Projekt automatischer Antennentuner mit Mikrocontroller

    Moin @all


    Andreas ... klasse Idee, werde ich sofort ausprobieren.
    DC5PI, ja AD9851 hat einen Filter und eine 200 Ohm Anpassung. Ich hatte das durch einen 1:4 UnUn gelöst, ob das die sinnvollste Methode ist, keine Ahnung.


    Ein ganz anderer Aspekt zum Ausgangsthema. Der Phasenwinkel wird mit dem AD8302 entweder richtig oder um 180° falsch angezeigt. Benutzt man den AD8302 ausschließlich zur Ermittlung des Phasenwinkels, mißt die Vor-Rücklaufende Spannung separat, ist ganz schnell klar, welcher der beiden möglichen Werte der richtige ist. in der Praxis würde es bedeuten, probier die Einstellung mit Wert 1, mess das SWR, ist das ok, belass es dabei, ist das nicht ok nimm den Wert1 plus 180, berechne die notwendige Anpassung, ist die ok, be happy ... ist die nicht ok ... versinke im Grübeln oder so.

    Hallo OMs,
    ich bin mit meine Messkopf im Ant-Analyser jetzt zu frieden. Die SOL Kalibrierung kompensiert ausgezeichnet alle Messfehler.


    Die Quintessenz aus diesen Erkenntnissen wäre ein ganz einfacher Messkopf für den Antennenkoppler von Wolfgang. Die Stromauskopplung kann ja ein ganz kleiner Feritringkern erledigen und die Spannungsauskopplung mit Widerständen ist auch ganz einfach. Eventuell kann man den Phase bei hohen Frequenzen mit dem Trimmer kompensieren. Der AD8302 verträgt als Maximum 0dBm Pegel. Jetzt muss man nur noch die Auskoppeldämpfung berechnen, damit die SWR-Berechnung in einem möglichst grossen Bereich gut funktioniert. Bei einem Antennenkoppler für 1000W wurde ich -70dB Auskoppeldämpfung realisieren, an IMPA und an IMPB. Die Auswertung mit dem AD8302 würde von 1 Watt bis 1000 Watt gut funktionieren. Bei 1 Watt Sendeleistung liegen etwa -40dBm Pegel an den Eingängen vom AD8302 an. Das fehlende Vorzeichen bei der Phase kann man durch Änderung von L oder C ermitteln.
    Ich glaube so könnte es funktionieren.
    Ich habe noch einen Widerstand eingefügt, damit das ganze breitbandig wird.


    vy 73 Andreas DL4JAL

    Hallo Om's!


    Was Peter (DJ6MZ) hier behauptet, muss ich korrigieren:

    Zitat von DJ6MZ

    Der Phasenwinkel wird mit dem AD8302 entweder richtig oder um 180° falsch angezeigt.

    Richtig muss es heißen, dass man beispielsweise nicht unterscheiden kann zwischen + 60 und - 60 Grad, also zwischen induktivem oder kapazitivem Verhalten der Antenne. Siehe Bild, entnommen aus der Dokumentation.


    Wie aber in diesem Thread schon mehrfach vorgeschlagen, kann man durch Zuschalten einer bekannten Impedanz (Spule oder Kondensator) recht einfach entscheiden, welches Verhalten vorliegt. Somit kann man den zweiten AD8302 (von ON5DI vorgeschlagen) einsparen, auf Kosten eines Relais (im geplanten Koppler sowieso mehrfach vorhanden).
    Wenn die Anzeige mit dem PSoC funktioniert, werde ich sowohl mit AD8302 als auch SA612 weiter experimentieren und dann berichten.
    73, Wolfgang

    Moin Andreas


    habe jetzt mal beide Varianten von dir ausprobiert, allerdings stehe ich mal wieder vor einem Interpretationsrätsel.
    Bei Variante 1, mit Schweinenase (BN202)14 Windungen pro Seite ausgekoppelt, schwankte die Phase bei 200mV offen, 900 mV mit 50 Ohm terminiert und 1600 Kurzschluß, die Amplitudenmessung ergab 1790 offen, 1780 mit 50 Ohm und 1800 Kurzschluß


    bei Variante 2, kleiner Ringkern über einem Koaxkabel (FT23/43), mit 14 Windungen, Phase 95mV offen, 187 mV mit 50 Ohm und 433 Kurzschluss, Amplitudenmessung ergab 432 mV offen, 417 mit 50 Ohm und 541 mV Kurzschluss.
    Irgendwie verwirren mich diese Werte etwas, vielleicht kannst du mir ein bißchen auf die Sprünge helfen.
    Axo freq 3750kHz, als Generator habe ich das Dipit genommen.


    Grad den Koppler umgebaut, diesmal Ferritperle 10 Windungen Koppelwicklungen, ansonsten wie Variante 2
    Werte völlig anders, offen Phase 298mV, Amplitude 267, Kurzschluss Phase 778, Amplitude 800, 50Ohm Phase 179, Amplitude 448
    wobei Amplitude ja eigentlich ViA/ViB


    Irgendwie muß man wohl erstmal rausbekommen, wie man den AD8302 ankoppelt um vernünftige Werte zu erhalten.


    Gruß
    Peter

    4 Mal editiert, zuletzt von DJ6MZ ()

    Hallo Peter,
    ich habe mal bei verschiedenen Frequenz die ADC-Werte vom meinem Ant-Analyser aufgeschrieben.
    Es fällt auf, das im Falle "Open" und "Short" der Phasenwinkel ansteigt.
    Das ist aber logisch, wir befinden uns im Grenzbereich des Smith-Diagrammes:
    "Open": die geringste Schaltungkapazität hat einen geringeren imaginären Widerstand als das "Unendlich" im reellen Bereich. Der Phasenwinkel bleibt nicht auf "Null", sondern geht auf etwa -90 Grad.
    "Short": die geringste Schaltungsinduktivität hat einen höheren imaginären Widerstand als der reelle Kurzschluss (0 Ohm). Der Phasenwinkel bleibt nicht auf "Null", sondern geht auf etwa +90 Grad.


    Nur bei "Load" sieht es besser aus. Der Phasenwinkel steigt bei hohen Frequenzen etwas. Das liegt aber an meiner "schlechten" Konstruktion der HW, HI. Die Umag Werte verändern sich aber kaum. Die Spannungen der "Stromauskopplung" und die Spannungen der "Spannungsauskopplung" sind also immer gleich groß.
    In der Tabelle sind die ADC-Werte der Phasenmessung ganz klein. Das interpretiere ich als 180 Grad, anstelle 0 Grad. Eine der beiden Spulen ist also in der Wicklung vertauscht. Das spielt aber bei diesem Messprinzip keine Rolle.


    Mit einem scalaren Messsystem (z.B.: Stocktonkoppler+2xAD8307) wären uns diese Dinge nicht so aufgefallen. Aber wir können genau so feststellen, dass bei hohen Frequenzen das "Return Loss" nicht so gut ist wie bei niedrigen Frequenzen. Das liegt an der geringen Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen.


    Mir ging es am Anfang auch so, dass ich die Messwerte nicht verstanden habe. Meine Testplatinen habe ich mehrmals zu Seite gelegt und sogar den AD8302 abgelötet.


    vy 73 Andreas

    Moin Andreas


    vielen Dank für deine Erklärung und deine Zahlen. Muß ich erstmal drüber nachdenken und vor allem, warum meine nicht mal in der Tendenz mit deinen übereinstimmen. Werde mal eine neue Spule wickeln. Derzeit Ferritperlen unbekannter Qualität, werde jetzt nochmal mit den Doppellochkernen, halt nur ein Loch bespielen und das probieren.

    Hallo Om's,
    bevor ich den Lötkolben schwinge, habe ich mit LTSpice ein paar Simulationen ausgeführt. Insbesondere hat mich interessiert, ob z.B. ein kapazitiver Spannungsteiler am "Spannungs- Trafo" Vorteile bringt. Ergebnis: nein, er ist gleichwertig mit einer Widerstands- Reihenschaltung. (Von eventuellen Verlusten einmal abgesehen.)


    Hier ein paar Ergebnisse: (die durchgezogenen Linien stellen Spannungen dar, die gestrichelten die Phase)

    Neuester Stand:
    - Baugruppe mit AD8302 sowie einem Relais auf- und eingebaut. Das Relais schaltet einen Hilfskondensator parallel zum Spannungs- Messzweig, wodurch eine eindeutige Aussage über kapazitives oder induktives Verhalten der Antenne möglich wird.
    - SA612 entfernt
    - Software für Ansteuerung eines seriellen Displays am PSoC5 getestet.
    nächste Schritte: Software zur Aufnahme von Messwerten erstellen
    - Algorithmus zur Berechnung der Antennenparameter (Realteil und Imaginärteil) entwickeln

    Hallo Wolfgang,
    ich gratuliere. Da geht es ja vorwärts. Ich hatte mich mal mit der Berechnung der Antennenanpassung befasst und ein kleines Programm geschrieben.


    SW für Windows V1.01


    Irgendwo habe ich auch noch die Quellen, wenn dir das etwas nützt.


    vy 73 Andreas

    Einmal editiert, zuletzt von dl4jal ()

    Hallo Wolfgang,
    ich sehe gerade, dass in der Tiefpass-Berechnung noch ein Fehler ist. Das C wird falsch berechnet. Ich werde das korrigieren.


    neue SW V1.01


    Ich habe eine neue Version zusammen gestellt.


    vy 73 Andreas

    Einmal editiert, zuletzt von dl4jal ()

    Hallo Andreas,
    Danke für die korrigierte Version des Berechnungsprogramms! Das ist eine gute Hilfe beim Testen.


    Heute habe ich das "Innenleben" des PSoC5 gestaltet, so dass er nur mit wenigen zusätzlichen Bauelementen als Frequenzzähler taugt. (linkes Bild)
    Getestet (zunächst mit interner Taktquelle) bis 48 MHz. Erreichte Auflösung und Genauigkeit ist dabei 1 kHz.


    Zur Funktionsweise: Timer 1 liefert die Torzeit des Zählers (0,4 s). Counter 1 zählt die Impulse der durch 2 geteilten Eingangsfrequenz. Beide Stufen sind ständig in Bereitschaft, werden aber durch das Control Register "TimerControl" gleichzeitig gestartet. Timer 1 löst noch Ablauf der 0,4 s die Speicherung des Zählerstandes von Timer 1 aus. Gleichzeitig wird ein Interrupt erzeugt, der dem Steuerprogramm das Signal "Messwert abholen" übermittelt. Darauf hin wird über das Control- Register alles angehalten. Die Messwerte werden ausgewertet, angezeigt und nach einer kurzen Pause geht es wieder von vorn los.


    Vom Spannungstrafo ausgehend werden ein Diodenbegrenzer und eine Transistorstufe hoffentlich zur Impulsformung ausreichen. Das muss ich noch testen. (2. Bild)
    73, Wolfgang

    Hallo Wolfgang,
    ich nehme immer den 74hc4046 zur Impulsformung. Diese Schaltung wurde mal vor einigen Jahren bei einem Frequenzzähler vom FA benutzt und seit dem verwende ich die erfolgreich. Bei einer Auskoppeldämpfung im Messkopf von etwa 30dB funktioniert die Frequenzzählung bei 30MHz ab etwa 1W Sendeleistung und im unteren KW-Frequenzbereich schon bei 0,1W, Beschaltung des 74HC4046 wie im Schaltbild angegeben.


    Ich zähle auch mit dem PIC per interner Zeitschleife. Der PIC hat einen internen schnellen Vorteiler (etwa 40MHz/8Bit). Den nutze ich immer. Er lässt sich allerdings nicht direkt auslesen, aber mit einem Hilfs-Pin gebe nach dem Zählvorgang Impulse am Eingang des Vorteilers bis er überläuft. Vom gesamten Messergebnis werden die beiden untersten BIT ignoriert durch rechts schieben. Das Messergebnis ist dann im 10kHz Raster. 3,662 Mhz ist dann die Zahl 366. Die Frequenzmessung muss 5x das gleiche Ergebnis liefern, erst dann ist es gültig. Das sind so meine Erfahrungen bei der Frequenzmessung in einem Automatiktuner.


    vy 73 Andreas

    Moin
    ich hab mir diese Steuerung vor drei Jahren aufgebaut, http://dl6gl.de/book/export/html/80, funktioniert recht gut, der Frequenzzähler Abb. 1.3 geht sauber bis 30Mhz


    Eigentlich nutze ich die Steuerung nicht so, wie der Autor vorgeschlagen hat, sondern mit etwas Umprogrammierung via PC und funktioniert eben parallel zu der einfach VNA. Die Berechnung von L und C habe ich wie folgt gelöst (Visual Express 2012) und basierend auf Tiefpass mit Kond vor oder nach Spule (Christian Koppler):
    Rx, XL und Freq werden aus der VNA ausgegeben.


    Rx = minPointSRL
    Jx = minPointSXL
    Freq = minPointFreq


    xp1 = (-50 * Jx - Math.Sqrt(50 * Rx * ((Rx * Rx) + (Jx * Jx) - 50 * Rx))) / (50 - Rx)
    xs1 = (-50 * ((Rx * Rx) + Jx * (Jx + xp1))) / (Rx * xp1)
    korr = Math.Sqrt(Rx * (50 - Rx))
    xp2 = -korr - (Rx * Rx) / korr
    xs2 = -Jx + korr


    Try
    If xp1 > 0 And xs1 > 0 Then
    xp = xp2
    xs = xs2
    LT = 1
    Else
    xp = xp1
    xs = xs1
    LT = 0
    End If
    Catch ex As Exception
    xp = xp2
    xs = xs2


    End Try


    Kon = -1000000 / (2 * Math.PI * Freq * xp)
    Spu = xs / (2 * Math.PI * Freq)


    Spunum = Spu / 0.25
    Konnum = Kon / 16
    U = Math.Sqrt((200 / Rx)) * Math.Sqrt(((Rx * Rx) + (Jx * Jx)))
    Am = Math.Sqrt((100 / Rx))


    Theoretisch müßte das gehen, aber leider nur theoretisch, denn die errechneten Rx, XL Werte stimmen leider nicht wirklich. Der Imaginäre Anteil ist gelinde gesagt falsch ... und mit dem AD8302 bin ich leider noch nicht wirklich weiter gekommen, hoffe, bei euch was abzuschauen. U und I werden natürlich auch ausgegeben.


    Gruß
    Peter

    Hallo Andreas,
    leider liefert meine Bastelkiste nur den HEF4046, der geht vermutlich nur bis 2 MHz. Ich werde dehhalb erst einmal mit Vorverstärker (2 Transistoren SF245) und Schmitt- Trigger 74HC14 experimentieren...
    Die Idee, den Vorteiler bis zum Überlauf zu füttern, und die zugeführten Impulse zu zählen, finde ich genial.


    @ Peter, DJ6MZ
    Vielleicht ist dieser Link hilfreich, hier sind die benötigten Formeln zur Berechnung der 4 verschiedenen L- Glieder zu finden:
    http://dl6gl.de/grundlagen/imp…npassung-mit-l-netzwerken



    73, Wolfgang

    Moin Wolfgang,


    die Formeln sind nicht das Problem, ich habe die aus derselben Quelle, allerdings aus dem Excel sheet, ursprünglich von G3YNH. Da ich nur den Tiefpass schalten kann, sind es eh nur zwei Formeln.
    Nein, falsch sind die Werte von meinem "billig" Antennenanalyzer, der eben nicht die tatsächlichen Vektoren ermittelt und damit nutzen die Umrechnungsformeln nichts, denn wenn die Eingangswerte falsch sind, sind die Ausgangswerte ebenso falsch.


    Das Problem ist halt den Phasenwinkel zu messen und meine Ergebnisse mit dem AD8302 sind eben, dürftig. Was ich jetzt probieren will ist eine 3-M-Impedanzmessung, in abgespeckter Form macht die mein Analyzer ja, allerdings eben nicht den imaginären Anteil richtig. Daran löte ich gerade, im Grunde fehlen die beiden Messungen Ausgang und parallel zu einem C (ich habe jetzt einen 470pF eingesetzt), theoretisch sollte ich dann, glaubt man Rothammel bzw G3LDO alle Vektoren zumindest des Betrages nach gemessen haben. Schicker wäre der AD8302, aber, wie gesagt, meine Messergebnisse sind nichtmals vergleichbar mit den Werten von Andreas.

    Neuer Ansatz für den Impulsformer (siehe Skkizze)
    Aus vorhandenem Material wurde ein Impulsformer zusammengelötet.
    Vorher habe ich ausgiebig mit LTSpice simuliert. Die Schaltung sollte ab ca. 100 mW funktionieren, maximal bei 300W.


    Nachtrag (3.12.) : Die Schaltung enthielt einen Fehler: Die nicht benutzten Triggereingänge waren nicht geerdet, dadurch machte sich der Schaltkreis seine eigenen Schwingungen!
    Ist nun korrigiert.

    Nach mehreren Versuchen mit anderen Schaltungsvarianten bin ich nun zu einem zufriedenstellenden Ergebnis gekommen:


    Eingangssufe und Impulsfomer: 74HC4046 siehe http://kunstmanen.net/WKfiles/Techdocs/DFD4/DFD4.pdf
    Vorteiler 4:1 74AC74 wie bei http://www.qsl.net/g6uyj/prescaler.gif


    Jetzt kann es endlich mit den Berechnungen weitergehen...


    Ergänzung (15.12.16): Empfindlichkeit der Zählerbaugruppe


    Die Messergebnisse zeigen in Abhängigkeit von der Frequenz:
    Pmin : Minimale Eingangsleistung der Zählerbaugruppe in dBm
    Ptx: Minimale Sendeleistung unter Berücksichtigung des Dämpfungsgliedes (Spannungstrafo 44:1)

    Da "nichts mehr ging", musste ich den AD8302 austauschen. Zum Glück hatte ich diese Baugruppe noch in der Schublade:
    http://www.ebay.de/itm/1722124…geName=STRK%3AMEBIDX%3AIT



    Die Fotos zeigen, was an den Modulen geändert werden musste:
    - SMA- Buchsen ablöten
    - Dämpfungsglieder (56Ohm - 270 Ohm - 56 Ohm) in Pi- Schaltung ca. 20 dB einarbeiten
    - Tochterplatine mit Gleichrichterdiode BAT62


    Nächste Aufgabe: Aus den Messwerten den Scheinwiderstand und die Blindwiderstände berechnen. Dazu benutze ich "Kunstantennen" in Form von möglichst genau vermessenen Kondensatoren, Spulen und natürlich ein Dummy- Load.