Rozważania na temat budowy VNA
0,045- 26,5 GHz
Moje zdanie jest takie, że jak bym miał na bezludną wyspę zabrać jeden przyrząd pomiarowy, to był by to VNA. Ceny nowych urządzeń obliczone są na zamożnych producentów uzbrojenia/radarów/urządzeń radiokomunikacyjnych, oraz inne instytucje finansowane z budżetów państwa i dla przykładu Keysight serii PNA model N5222A o zakresie 0,01 do 26,5 GHz to ~100000 $. Kupiony dzisiaj, na ebay'u pojawi się za 15-20 lat i będą za niego nadal wołać ze 30 k$. Przegląd tego co jest na ebay'u to trochę urządzeń HP serii 8753 sięgające 3 lub 6 GHz zazwyczaj jeszcze bez test setu. Jest troszkę starszych mikrofalowych VNA produkcji Anritsu serii 37000 do 20 albo 40 GHz (ceny od 20 k$) czy HP 8720/22.
Ja posiadam VNA Arnitsu o zakresie do 6 GHz i doświadczyłem tego jak przydatne i wszechstronne jest to urządzenie. Dużą część roboty potrafi też zrobić zestaw złożony z analizatora widma, tracking generatora i sprzęgaczy ale jak się człowiek przyzwyczai do dobrego to potem ciężko się odzwyczaić. Mimo że nie mam jeszcze na swoim koncie konstrukcji na wyższe pasma mikrofalowe to inspiracji dostarcza choćby "kanapowy klub mikrofalowców" który dosięgnął już 47 GHz a pewnie po cichu na łóżkach polowych już robią próby na 76 GHz.
Znając architekturę i budowę tego rodzaju urządzeń (VNA) spojrzałem krytycznie na swoją wiedzę, doświadczenie oraz możliwości i dokonałem analizy co w tym zakresie możliwe i realne jest do uzyskania. Nie jestem jeszcze w 100% przekonany czy w ogóle porywać się na taki projekt, a na pewno nie zacznę poważnych prac przed skończeniem innych rozpoczętych tematów. Co nie szkodzi temu że pewne próby już przeprowadziłem.
Nie bedę opisywał całego procesu analizy jaka mnie do tego punktu w jakim jestem doprowadziła, dość powiedzieć że jestem posiadaczem "HP 8515A S parameter test set 45 MHz - 26,5 GHz". Dokonałem jego zakupu na portalu aukcyjnym za wielką wodą. Oferty jakie widziałem to od ~890$ do kilku tysięcy. Wybrałem opcję nie najtańszą, ale za to po niedawnej kalibracji. Jest to sprzęt wiekowy, pochodzi z konia roboczego ze stajni HP jeśli chodzi o VNA czyli modelu 8510A/B/C. Sprzęt z tych lat (produkowali to chyba od lat 80-tych gdzieś do początku naszego wieku) jest wykonany niezwykle solidnie. W środku wszystko niemal ocieka złotem, jest ciężkie solidne i nie ma żadnej tandety. Co za tą dość sporą kasę dostałem. Poniżej uproszczony schemat blokowy oraz zdjęcie z otwartą górną pokrywą.





Wyjaśnienie numerów ze zdjęcia:

1, 2 - rezystancyjne mostki pomiarowe (sprzęgacze), tzw TRIAX Bridge
3, 4, 5, 6 - moduły samplerów będących układami przemiany częstotliwości oraz przedwzmacniaczy p.cz 20 MHz. Pełne 4 odbiorniki.
7 - VCO o zakresie 65-350 MHz i generator wysokich harmonicznych (podchodzą pod rząd 100)
8,9 - tłumiki o zakresie 0..90 dB
10 - zintegrowany przełacznik rewersyjny
11 - elektronika obsługi VCO (układy polaryzacji, wzmacniacz sumacyjny petli etc)
12 - drivery sterowania tłumików i przełacznika rewersyjnego
13 - płytka CPU i kontrolera GPIB
14, 15 - bias tee pozwalające podawać DC na wejścia
16 - zasilacz

Według mnie, to jest połowa VNA i to najtrudniejsza do stworzenia. Mostki rezystancyjne o tym zakresie to mistrzostwo. Jak stworzyć balun o zakresie 0,045-26,5 GHz? Polecam lekturę patentu numer US4720677. Jest co zobaczyć.
Czego brakuje aby z tego zrobić pełnoprawny VNA? Po pierwsze źródło. W swoim przypadku rozważam albo zastosowanie posiadanego generatora (ograniczyło by to zakres do 1-22 GHz ale było najprostsze) bądź budowa syntezera i wykorzystanie oscylatorów YIG (na przykład 4-8 GHz + 8-18 GHz + powielenie x2 drugiego oscylatora z zakresu 9-13,25 na 18-26,5 + przemiana w dół na pokrycie zakresu do 4 GHz). Kolejną brakującą sprawą jest syntezer do VCO odbiorczego o strasznie małym kroku (wielka krotność powielania). Myślałem o AD9956 (DDS+PLL). Brakuje też układu obróbki sygnału odbiorczego. Tu pewne prace koncepcyjne mam za sobą. Myślałem o takim łańcuchu: 4x LMH6514, 2xAD9640, 2xCLC5903 + STM32F4 albo F7. I to podłaczone do PC-ta albo własny wyświetlacz LCD.

Wracając do test setu. Zastanawiałem się jak sterować nim aby zmieniać nastawy przełącznika rewersyjnego, tłumików etc. Najpierw popatrzyłem na płytki i elementy i dało się z tego dużo wywnioskować. No ale trzeba by się włączać do istniejącego układu i nie było by zbyt eleganckie, a cenię sobię inżynierską elegancję. No i tu dochodzę do mojego największego zaskoczenia. Przeszukałem stronę Keysight, wszystkie dostępne fora i grupy dyskusyjne w poszukiwaniu informacji na temat komend GPIB używanych przez VNA 8510A/B/C do sterowania test setem. Jest to osobna, prywatna magistrala GPIB używana do sterowania źródłem (ten VNA miał zewnętrzny sweeper jako źródło), dyskiem, ploterem i test setem właśnie. Na grupie yahoo zajmującej się starymi urządzeniami HP ktoś rzucił że jest patent gdzie to wszystko jest opisane. Przeszukałem bazę i co znalazłem:
US4636717
US4641085
US4641086
US4669051
Są to patenty udzielone różnym konfiguracjom osób związanych z tym VNA a zawierające ni mniej ni więcej tylko większość schematu pierwszej wersji tego VNA czyli 8510A i kod źródłowy jego oprogramowania wewnetrznego! Jak kogoś interesuje wystarczy zobaczyć jeden z podanych. To największy patent jaki w życiu oglądałem ponad 1000 stron i ponad 30 MB. Jest tam też większość schematu ideowego mojego test setu. Kod źródłowy jest napisany w Algolu i assemblerze procesora Motorola 68000. Dość powiedzieć że po analizie kodu źródłowego potrafię już za pomocą GPIB zmieniać nastawy tłumików i przełącznika rewersyjnego. Załączenie samplerów to kwestia dalszej analizy i chwili czasu na próby.
A może ktoś jest zainteresowany tematem i chciał by dołączyć do projektu? Tematów do rozpracowania jest cała masa. W zamian dużo twórczego fermentu i jakaś skromna szansa na powodzenie.
Starczy na dziś

CDN...


  PRZEJDŹ NA FORUM