednich analizatorów, ale oczywiście zmodyfikowany kod pod względem DSP.
Mamy więc FFT i odpowiednie obliczenia.
Prócz standardowej i oczywistej kalibracji wektorowej Open-Short-Load wykonywanej przy pomocy tak utworzonych wzorców na gniazdach SMA:
Zrobiłem jeszcze dość autorską kalibrację źródła sygnału, który steruje Si5351 - generatora 27MHz.
Widmo sygnału przed tą kalibracją wygląda tak:
a po kalibracji tak
albo w bardzo dużym powiększeniu (proszę zwrócić uwagę na skalę po lewej):
Dzięki tej kalibracji nie musiałem stosować okien dla FFT, a sygnał pożądany jest bardzo czysty.
Nawiasem mówiąc, jak widać, filtr dolnoprzepustowy 4-ego rzędu za mieszaczem dobrze się sprawuje, bo 3-cia harmoniczna sygnału jest całkiem dobrze wytłumiona (choć widać ją wyraźnie na tym powiększeniu).
Wczoraj jeden z kolegów skutecznie mnie zmobilizował do pracy i udało mi się zrobić nową wersję PCB w KiCAD. Mam nadzieję, że tym razem już finalną (opatrzyłem ją numerem wersji 2.1) i przeszkadzające rezonanse nie wystąpią. No chyba, że przyczyna rezonansów tkwi w czymś innym, niż mi się wydaje...
Pliki gerber poszły do produkcji w allpcb.com i wystarczy teraz poczekać.
Tym razem jednak dałem zwykłą pocztę (bo DHL + podatek od całości strasznie podraża sprawę, a zbyt dużo kasy już władowałem w ten projekt), więc trzeba cierpliwie czekać pewnie z dobry miesiąc.
Zaprezentuję teraz kilka przykładowych pomiarów zrobionych na prototypie.
Ponieważ to urządzenie prawidłowo "odczytuje" znak mierzonej reaktancji, możliwe są pomiary przez dowolnie długie kable (oczywiście 50-omowe koncentryki). Dlatego wszystkie pomiary, które prezentuję poniżej, zrobiłem przez taki oto kabel (długości mniej więcej jednego metra), który na końcach ma jeszcze odpowiednie przejściówki między złączami SMA, UC i N (takie trochę "dziwadło", bo akurat taki kabel miałem pod ręką, ale to też pokazuje, że konfiguracja przewodów nie ma za bardzo wpływu na pomiary, pod warunkiem oczywiście, że kalibrację wykonujemy na końcu takiego kabla):
Ponieważ "głowica pomiarowa" urządzenia to zwykły mostek rezystancyjny, sygnał pochodzący z tego mostka jest wprost proporcjonalny do współczynnika odbicia Gamma na porcie pomiarowym. To więc oznacza, że im większe niedopasowanie mierzonej impedancji (za mała lub za duża), tym większa jest niedokładność pomiarów. W praktyce największy problem jest z dużymi impedancjami (port otwarty, na którym indukują się różne sygnały)
Teoria mówi, że prawidłowe pomiary w oparciu o Gammę (czyli wszelkiego rodzaju mostki, sprzęgacze itp.) udaje się uzyskać dla impedancji rzędu 1 do 1,5 kilooma.
W swoich testach jako miarodajne przyjąłem więc impedancje, które dają SWR na poziomie 1:10, aby sprawdzić jaką dają dokładność, bo wszystko inne co jest bardziej zbliżone do 50 omów będzie miało pomiary już tylko bardziej dokładne.
Podobnie jak poprzednio, pokazuję pomiary rezystancji (skala na lewej osi) oraz reaktancji (skala na prawej osi).
Tak więc wygląda pomiar rezystora 4,7 oma dla zakresu HF:
Ten sam rezystor dla zakresu VHF (pasmo 2m):
oraz dla zakresu UHF (pasmo 70cm, miernika pracuje na 3-ciej harmonicznej sygnału, a więc i sygnał pomiarowy jest znacznie słabszy):
A teraz rezystor 455 omów (a właściwie dwa połączone równolegle rezystory 910 omów każdy) dla HF:
dla VHF:
oraz UHF:
Z ciekawości sprawdziłem też dokładność dla jeszcze większej rezystancji, gdzie już dochodzimy do granicy możliwości urządzenia (zgodnej z teorią).
Rezystor 910 omów (SWR ~1:18!) dla HF:
dla VHF:
oraz dla UHF:
Pomiar równoległego obwodu rezonansowego, złożonego z kondensatora 270pF i cewki na rdzeniu Amidon w okolicach 1uH pokazuje dobrze tę własnie granicę możliwości urządzenia, gdzie w rezonansie nie wychodzimy z impedancją powyżej 1 kilooma:
A tak jeszcze wygląda pomiar kondensatora 270pF (tym razem lewa oś to bezpośrednio obliczona pojemność, a prawa reaktancja):
I jeszcze ten sam kondensator na wykresie Smith'a:
Wydaje mi się, że wygląda to całkiem nieźle
