Return loss antenna analyzer

[PA1EJO]

In plaats van er een te kopen dacht ik, dit moet je ook zelf kunnen maken. Het artikel staat op mijn blog:

https://ejo60.wordpress.com/2016/07/26/ ... -hamradio/

inclusief de analyse van mijn HF antenne waaruit gekomen is wat ik al vermoedde.

[PA3DJS]

Stuur je echt met een blokvorm?

Zo ja: Je brug is breedbandig, je meet dan daardoor ook een deel van de reflecties ten gevolge van harmonischen, en dat is niet wat je wilt. Het kan dan zijn dat je voor de werkfrequentie een perfecte match hebt, maar het instrument toch enige reflectie aangeeft omdat de match niet perfect hoeft te zijn voor bijvoorbeeld de derde harmonische.

Corrigeer je voor de kromme AC naar DC karakteristiek voor je diodedetector? Wat je nog weleens ziet bij ontwerpen op basis van diodedetectors, is dat ze een te optimistische reflectie aangeven (ik bedoel dus te weinig reflectie). Als je dan een goed instrument pakt, ziet het er minder optimistisch (of slechter) uit.

Hoe krom de overdracht van AC naar DC is, hangt sterk af van de DC belasting, de zero bias differentiaal weerstand van de gebruikte diode, en natuurlijk de gebruikte diode zelf.

als je (1+refl)/(1-refl) doet, heb je de SWR te pakken, met refl = B/A.

[PA1EJO]

Stuur je echt met een blokvorm?

Zo ja: Je brug is breedbandig, je meet dan daardoor ook een deel van de reflecties ten gevolge van harmonischen, en dat is niet wat je wilt. Het kan dan zijn dat je voor de werkfrequentie een perfecte match hebt, maar het instrument toch enige reflectie aangeeft omdat de match niet perfect hoeft te zijn voor bijvoorbeeld de derde harmonische.

Corrigeer je voor de kromme AC naar DC karakteristiek voor je diodedetector? Wat je nog weleens ziet bij ontwerpen op basis van diodedetectors, is dat ze een te optimistische reflectie aangeven (ik bedoel dus te weinig reflectie). Als je dan een goed instrument pakt, ziet het er minder optimistisch (of slechter) uit.

Hoe krom de overdracht van AC naar DC is, hangt sterk af van de DC belasting, de zero bias differentiaal weerstand van de gebruikte diode, en natuurlijk de gebruikte diode zelf.

als je (1+refl)/(1-refl) doet, heb je de SWR te pakken, met refl = B/A.

Dat wordt geen triviale optie om daar een sinus van te maken met deze synthesizer, ik zal nog eens in de documentatie snuffelen.

[PA1EJO]

Stuur je echt met een blokvorm?

Zo ja: Je brug is breedbandig, je meet dan daardoor ook een deel van de reflecties ten gevolge van harmonischen, en dat is niet wat je wilt. Het kan dan zijn dat je voor de werkfrequentie een perfecte match hebt, maar het instrument toch enige reflectie aangeeft omdat de match niet perfect hoeft te zijn voor bijvoorbeeld de derde harmonische.

Corrigeer je voor de kromme AC naar DC karakteristiek voor je diodedetector? Wat je nog weleens ziet bij ontwerpen op basis van diodedetectors, is dat ze een te optimistische reflectie aangeven (ik bedoel dus te weinig reflectie). Als je dan een goed instrument pakt, ziet het er minder optimistisch (of slechter) uit.

Hoe krom de overdracht van AC naar DC is, hangt sterk af van de DC belasting, de zero bias differentiaal weerstand van de gebruikte diode, en natuurlijk de gebruikte diode zelf.

als je (1+refl)/(1-refl) doet, heb je de SWR te pakken, met refl = B/A.

En in antwoord op je overige vragen,

Neen, dit is niet een breedbandige analyzer, blijkt ook niet uit de resultaten. Ben je echt gevoelig voor de 3e en hogere oneven harmonischen van een blokgolf (een blokgolf kent geen even harmonischen)? Bij de derde harmonische van een blokgolf is het signaal al 1/3 kleiner dan bij de grondgolf, bij de vijfde harmonische 1/5 etc, bij de n de oneven harmonische is het 1/n. Maar is dit erg als ik reflecties van antennes meet? Als ik het antenne vervangingsschema bekijk heb ik te maken met een spoel in serie met een condensator in serie met een weerstand van 72 Ohm bij een dipool, en dat werkt als een bandpass filter. En daarom kun je je misschien ook afvragen hoe erg die harmonischen gaan meewegen. Maar, laten we de gedachte even voortzetten.

Een antenne is resonant op bijvoorbeeld de 80 meter golflengte en de eerst bruikbare golflengte is 40 meter, daarna is de 80 meter antenne te gebruiken op 20 meter en vervolgens op 10 meter. Ga de verdelingen van de buiken en de knopen maar tekenen, of kijk in hoofdstuk 6 van het Veron boek. Dipolen zijn dus resonant op f, 2*f 4*f 6*f 8*f ... en dat past niet bij de f 3*f 5*f etc die uit de blokgolfgenerator komt. Dus misschien valt het wel allemaal mee.

Als het effect van de hogere harmonischen meespeelt zou dat moeten zijn tussen de resonantiefrequenties van de antenne, even kijken in de resultaten of ik dat zie. Vlak voor de 5 MHz zou de derde harmonische van de oscillator beinvloed moeten worden door de 14.4 MHz gemeten resonantie van de antenne, de refectie had hoog moeten zijn, maar in werkelijkheid vinden we (zie plotje op het blog) dat meer dan de helft van het signaal terugkomt, dat is voor mij geen resonantie, want dan wil ik toch echt nog minder reflectie zien, ik hou 39% aan. Bij 7 MHz waar ik de scherpe resonantie vindt van de antenne zou de meting beinvloed zou moeten worden door een mogelijke reflectie op 21 MHz, de derde harmonische. Ik zie het niet want de antenne is niet resonant op 21 MHz. Zie ook mijn eerdere betoog.

Misschien valt het allemaal wel mee, je kunt je misschien afvragen of je een eenvoudig apparaat overhoudt als je het beter zou willen doen.

Als ik de derde en alle overige oneven harmonischen zou willen onderdrukken moet er een low pass filter achter de oscillator, en dat maakt het ontwerp direct een stuk moeilijker. Je zult verschillende filters moeten schakelen, je verliest ook een deel van het signaal van de oscillator, er moet waarschijnlijk versterkt worden om in het meetbereik van de ADC te blijven, etc. Wat is dan de niet-lineariteit van de versterker? Ik heb nog een 16 bits ADC liggen met een regelbare voorversterker, daar zou het dan mee kunnen. Maar wat een gedoe.

Bovendien zijn nog wel meer fouten die je maakt bij de meting, een daarvan is de bias in de voltage meting, er is nog geen poging gedaan er voor te corrigeren. Wat ik wel kan doen is de response van een dummy load meten, en daaruit kan ik wel degelijk schattingen maken van het effect van harmonischen. Een dummy load aan het apparaat is de ergste test die je kunt verzinnen. Zoals je op het blog leest zijn daar geen pogingen nog toe gedaan er een betere SWR schatting uit te halen, de SWR formule pas ik dus niet toe, het apparaat beoogt reflecties te meten die meet je wel degelijk, ik vind alle frequenties waarom de antenne resonant is en dat was het doel.

[PA3DJS]

Over breedbandigheid:
Ik spreek niet over je analyzer, maar over de brug. Jij gebruikt diodedetectors, dus je meetbrug is breedbandig. Dus jouw brug+detector is gevoelig voor de harmonischen uit jouw bron (en de reflecties die daar van terugkomen op de B-poort).

Band Pass Filter
Jouw BPF verhaal van een halve golf dipool klopt, maar wat is de in- en uitgang?

Wat jij meet is niet wat er door het band pass filter heen gaat, maar wat er op de ingang van het BPF terug naar de bron reflecteert. Dus in geval van een echt LC vervangingschema, komen de harmonischen juist terug je brug in, en die meet je op de B-poort.


Jouw redenatie m.b.t. harmonischen gaat alleen op v.w.b. antennes die een goede aanpassing hebben op de oneven harmonischen (dus bijvoorbeeld een eindgevoede halve golf). Voor een middengevoede halve golf dipool gaat het harmonischen verhaal niet meer op. Als je bijvoorbeeld een eindgevoede antenne maakt met een LC aanpassing, of iets met een stub, dan is op harmonischen van de werkfrequentie de aanpasssing bijzonder slecht (dus de energie in de harmonischen komt terug en wordt netjes door de diodes gedetecteerd).

over buiken, knopen, etc: een halve golf dipool voor 80m, is niet laagohmig resonant op 40 en/of 20m (hij is daar hoogohmig, dus veel reflectie op een 50 Ohm lijn). Teken voor jezelf even de stroomverdeling.

Als we even alleen naar de derde harmonischen kijken, is die 1/3 van de grondgolf (in spaningsamplitude, ik vertrouw op jouw getallen). Als die volledig wordt gereflecteerd, krijg je dus een signaal terug met een een amplitude van ongeveer 33% van de forward voltage amplitude. Zoals aangegeven, komt dit overeen met VSWR = 2.

Hoe de daadwerkelijke amplitude zal zijn, hangt ook af van de overige harmonischen die terugkomen (uitgaande van perfect match op de grondgolf). Als experiment zou je een 50 Ohm weerstand aan kunnen sluiten. Die geeft dan netjes geen reflectie aan. Zet nu eens een LC kring in serie, meet dan nog eens en kijk of het klopt met je verwachting. Kijk eventueel even met de scoop wat er uit de "refl" poort van de brug (B-signaal) komt vanwege dat je niet weet hoe goed je diodedetectors zijn. Stop het eventueel in simulatie als je niet wilt uitrekenen wat je verwacht.

Over jouw dummyload test.
Dat is juist niet de ergste test, omdat die breedbandig geen reflectie introduceert. Bovendien is de relfectie wellicht zo klein, dat je diodes het niet detecteren, en dan denk je (ten onrechte) dat je een hele goede meetbrug hebt.

Over de diodedetectors.
Detecteren jouw detectors ook nog 100 mVac?
Een rekenvoorbeeldje
Stel dat je met 1V amplitude je brug in gaat, en je detectiedrempel 100 mV is. Je A-signaal is dan 0.5V in amplitude, na detectie 400mVdc. Stel nu dat je een VSWR = 2 hebt, dan komt er uit je B poort 0.5*0.33 = 0.165Vac, overeenkoment met 65mVdc. Jouw "reflectie"berekening komt dan op B/A = 65/400 = 0.163 je zou dan denken dat je VSWR = 1.4 (terwijl die 2 is) Je brug meet in zo'n geval dus optimistisch.

Verwachting.
"Reflecteert" het reflectieplaatje in jouw blog je verwachting (voor een eindgevoede antenne met breedbandige match)? Het lijkt niet op wat ik verwacht van een eindgevoede antenne met breedbandige aanpassing.

In een verleden heb ik veel met zulk soort bruggen gemeten (tot zo'n 2.5 GHz) en dan kom je er achter wat er allemaal mis kan gaan. Ik heb altijd met een sinusvormig ingangssignaal gemeten, en correctie voor het AC naar DC gedrag van de gebruikte Schottky diodes.

Wim, PA3DJS

[PA1EJO]

Over breedbandigheid:
Ik spreek niet over je analyzer, maar over de brug. Jij gebruikt diodedetectors, dus je meetbrug is breedbandig. Dus jouw brug+detector is gevoelig voor de harmonischen uit jouw bron (en de reflecties die daar van terugkomen op de B-poort).

Band Pass Filter
Jouw BPF verhaal van een halve golf dipool klopt, maar wat is de in- en uitgang?

Wat jij meet is niet wat er door het band pass filter heen gaat, maar wat er op de ingang van het BPF terug naar de bron reflecteert. Dus in geval van een echt LC vervangingschema, komen de harmonischen juist terug je brug in, en die meet je op de B-poort.


Jouw redenatie m.b.t. harmonischen gaat alleen op v.w.b. antennes die een goede aanpassing hebben op de oneven harmonischen (dus bijvoorbeeld een eindgevoede halve golf). Voor een middengevoede halve golf dipool gaat het harmonischen verhaal niet meer op. Als je bijvoorbeeld een eindgevoede antenne maakt met een LC aanpassing, of iets met een stub, dan is op harmonischen van de werkfrequentie de aanpasssing bijzonder slecht (dus de energie in de harmonischen komt terug en wordt netjes door de diodes gedetecteerd).

over buiken, knopen, etc: een halve golf dipool voor 80m, is niet laagohmig resonant op 40 en/of 20m (hij is daar hoogohmig, dus veel reflectie op een 50 Ohm lijn). Teken voor jezelf even de stroomverdeling.

Als we even alleen naar de derde harmonischen kijken, is die 1/3 van de grondgolf (in spaningsamplitude, ik vertrouw op jouw getallen). Als die volledig wordt gereflecteerd, krijg je dus een signaal terug met een een amplitude van ongeveer 33% van de forward voltage amplitude. Zoals aangegeven, komt dit overeen met VSWR = 2.

Hoe de daadwerkelijke amplitude zal zijn, hangt ook af van de overige harmonischen die terugkomen (uitgaande van perfect match op de grondgolf). Als experiment zou je een 50 Ohm weerstand aan kunnen sluiten. Die geeft dan netjes geen reflectie aan. Zet nu eens een LC kring in serie, meet dan nog eens en kijk of het klopt met je verwachting. Kijk eventueel even met de scoop wat er uit de "refl" poort van de brug (B-signaal) komt vanwege dat je niet weet hoe goed je diodedetectors zijn. Stop het eventueel in simulatie als je niet wilt uitrekenen wat je verwacht.

Over jouw dummyload test.
Dat is juist niet de ergste test, omdat die breedbandig geen reflectie introduceert. Bovendien is de relfectie wellicht zo klein, dat je diodes het niet detecteren, en dan denk je (ten onrechte) dat je een hele goede meetbrug hebt.

Over de diodedetectors.
Detecteren jouw detectors ook nog 100 mVac?
Een rekenvoorbeeldje
Stel dat je met 1V amplitude je brug in gaat, en je detectiedrempel 100 mV is. Je A-signaal is dan 0.5V in amplitude, na detectie 400mVdc. Stel nu dat je een VSWR = 2 hebt, dan komt er uit je B poort 0.5*0.33 = 0.165Vac, overeenkoment met 65mVdc. Jouw "reflectie"berekening komt dan op B/A = 65/400 = 0.163 je zou dan denken dat je VSWR = 1.4 (terwijl die 2 is) Je brug meet in zo'n geval dus optimistisch.

Verwachting.
"Reflecteert" het reflectieplaatje in jouw blog je verwachting (voor een eindgevoede antenne met breedbandige match)? Het lijkt niet op wat ik verwacht van een eindgevoede antenne met breedbandige aanpassing.

In een verleden heb ik veel met zulk soort bruggen gemeten (tot zo'n 2.5 GHz) en dan kom je er achter wat er allemaal mis kan gaan. Ik heb altijd met een sinusvormig ingangssignaal gemeten, en correctie voor het AC naar DC gedrag van de gebruikte Schottky diodes.

Wim, PA3DJS

Gezocht, return loss reflection bridge met functie generator tot 30 MHz, en ik vertel je zo wat het verschil is tussen de perfecte meting en deze analyzer, de 400 MHz scope heb ik al, heb je de overige spullen? Wat ook mag, een spectrum analyzer met tracking generator.

[PA3DJS]

Ernst,

De enige reden voor mij om te reageren was onderstaande tekst:

In plaats van er een te kopen dacht ik, dit moet je ook zelf kunnen maken. Het artikel staat op mijn blog:

https://ejo60.wordpress.com/2016/07/26/ ... -hamradio/

inclusief de analyse van mijn HF antenne waaruit gekomen is wat ik al vermoedde.

In mijn beleving: je bouwt niet zo maar even een antenne analyzer die gelijkwaardig is aan een gemiddeld koopapparaat.

Ik ga ervan uit dat jij nog wel meer antenne-experimenten gaat doen, en het zou dan lullig zijn als je door onbetrouwbare meetresultaten op het verkeerde been wordt gezet. Vandaar mijn opmerkingen over harmonischen en diodedetectors.

[PA1EJO]

Ernst,

De enige reden voor mij om te reageren was onderstaande tekst:

In plaats van er een te kopen dacht ik, dit moet je ook zelf kunnen maken. Het artikel staat op mijn blog:

https://ejo60.wordpress.com/2016/07/26/ ... -hamradio/

inclusief de analyse van mijn HF antenne waaruit gekomen is wat ik al vermoedde.

In mijn beleving: je bouwt niet zo maar even een antenne analyzer die gelijkwaardig is aan een gemiddeld koopapparaat.

Ik ga ervan uit dat jij nog wel meer antenne-experimenten gaat doen, en het zou dan lullig zijn als je door onbetrouwbare meetresultaten op het verkeerde been wordt gezet. Vandaar mijn opmerkingen over harmonischen en diodedetectors.

Kom op Wim, ik hou de nodige slagen om de arm zoals ze dat zeggen, en ik heb het experiment volledig beschreven.