Analizador de antena con Arduino y AD9850 parte 3

Navegando por internet ha varios proyectos de costrucion casera para analizadores de antena. Muchos estan inspirados en los proyectos descritos por el colega Beric Dunn K6BEZ en la pagina web https://sites.google.com/site/k6bezprojects/antenna-analyser “An HF Antenna Analyser for under $50”.

De la pagina se puede bajar un documento PDF con detalles de los proyectos.

Un proyecto utiliza un Arduino Nano y un AD9850, justo el objetivo de mi proyecto, por lo cual desidí  intentar su construcción. Este es el circuito del proyecto:

antenna_analyzer_docs

El circuito es relativamente sencillo y realiza solo dos mediciones de voltaje a la antena que corresponde al voltaje directo (forward) y el reflejado. Esto es suficiente para calcular el ROE (SWR) que es el factor mas importante de la antena. Los datos medidos en la antena se envían a un PC conectado en el puerto serial del Arduino. Todo el circuito se alimenta con los 5 voltios que vienen en la conexión USB desde el PC.

El circuito original utiliza un Arduino Micro el cual he reemplazado por uno Nano. El amplificador operacional es un MCP6002 que he reemplazado por el LM358 de mas fácil de encontrar.

El software para el Arduino se puede bajar de la pagina del autor K7BEZ.

Para la construcción utilice una placa de circuito impreso perforado que encontré en un almacén de electrónica que se muestra en la siguiente foto junto con el LM358, Arduino nano y el AD9850:

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Utilicé unos conectores de tipo SIL para permitir que el Arduino y el AD9850 fueran enchufables y por tanto reutilizables en otros proyectos.

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Las fotos muestran el circuito realizado antes de poner los Arduinos y AD9850.

(actualizado 28 Junio 2016)

Con el circuito descrito, he realizado algunas pruebas de funcionamiento con resultados poco satisfactorios.

En primer lugar todo el circuito trabaja con 5 voltios que vienen por el cable USB y pasa por el Arduino. La capacidad de corriente es limitada y no puede uno exederse en sobrecargar los circuitos. Hay un riesgo: si por accidente el circuito de 5 voltios se llegara a poner el corto por un instante, el Arduino queda inservible. Lo mismo puede pasar por una mala conexión u operación de algún componente que provoque una sobrecorriente puede causar daño irreversible en el Arduino. Lo aconsejable es disponer que el circuito tenga su suministro de corriente independiente, mas robusta.

El AD9850 (DDS) funciona con 5 voltios y su salida es una onda sinusoidal muy pura. Las mediciones hechas con osciloscopio muestran que a baja frecuencia, ejemplo 500 kiloherz la salida es de 9.7 voltios pico a pico pero se reduce a 1 voltio a frecuencias de 500 kHz y valores de 400 milivoltios para frecuencias de 5 y 20 MHz como se muestra en las siguientes fotos.

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Como el analizador esta planeado para que realice mediciones en la banda de HF (3 a 30 Mhz), el voltaje de salida de 400 milivoltios pico a pico resulta insuficiente para hacer un eficente medidor. Con un agravante, las mediciones anteriores fueron hechas con circuito abierto a la salida del AD9850, si uno carga el circuito con 50 ohms los voltajes medidos caen a la mitad de los medidos a circuito abierto.

Con estos resultados resulta poco viable realizar el analizador con este circuito. La solucion es amplificar la señal entregada por el AD9850 para tener un voltaje de 2 a 5 voltios sobre el circuito en medicion. El amplificador puede ser contruido con un par transistores lo cual permitiria lograr una separacion entre el oscilador (el AD9850) y la carga que se conoce como un Buffer. El amplificador no se podria alimentar de los 5 voltios del Arduino si no que requeriria una alimentacion separada de 6 a 12 voltios.

Por estos motivos, la sencillez de este circuito no es bueno continuarlo y debo buscar un circuito, con la misma idea, pero mas elaborado.

 

 

 

 

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Interfase para modos digitales

Ha llegado a mis manos un grupo de cables hechos para acoplar un equipo de radio a un PC para operación de modos digitales (PSK31, JT65, etc). El caso es que los cables lucen como una sopa de espagueti y resultan muy difícil de manipular y conectar como se pueden ver en la foto:

 

V

Mi idea es poner los componentes en una caja que permita su conexion a radios y PC.

Lo primero fue lograr hacer un diagrama de los circuitos, el cual esta en el siguiente dibujo:

interfase-1

En el diagrama al lado izquierdo estan las conexiones del lado del transmisor y a la derecha las conexiones hacia el PC.

Lo interesante es el uso de transformadores utilizado para convertir 110 voltios a 12 voltios son usados en los circuitos de audio para aislar las tierras del equipo transmisor del PC.

En el lado del PC se utiliza un adaptador de audio a puerto USB  lo mismo que un convertidor de puerto serial a USB para el control de PTT. Esto ultimo es necesario porque los PC Laptop actuales no disponen de puerto serial.

En el lado del transmisor se utiliza el conector de micrófono de 8 pines. Los pines conectados corresponde a la opción de un transmisor Kenwood TS-430. La conexiones para otros transmisores son diferentes. El circuito para control del PTT (transistor, resistencia y diodos ) se instalaron en una pequeña placa de circuito impreso.

La foto siguiente muestra como quedo el equipo después de poner los transformadores y la placa de circuito impreso dentro de una caja.

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El equipo fue probado utilizando un transmisor FT-920 de Yaesu. Como los pines del microfono difiere de los utilizados por  el TS-430, le hice una conexion provisional:

Pines del TS-430:

Micrófono -> pin 1   Tierra micrófono -> pin 7

PTT -> pin 2, Tierra ptt -> pin  8

Pines FT-920

Micrófono -> pin 8,  Tierra micrófono -> pin 7

PTT  -> pin 6, Tierra PTT -> pin 5

Probé usando el modo JT65 y en la siguiente foto puede ver el resultado:

 

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Comentarios:

El circuito funciona lo que indica que el uso de transformadores adaptadores de 110 V a 12 V resultan adecuado para acoplar los circuitos de audio de la interfase. Un inconveniente es que son grandes y pesados.

El circuito no es consistente, mientras en audio se usan transformadores para aislar las tierras del transmisor y el PC, en el circuito de control del PTT las tierras de PC y transmisor quedan unidas. La razón es que se utiliza un transistor para activar el PTT, lo recomendable es utilizar un foto-acoplador que permitiría el aislamiento eléctrico entre PC y transmisor.

En transmisores modernos como el FT-920 la operación del PTT se consigue a través del control remoto del transmisor utilizando programas como el Ham Radio Delux y el circuito del adaptador con transistores no es necesita.

 

 

Analizador de antena con Arduino y AD9850 Parte 2

En la primera parte he presentado una somera descripción de los analizadores de antena. Ahora consideraremos como el analizador se podría construir.

Primero que todo necesitamos un generador de frecuencia en el rango que queremos trabajar. La solución es usar un DDS como el AD9850 el cual puede generarnos una frecuencia entre 1 y 50 MHz muy adecuado para analizar antenas de Onda Corta 3 a 30 MHz lo que nos cubre las bandas de radio-aficionados (80, 40, 30, 20, 17, 15, 12, 10). No hay obstáculo y el analizador puede cubrir también 160 Mts (1,8 MHz) y las bandas de 11 Mts.

El AD9850 suministra una señal sinusoidal muy pura y aproximadamente 1 Voltio de amplitud de salida. Esta salida resulta suficiente para hacer las mediciones de voltaje necesarios, pero no parece adecuada ya que por los debiles necesitan mas sensibilidad de los sensores, pueden ser afectados por interferencias.  Claro que podemos hacer un amplificador de la señal utilizando un par de transistores pero esto complica el circuito y ademas necesitaríamos una fuente corriente externa para alimentar el paso de amplificación.  Por este motivo, nuestro primer intento de hacer un analizdor utilizaremos exclusivamente la señal que nos da el AD9850.

La siguiente figura muestra el circuito básico del puente. El tema es medir los diferentes voltajes indicados y luego hacer algunos calculos para deducir el valor de los parámetros de la antena.

analizador antena 3-1

Recordemos que los voltajes indicados son de corriente alternas. Un voltimetro necesita rectificar el voltaje  para su medicion y ademas el voltimetro necesita tener una altísima resistencia de entrada para que cuando acople a la resistencia en medicion no afecte afecte su medicion.

La siguiente figura muestra un diagrama simplificado del circuito de medición:

analizador antena 4

El voltaje sobre la resistencia R es rectificado por el diodo D seguido de un condensador C. La razón del condensador es tener un voltaje para medir mas estable para medir un valor que se llama V “rms” que se aproximadamente 0.7 el voltaje de pico de la onda sinusoidal.

El voltaje sobre el condensador es entregado a un circuito amplificador a través de las resistencias Ra y Rb. Ra es tipicamente 10 kohms y Rb de 100 kohms. Esta impedancia superior a 100 kohms es despreciable con los solo 50 ohm que tiene la resistencia sobre la cual se mide.

La salida del amplificador la conectamos a uno de los puertos análogos de un Arduino. Los puertos analógicos del Arduino pueden ser programados para que incluyan un convertidor análogo digital en su entrada de esta manera el valor de voltaje a la salida del amplificador se convierte en un valor digital binario.  El valor análogo es codificado en un valor de 10 bits con lo cual el puerto analógico del arduino se convierte en un excelente medidor de voltaje con 1024 diferentes valores en el rango de 0 a 5 voltios de entrada.

En este proyecto el Arduino nos va a dar varias facilidades:

  • Programar el AD9850 para la frecuencia que deceamos trabajar.
  • Sensor de voltaje.
  • Interface con un PC via puerto serial para transferir los datos medidos para un analisis mas elaborado en el PC.
  • Calcular usando los voltajes medidos los parametros de la antena.
  • Otros mas que iremos viendo a medida que avance el proyecto.

Continuara …