Rozpoczęło się od usilnych poszukiwań opisu układu analizatora anten, który umożliwiałby bezpośredni pomiar impedancji anten w funkcji częstotliwości. Najpierw moją uwagę zwróciły mostkowe układy pomiarowe oraz analizatory obwodów. Ale, aby zmierzyć impedancję, analizatory obwodów wymagają zastosowania cyrkulatorów aż na sześciu portach (co jest wysoce zniechęcające), a układy mostkowe wymagają jednoczesnej optymalizacji dwóch zmiennych. W obu ww. metodach wymaga to niemal "cyrkowych" zabiegów w poprawnym posługiwaniu się tymi układami pomiarowymi.
Zatem co? Byłem święcie przekonany, że cokolwiek bym wymyślił, to i tak skończy się na zatrudnieniu mikroprocesora do obróbki danych i prezentacji rezultatów pomiaru na wyświetlaczu. Ostatecznie wymyśliłem bardzo prosty układ, składający się z rezystancji włączonej szeregowo pomiędzy generatorem a obciążeniem. Pomiarowi podlegają napięcia na szeregowej rezystancji oraz na połączonym z nią obciążeniu. Już tak prosty układ pomiarowy pozwala na wyliczenie, zarówno impedancji obciążenia, jak i amplitudy napięcia na obciążeniu , ale nie pozwala na określenie biegunowości napięcia na obciążeniu. Obciążenie będzie wykazywać jakąś reaktancję (na ogół), bądź pojemnościową, bądź indukcyjną. Aby określić charakter reaktancji, można skorzystać z niewielkiej zmiany częstotliwości generatora w.cz. Jeśli reaktancja obciążenia wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości, to ma ona charakter indukcyjny. Jeśli maleje, to obciążenie ma charakter pojemnościowy. Mikroprocesor jest zatrudniony (między innymi) do "matematyki", tj. wyliczania rezystancji obciążenia, wyliczania składowej biernej (reaktancji) obciążenia oraz wyliczania współczynnika WFS (SWR). W praktyce nie jest to takie proste, jak w tym uproszczonym wywodzie.
Bardzo ważnym układem jest przestrajany generator sygnału w.cz. Powinien on dostarczać stabilnego częstotliwościowo i amplitudowo (w całym zakresie częstotliwości pracy analizatora) napięcia o kształcie jak najbardziej zbliżonym do sinusoidy i mieć niską impedancję wyjściową. Wymaganie na stabilność częstotliwościową jest oczywiste. Natomiast niska impedancja wyjściowa oraz stabilność napięcia wyjściowego w funkcji częstotliwości powinny zagwarantować dostarczenie możliwie dużego napięcia na przetwornik analogowo-cyfrowy w mikroprocesorze w całym zakresie częstotliwości pracy analizatora. Spełnienie tych wymagań da gwarancję, że - niezależnie od obciążenia dołączonego do układu pomiarowego - mikroprocesor prawidłowo wyliczy rezultaty pomiaru. Wymaganie na "sinusoidalną" czystość sygnału pomiarowego daje gwarancję, że pomiar odbywa się tylko na podstawowej częstotliwości, bez wpływu "naleciałości" od harmonicznych sygnału generatora.
Powyższe wymagania można spełnić, używając generatora z pętlą stabilizacji napięcia wyjściowego (AGC).
Należy podkreślić że użyty mikroprocesor ani nie zapewnia zaawansowanych funkcji matematycznych, ani też nie obsługuje operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych. Oznacza to, że wszystkie obliczenia są zaokrąglane do liczb całkowitych z zakresu 0-255 lub 0-65535. Skutkuje to przybliżonymi rezultatami, które są coraz mniej dokładne, w miarę jak impedancja mierzonej anteny oddala się od 50ohm. Ponadto, te same dane wyjściowe są używane kolejno do wyliczania pozostałych rezultatów (SWR jest wyliczane z R oraz X), co przyczynia się dodatkowo do zmniejszenia dokładności.
Pomimo tego, analizator charakteryzuje się dokładnością pomiaru lepszą niż 10%, tym większą, im impedancja anteny jest bardziej zbliżona do 50ohm. Oczywiście, nie jest to analizator klasy laboratoryjnej, ale wyłącznie do zastosowań radioamatorskich (podobnie jak używane od wielu lat grid-dip-metry). ...

Jim Tregellas VK5JST

ŚR 11-2006
Pełny tekst artykułu jest dostępny za pomocą SMS w dziale Download ŚR.