Записки программиста

Некоторое время назад я стал задумываться о покупке нового антенного анализатора. Я в общем-то доволен моим Mini60S, но данное устройство годится только для КВ-антенн. В то же время много интересного происходит на частотах 144-146 МГц (радиолюбительский диапазон 2 метра), 430-440 МГц (диапазон 70 см), в ISM диапазоне 433.05-434.79 МГц (в нем работают LPD-рации и многие радиомодули), а также на интервалах 137-138 МГц (метеоспутники), 108-137 МГц (авиадиапазон), 151.7-156.0 МГц (ж/д диапазон), 156-174 МГц (морской диапазон), 300-337 МГц (речной диапазон) и 446.0-446.2 МГц (PMR-рации). Недорогим и полностью открытым анализатором, покрывающим все эти частоты, является анализатор белорусского радиолюбителя Юрия Кучуры, EU1KY.

Страница анализатора EU1KY находится здесь. Доступны схема устройства, прошивка, инструкция по сборке, и так далее. На eBay анализатор продается под именами Mini600 и Mini1300 в собранном виде, без какого-либо упоминания оригинального автора. Продавцы обещают поддержку частот до 600 и 1300 МГц соответственно, но мне почему-то слабо в это верится. Если вдруг вы являетесь обладателем одного из этих устройств, прощу поделиться впечатлениями в комментариях.

Кроме того, в магазине Elekitsorparts анализатор продается под именем FAA-450 как в собранном виде, так и в виде набора для сборки. Цена собранного FAA-450 составляет 217$, плюс 9$ за доставку. На первый взгляд, это немало. Однако цена ближайшего аналога в лице RigExpert AA-600 составляет что-то в районе 750$. Кроме того, подобные устройства исправно служат десятки лет. Если помнить про эти два момента, то предложение перестает казаться таким уж невыгодным.

Было решено сделать ставку на FAA-450. Вот так он выглядит:

Конечно же, первое, что бросается в глаза — это сенсорный TFT-дисплей диагональю 4.3" с разрешением 480x272, при помощи которого и осуществляется взаимодействие с анализатором. Устройство имеет разъем Type N, но идет в комплекте с переходниками на SMA, BNC и UHF. Также с анализатором идет комплект для его калибровки, SD-карта на 16 Гб, USB-кабели и небольшой мешочек для транспортировки.

Что не идет в комплекте — это Li-Ion аккумулятор форм-фактора 18650. Кроме того, из коробки устройство поддерживает только интервал частот 0.5-150 МГц. Связано это с тем, что анализатор поддерживает частоты 150-450 МГц, работая на третьей гармонике генератора Si5351. В данном интервале точность анализатора несколько ниже. Видимо, это как-то влияет на желание производителя заставить пользователя явно включать поддержку этих частот.

Итак, открываем корпус устройства и выполняем следующие шаги:

1. Вставляем Li-Ion аккумулятор 18650;
2. Снимаем перемычку JP1 и ставим JP2. Перемычки находятся под платой форм-фактора Arduino с большим металлическим экраном;
3. Включаем анализатор, идем в Configuration Editor → SHOW_HIDDEN и меняем значение на Yes;
4. Там же находим BAND_FMAX и меняем его значение на 450 МГц;
5. Идем в HW Calibration → Start HF Calibration;
6. Снимаем джампер JP2 и ставим JP1;
7. Идем в OSL Calibration, выполняем Scan short, Scan load и Scan open. Соответствующие SMA-адаптеры идут в комплекте;

Вот теперь устройство готово к работе! Первым делом было решено протестировать его на КВ-вертикалах диапазонов 20 и 40 метров:

Вроде, похоже на правду. Для тестирования в диапазонах 2 метра и 70 см было решено воспользоваться старой-доброй RTL-SDR Blog Multipurpose Antenna:

Также выглядит вполне законно. Тот факт, что в диапазоне 70 см КСВ выше, а его кривая более пологая, связан с тем, что в этом диапазоне толщина плеч антенны приближается к длине волны. То есть, здесь антенна начинает работать уже как толстый, широкополосный диполь.

Как и положено нормальному антенному анализатору, FAA-450 умеет измерять комплексное сопротивление антенн, да и вообще чего угодно:

На первой картинке мы видим зависимость импеданса балуна по току 1:1 от частоты. Балун представляет собой восемь витков кабеля RG58 на кольце FT240-31. Для измерения я спаял адаптер с BNC на одном конце и двумя «крокодилами» на втором. Крокодилы цепляются к оплетке кабеля на входе и выходе балуна. Таким образом, измеряется импеданс, который увидит синфазный ток, если решит пойти по оплетке кабеля. Балун неплохо работает от 2.5 МГц до 16 МГц. На этом интервале активное сопротивление балуна больше реактивного (по модулю) и значение активного сопротивления не опускается ниже 1.5 кОм.

На второй картинке представлен импеданс трапа из коаксиального кабеля. Видим, что резонанс пришелся чуть ниже диапазона 20 метров. Это ожидаемый результат. Многие источники рекомендуют настраивать трапы на 1-10% ниже диапазона. UPD: По этой теме вас может заинтересовать статья Эксперименты с трапами различной конструкции.

FAA-450 может заменить собой RLC-метр:

На первом скриншоте измеряется катушка с индуктивностью 2 мкГн, на втором — конденсатор с емкостью 22 пФ. Паразитную емкость в 4 пФ дают «крокодилы», поэтому мы видим 26 пФ. Приведенный режим удобнее графиков, потому что в нем отображается «2 мкГн», а не «0.1+12.6j на частоте 1 МГц».

Также анализатор позволяет измерить длину коаксиального кабеля:

Берешь моток кабеля, подключаешь одним концом к анализатору, и сразу видишь длину. Очень удобно. Этот функционал также сэкономит кучу времени, если понадобится найти место разрыва в линии запитки антенны. Длина кабеля или место разрыва определяются с точностью до 10 см.

Картинки, сохраняемые на SD-карту, имеют небольшое разрешение, всего лишь 480x472. Карту не требуется вынимать из FAA-450, так как устройство способно выполнять роль кард-ридера. Для доступа к файлам анализатор можно просто подключить к компьютеру по USB. Помимо картинок устройство также сохраняет touchstone файлы с сырыми данными. Это текстовые файлы, но вместо привычных значений КСВ в них пишется что-то вроде 0.022849. Как оказалось, это децибелы относительно идиницы, и в более привычный вид они переводятся по формуле:

Что интересно, FAA-450 также может работать в качестве генератора сигналов. В осциллографе генерируемый сигнал выглядит как-то так:

До идеального меандра, конечно, далеко, да и амплитуда оставляет желать лучшего. Зато выдает стабильную частоту до 100 МГц (полоса пропускания моего осциллографа) или даже выше. Может для чего-нибудь пригодится. Например, сигнал можно отфильтровать и получить несущую для передатчика.

В общем и целом, устройство работает хорошо. Я очень доволен. Из недостатков я вижу два. Во-первых, анализатор не имеет индикатора уровня заряда аккумулятора. Поэтому его приходится ставить на зарядку каждый раз после использования, на всякий случай. Во-вторых, было бы удобно перебрасывать скриншоты на компьютер / телефон без возни с проводами и SD-картой, например, по Wi-Fi или Bluetooth. Но в то же время я понимаю, что иметь радиомодуль вплотную к измерительному прибору — не самая лучшая идея. Оба пункта являются не столько серьезными проблемами, сколько моими мелкими придирками.

Дополнение: На YouTube-канале Ивана Морозова, R6FEJ, можно найти несколько видео про самостоятельную сборку антенного анализатора EU1KU. Помимо прочего, из этих видео вы узнаете о последних доработках анализатора и альтернативных прошивках. Себестоимость самодельного анализатора Иван оценивает примерно в 6700 рублей или 105$.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать обзоры ARINST VNA-PR1 и NanoVNA.

Метки: Беспроводная связь, Девайсы, Любительское радио.