Vektorieller Antennen Analyser nach DL1SNG return
Vektorieller Antennenanalyser
Projekt: Vektorieller Antennen Analyser nach DL1SNG
Kontakt: DL2LTO
 
Einleitende Worte:
Antennenbau ist ein weites Betätigungsfeld für jeden Funkamateurs. Das ist auch gut so.
Aber was machst du, wenn es zu Anpassungsproblemen kommt?. Meist ist ein spezielles Wissen über das Verhalten der aufgebauten HF Leitungen nicht direkt abrufbar. Du schaust in die Beschreibung, was dein 'Kochbuch' ist und verlässt dich auf das 'Rezept'. Nach dem Motto 'man nehme' einen Draht, messe diesen auf 6,55 m ab und hänge ihn möglichst hoch auf, verbinde mittig die 5,80m Koaxkabel mit dem Dipolschenkel usw..
Das mag dort funktionieren, wo der "Koch" seine Antenne installiert hat. Aber bei dir sind viele örtlichen Gegebenheiten ganz anders. Die Antenne kann, muss aber nicht zu deiner Zufriedenheit funktionieren. Es gibt viele unbekannte Einflussfaktoren.
Du versuchst dein Anpassungsproblem empirisch durch z.B. abschneiden zu lösen. Man sagt auch lapsig 'Cut and try'. Einfache Probleme können vielleicht schnell mit dieser Methode gelöst werden. Du willst aber genauer wissen was auf deiner selbst gebauten oder auch gekauften Antenne passiert.
Du brauchst also mehr Fakten zur Beurteilung. Das können sein, Stehwellenverhältnis, Impedanz, Betrag und Phase und weiteres.
Und diese Fakten liefert dir der vektorielle Netzwerkanalysator.
Vorgestellt wird ein vektorieller Antennenanalysator als Handgerät zum Selbstbau mit grafischen Darstellungen der Impedanzen von Antennen und anderer Baugruppen in Abhängigkeit von der Frequenz. Das Gerät wobbelt als eigenständiger Antennenanalysator mit USB-Schnittstelle über eine Frequenzbereich von 50 KHz bis 160 MHz mit vektorieller Anzeige auf einem monochromen Grafikdisplay. Eine Baugruppe zum Laden von 8 NiMH-Akkus ist im Gerät integriert.
Ich habe mir auf den Seiten des Funkamateurs die Bau- und Betriebsanleitung ganau angeschaut. Auch die Artikel von Norbert, DL1SNG überzeugten mich.
Der Analysator ist sehr handlich, arbeitet ca. 5 Stunden im Batteriebetrieb, ohne die Verbindung zum PC und zeigt die Meßergebnisse frequenzabhängig über den genannten Bereich auf einem Grafikdisplay an.
Über den USB Anschluß und der mitgelieferten Software ist eine Anzeige und der Datenaustausch mit einem PC möglich. Somit lassen sich die Meßkurven besser anzeigen, farblich darstellen, archivieren und drucken. Bei einer bestehenden USB-Verbindung schreibt der PC-Monitor die Meßkurven des Messgerätedisplays mit. Die Steuerung und Bedienung bleiben beim Antennenanalysator. Der PC übernimmt hier nur die Funktion eines hoch auflösenden Farbdisplays.
Der Weg zum Smith-Diagramm, Komplexe Zahlen, Reflexionsfaktor, Anpassfaktor, Rückflussdämpfung, VSWR, Reflexionsdiagramm, Kompensation von Blindanteilen, und und und.
Das und noch viel mehr wird in verständlicher Form vermittelt. Es werden unter anderem Induktivität und Kapazität, die Grundelemente einer Anpassung unter die Lupe genommen.
Ein Buch, 118 Seiten, unter der ISBN 978-3-88976-155-2 beim beam-Verlag erhältlich und sehr zu empfehlen.
Fünf Darstellungarten stehen bei der Menüauswahl bereit
Darstellung von Real- und Imaginärteil
Impedanz ...
Darstellung des Stehwellenverhältnis
Stehwellenverhältnis ...
Darstellung im Smith-Diagramm
Smith-Chart ...
Darstellung von Betrag und Phase
Betrag + Phase ...
Darstellung Datenfeld
Datenfeld ...
Baubericht:
Die Onlinebestellung beimFunkamateur Online-Shop dauerte keine 2 Minuten, nach 3 Tagen lag das Päckchen bei mir auf dem Tisch. Schneller geht es wohl nicht. Ich mußte natürlich die Verpackung sofort öffnen. Im Karton sah es sehr aufgeräumt aus. Alle Bauteile und eine CD mit der Bauanleitung und Software waren enthalten. Alles in Tüten abgepackt. Die beiden Leiterplatten und besonders das Display waren sehr gut vor einer möglichen Beschädigung geschützt. Im Bausatz ist der NiMH-Akkumulatorlader mit enthalten.
DieBaumappe und dieBetriebsanleitung verschaffen dir einen ersten Überblick über die Komplexität und Funktionalität des vektoriellen Antenneanalysators.
geöffnetes Päckchen ...
Nach dem ich die Bauanleitung gelesen hatte, entschloß ich mich den NiMH-Akkumulatorlader zuerst aufzubauen. Also, das Tütchen mit den Bauteilen geöffnet und einer Sichtprüfung unterzogen. Im Schaltplan wurden alle Bauelemente gefunden und abgehakt. Alles war vollständig. Auf dem Bild sind die Bauelemente noch einmal zu sehen. Der Bestückung der Leiterplatte stand nichts mehr im Wege.
Bauteile des NiMH-Akkumulatorlader ...
Die Bestückung der Leiterplatine vom NiMH-Akkumulatorlader hat nichts aufregendes. Ich habe zuerst die Widerstände, Dioden und dann die Kondensatoren eingelötet. Bevor C2 gelötet wird, sollte man die Spule L1 gestückt haben. Die beiden Batteriehalter und SK1 folgen. Zum Schluß habe ich den Transistoren, IC1, IC2 und IC-Fassung für IC3 fixiert. Die LED sollte in der richtigen Höhe eingelötet werden. Dazu die Leiterplatine mit Abstandshalter schon mal in der Gehäuseunterschale platzieren. Die LED probeweise einstecken und den Abstand von der Leiterplatine merken.
Die Lötstoppmaske einiger Masseverbindungen sind sehr klein geraten. Besonders die von R3. Da hilft nur ein größerer Lötkolben, da viel Wärme in der Massefläche abgeführt wird.
Man sollte ca. eine Stunde für diesen Zusammenbau einplanen. Nach einer ausführlichen Sichtkontrolle aller Lötstellen und Bauteile wurden die NiMH Akkus eingesetzt. Das Labornetzgerät wurde auf 12 Volt mit einer Strombegrenzung bei 300 mA eingestellt. Der Test verlief positiv. Keine Rauchwolken, die LED begann zu blinken und die Stromaufnahme pendelte sich bei 260 mA ein.
Hier noch ein wichtiger Hinweis, damit die Akkus keinen Schaden nehmen!
Wie bei jedem anderen Ladegerät ist der Ladevorgang selbstverständlich erst dann neu zu starten, wenn die Akkus wirklich LEER sind. Der Antennenalalysator informiert etwa 1 Stunde vor diesem Zeitpunkt darüber. Bis dahin ist weiterhin ein Betrieb möglich. Nun das Wichtige. Steckt bitte die genutzte Stromversorgung ERST DANN wieder an den Antennenanalysator nebst Ladeschaltung an, wenn die Akkumulatoren wirklich leer sind.
Die Schaltung noch um die Messung des bisher entnommenen Stroms nebst Speicherung des jeweiligen Ladezustands zu erweitern, erschien schon vom materiellen Aufwand nicht für gerechtfertigt, zumal die speicherbare Kapazität ja mit zunehmenden Alter der Zellen abnimmt. Also, die Akkus ERST DANN wieder aufladen, wenn sie wirklich LEER sind.
Achtung!
Wenn das Gerät für längere Zeit nicht benutzt wird, bitte die Akkus herausnehemen. Wenn keine hochwertigen und verkapselten Akkus eingesetzt werden, kann es zu sehr üblen Kontakt-Oxidationen führen, die eine Beschädigung der Platinen des Analysers zur Folge haben können.
Leiterplatine vom NiMH-Akkumulatorlader
Mit SMD vorbestückte Hauptplatine. Es sind nur noch wenige externe Bauteile einzulöten. Dazu kommt das Drafikdisplay und die BNC Printbuchse.
Achtung!
Denkt an die Elektro Statische Entladung [Electrostatic Discharge] oder kurz ESD. Aufgrund ihrer exterm hohen Eingangawiderstände sind moderen CMOS-Bauteile sehr empfindlich gegen Auswirkungen statischer Entladungen. ESD ist ein durch große Potenzialdifferenz in einem elektrisch isolierenden Material entstehender Funke oder Durchschlag, der einen sehr kurzen hohen elektrischen Stromimpuls verursacht. Die Potentialdifferenz entsteht meist durch Reibungselektrizität. Es sind besondere Sicherheitsmaßnahmen gegen elektrostatische Aufladung erforderlich!
Hier mal einige Vorschläge:
Arbeitsplatzunterlage ist immer eine antistatische Matte mit hochohmiger Erdung.
Antistatikarmbänder um das Handgelenk tragen, wenn möglich mit der antistatischen Matte per Druckknopf verbinden.
Antistatik Baumwollhandschuhe zur Minimierung elektrostatischer Aufladungen bei der Elektronik-Montage.
CMOS-Bauteile NICHT OHNE diese Schutzmaßnahmen aus der Schutzverpackung entnehmen.
Bauteile, die noch auf der Hauptplatine bestückt werden müssen ...
Die Bestückung der Hauptplatine mit den weingen Bauelementen dauerte auch hier eine knappe dreiviertel Stunde. Bei den Quarzen genau hinschauen, damit sie nicht verwechselt werden. Denn die Kennzeichnung ist nur mit scharfem Blick richtig zu erkennen.
Auch der Hinweis, bei den Testpfosten und allen größeren Masselötstellen einen 'heißeren' Lötkolben zu nehmen. Ich habe mit 60 Watt und einer mittleren Spitze keine Probleme gehabt. Aber beim Löten den Lötkolben kurz vom Netz trennen. Es könnte sonst üble Folgen haben, ESD! Speziell der TP8 mit seiner großen Massefläche braucht einen leistungsstarken Lötkolben, der für entsprechende Wärmezufuhr sorgt. Sonst pappt die Lötstelle.
Bei den fünf Tastern ist darauf zu achten, daß die angeflachte Seite zum inneren der Platine zeigt. Die Taster eindrücken, ausrichten und immer erst einen der vier Kontakte löten. Dann die richtige, vor allem gerade Platzierung konrollieren. Wenn alles zufrieden, dann weiterlöten.
fertig bestückte Hauptplatine ...
USB Adapterplatine ...
USB Adapterplatine ...
Lötkontakte an den Pins der Adapterfassung der Hauptplatine bitte nicht überstehen lassen. Es gibt sonst Konflikte mit einem Schaltkreis auf der Displayplatine.
Das Diodenarray im Detail mit den zusätzlichen 1,8 pF Kapazität ergeben in der Summe ca. 3 pF. Das ist ein guter Kompensationswert.
Einige Details zum Aufbau des Antenneanalysators
Haupt- und USB Adapterplatine übereinander ...
fertig montierte Haupt- und USB Adapterplatine ...
fertig montierte Haupt- und USB Adapterplatine ...
Draufsicht Hauptplatine mit Display ...
Antennenanalyser ohne Frontabdeckung ...
Antennenanalyser ohne Frontabdeckung ...
Antennenanalyser in der Unterschale, Seitenansicht ...
Antennenanalyser in der Unterschale, Seitenansicht ...
fertig aufgebauter vektorieller Antennenanalysator ...
Da der Analysator oftmals recht rauhen Anwendereinsätzen ausgesetzt ist, habe ich noch eine Schutzfolie für das Display drübergezogen. Diese bietet einen guten Schutz vor Kratzern und Schmutz.
weitere Infos:
Samstag, 23. Juni 2012, 10 Uhr, Halle A2, Raum 3
Kurz vor Beginn des Vortrags war der Raum bereits gefüllt. Es wurden noch viele Stühle aufgestellt, damit jeder einen Sitzplatz hatte. Interessiert verfolgten dann ca. 250 Funkamateure den sehr gut gehaltenen und praktisch orientierten Vortrag.
Der abschließende Beifall und die geführten Diskussionen bestätigten das große Interesse an diesem Thema.
Norbert, DL1SNG stellte freundlicherweise seine Vortragsunterlagen zur Verfügung und es entstand das hier zu lesende Script,"Messung von Antennenimpedanzen und deren Anpassung an 50 Ω".

Eine Zustimmung zur Veröffentlichung liegt vor, dank an Norbert.


Hinweis:
SARK-110 ...Dieser FA-VA MKII Analyser wird nicht mehr vertrieben und kann nur noch aus zweiter Hand erworben werden. Eine sehr gute Alternative istder SARK-110 Antenna Analyzer von Melchor, EA4FRB.
Sehr informatieve Videos zum kennenlernen des Analysers:
Vorstellung SARK-110 und Vorführung SARK-110 zum SARK-110.
SARK-110 ...
Einen weiteren Stand-Alone Antennen Analyser vertreibt Antonio, IZ7LDG.
DerMetroVNA Pro wurde aus Sicht eines Funkamateurs entwickelt, umfasst einen Frequenzbereich bis 250 MHz, ist einfach zu bedienen und kann via Bluetooth mit anderen Geräten kommunizieren.

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