Arduino VNA geht auf einmal doch und ich weiß nicht warum.

Der chaotische Hauptfaden

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Arduino VNA geht auf einmal doch und ich weiß nicht warum.

Beitragvon ludwig » Do 13. Jul 2017, 01:04

Hallo zusammen,

ist jemandem von euch eigentlich mal so ein Teil bzw. diese Schaltung über den Weg gelaufen? http://ra4nal.lanstek.ru/vna.shtml
Das Teil ist wohl ein Vektor Netzwerkanalysator bis so 60MHz bestehend aus einem Arduino, einem DDS und einem Gain/Phasendetektor, der mit der mini-vna Software auf dem Rechner läuft.

Mich würde es reizen, so ein Teil mal zu bauen - selbst ein einfacher Netzwerkanalysator bis 60MHz ist für mich erst mal tausendmal besser als gar kein Netzwerkanalysator. Allerdings habe ich keine Lust die >20€ für den AD8302 auszugeben, nur um nachher zu sehen, dass ich eine Möglichkeit gefunden habe, wie so etwas nicht funktioniert. Konkret würde ich gerne mit dem Gerät Antennen, Filter und son Zeugs vermessen sowie den BITX endlich zum Laufen bringen wollen.

Viele Grüße,
Ludwig
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon Virtex7 » Do 13. Jul 2017, 01:08

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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ludwig » Do 13. Jul 2017, 01:15

Hab ich schon gefunden, wäre eine Option. Beim Chinesen gibts auch die hier, allerdings befürchte ich, dass das ganze da irgend einen Haken hat und ich 5 umgelabelte ne555 bekomme :?
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon Wurstblinker » Do 13. Jul 2017, 01:35

naja, der hat doch gute Bewertungen
und bei nichtmal 7€ portofrei für 5 stk ist das Risiko doch eher klein, außerdem gibts ja Paypal.
Ich habe die Erfahrung gemacht das die auf einmal sehr bemüht sind, wenn man einen Fall öffnet
und lieber zurückzahlen statt streiten.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon dumdum99 » Do 13. Jul 2017, 05:44

Hallo,


schau mal hier

http://www.qrpguys.com

W8TEE and K2ZIA Antenna Analyzer die OM´s haben sich der sache auch mal angenommen..

73
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ferdimh » Do 13. Jul 2017, 10:31

Ich sehe keinen Grund für so einen teuren Spezialdetektor. Der DDS sollte I und Q Ausgänge haben, da kann man sich Detektoren auch mit zwei 74HC4053 häkeln. Zumindest zum Experimentierne für KW. Ansonsten gibts Ringmischer.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon Bastelbruder » Do 13. Jul 2017, 11:15

Dann fehlen aber noch zwei Logarithmierer.

Der "Spezialdetektor" ist ein superpraktisches Spottpreisbauteil wenn man es zu nutzen weiß. In der Frickelbude meines Chefs hat jemand zur Lösung einer ähnlichen Aufgabe (f_max 100 kHz) einen ganzen Monat gebastelt und nebst anderer Hardware eine NI-Karte für 1 k€ verwurstet um einen Dynamikumfang von deutlich unter 40 db zu erreichen...

Begründung für den nicht unerheblichen Hardwareaufwand: "Der Scheffe hat einen 1000fach-Verstärker im Angebot erwähnt."
Im AD83xx ist der drin. Selbst steinzeitliche LM3089 oder TDA1047 hätten die Aufgabe besser erfüllt...
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ferdimh » Do 13. Jul 2017, 11:19

Die Spannende Frage ist eher, ob man >40dB Dynamik wirklich braucht, oder obs da nicht eine schaltbare Abschwächerkette (-20 -40) tut.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ludwig » Do 13. Jul 2017, 14:21

Okay, ich glaube ich werde einfach mal nachschauen, ob die 5 Stück von den Teilen zu 6€ was taugen. Das Gerät soll für mich erst mal nur ein Werkzeug sein, um an meinen anderen tausend Baustellen weiter zu kommen --> viel Hirnschmalz wollte ich da jetzt also nicht investieren. Der DDS haut auch nur I raus und kein Q.

Der W8TEE and K2ZIA Antenna Analyzer ist auch recht schick (kannte ich auch schon vorher), kann aber halt "nur" das SWR eines Zweipoles analysieren, kommt dafür aber auch mit einer einfacheren Schaltung aus. Das ist zum analysieren einer Antenne zwar ganz nett, ich würde gerne aber noch einen Eingang haben, damit ich Filter vermessen kann (BITX!). Daher gefällt mir die Schaltung von dem Russen etwas besser. Die Übersetzung der Seite mittels des Googleübersetzers ist tatsächlich sogar recht gut.

Ansonsten müsste man mit dem DDS, nem Mischer und nem geeigneten anderen Oszillator (Meßsender) ja das Teil noch erweitern können, sodass man den Apparillo z.B. auch noch auf 2m und 70cm einsetzen kann, wenn man das Ganze Teil halt einfach mit 130MHz hoch mischt. Der Detektor kann die Frequenzen ja theoretisch analysieren. Wahrscheinlich ist der Richtkoppler bei so hohen Frequenzen aber etwas überfordert.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon shaun » Do 13. Jul 2017, 16:47

> DDS haut auch nur I raus und kein Q.

Vielleicht ja auch nur Q ;)
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ferdimh » Do 13. Jul 2017, 17:26

Bei den jetzt genannten Preisen ist das auch deutlich attraktiver als die genannten 20€, die über die Distributorkette noch zu 50€ aufgeblasen werden...
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ludwig » Do 13. Jul 2017, 18:30

Bei Mouser kostet der Käfer um die 20€...

Ansonsten: hat schon mal jemand bei Analog Devices gesampelt?
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon zauberkopf » Do 13. Jul 2017, 18:54

Die frage ist auch, ob man immer einen VNA braucht, oder aber, ob es nicht auch was anderes taugt ?!

z.B. wenn es um den ZF-Filter geht, würde ich diesen in seinem natürlichen Habitat messen, weil der nämlich seltenst 50Ohm aufweist.
d.H. also vor dem ZF-Verstärker einen Rauschgenerator, und dann dahinter entweder einen simplen SDR ( kann ja ein Audion/Dipmeter) sein, und ein PC/Tablet/Handy zur Audiofrequenzanalyse.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon zauberkopf » Do 13. Jul 2017, 19:00

Ach noch was :
Vor .. also damals.. früher.. also vor ca 50-60 Jahren hat man auch ohne VNA, Specki, Frequenzzähler funktionierende SSB-Transceiver gebaut.
z.B. mit Messender und Messbrücke.. usw..
Das schöne am Yolo-TX (ich mag den namen) ist, das man die tollsten Fehler suchen kann.
Und wenn man die tollen Geräte nicht hat, dann überlegen, wie es auch anders gehen könnte.
Das schult.
Ein schönes Beispiel :
Ich meinte, ich bräuchte ein genauen Frequenzzähler weil im Servicemanual stand, das der BFO genau diese Frequenz mit dieser Tolleranz haben darf.
Hab ich mir gebaut.. also den Counter mit OCXO.. den OCXO auch noch kalibriert..
Und dann abggelichen.
Ergebnis : Träger.
Warum ? Nicht nur der BFO Quarz ist gealtert.. sondern auch das Quarzfilter.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ferdimh » Fr 14. Jul 2017, 16:20

ein VECTOR NA macht nur Sinn, wenn einen auch der Phasenwinkel interessiert. Das ist im Wesentlichen bei Antennen der Fall. Da reichen 20-30dB Dynamik aber völlig aus.
Alles andere kann man mit einem Analysewerkzeug machen, der nur die Amplitude liefert (z.B. ein Oszillator und ein passender Detektor).
Natürlich ist es geil, alles mit einer Kiste messen zu können und für die genannten Preise wird das auch wirklich attraktiv.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon Bastelbruder » Fr 14. Jul 2017, 18:07

ludwig hat geschrieben:Mich würde es reizen, so ein Teil mal zu bauen - selbst ein einfacher Netzwerkanalysator bis 60MHz ist für mich erst mal tausendmal besser als gar kein Netzwerkanalysator. Allerdings habe ich keine Lust die >20€ für den AD8302 auszugeben, nur um nachher zu sehen, dass ich eine Möglichkeit gefunden habe, wie so etwas nicht funktioniert. Konkret würde ich gerne mit dem Gerät Antennen, Filter und son Zeugs vermessen sowie den BITX endlich zum Laufen bringen wollen.

Genau für sowas hat man Früher™ irgendwelche umständlich zu bedienenden Rausch-und andere Meßbrücken gebastelt, mit einem graphischen Display hätte man viiel Zeit und Mühen sinnvoller einsetzen können.
Auch wenn der Phasenwinkel absolut nicht interessiert, ist solch ein Gerät den aktuell aufgerufenen Preis wert. Vielleicht kann die Software auch den bei Funkbastlern mit und ohne staatlicher Fachprüfung besonders beliebten Stehwellenverlauf anzeigen oder irgendwann ein Smith-Diagramm. Die Hardware gibt das her. Zum Vergleich: ein Standard-Dipmeter grausigster "Qualität" hat vor 40 Jahren 150 DM gekostet. Der Liter Sprit 80 Pfennig.

Und weil ein erheblicher Teil der in meiner Jugendzeit zusammengebratenen Schaltungen einzig und allein auf Grund nicht oder falsch dokumentierter Spulendaten letztlich ohne ordentliche Funktion wieder zerlegt wurden, fühle ich mich genötigt hier meinen Mißmut zu äußern und ein paar Tips zu geben.

Zuerst ein paar salbungsvolle Worte aus der Bauanleitung:
Der Richtkoppler ist eines der wichtigsten Teile dieses Antennenanalysators, da sein Aufbau die Messgenauigkeit erheblich beeinflusst.

Für den Richtkoppler benutzten wir einen Doppellochkern, wie er in Baluns von Fernsehantennen (300 Ω/75 Ω) Verwendung findet, und 0,5 mm CuL. Die einzelnen Aufbauschritte gehen aus den Bildern 8 bis 16 hervor.

Abgesehen davon daß Ferritbaluns in Fernsehantennen längst nicht mehr gebräuchlich sind, ist ein Kern mit dem äußerst ungewöhnlichem Aufdruck "Fritz Zakel **** 5-350 MHZ" abgebildet, der jetzt für einen Präzisionsrichtkoppler 1-60 MHz verwendet werden soll. Aha!

Technische Daten werden verschwiegen, das gebräuchliche Kernformat 14 x 8,5 x 14 x 3,5 mm ist aus unterschiedlichsten Werkstoffen im Handel.

Von Siemens / Epcos gibt es solcherlei Kerne aus mindestens drei Werkstoffen: U60, K1 und N30.
Allein K1 "für Anpassungs- und Symmetrieübertrager bis 250 MHz in Antennenleitungen oder in Eingangskreisen für UKW- und Fernsehempfänger" könnte annähernd richtig sein. U60 (µi=9) hat nur 1/9 der Anfangspermeabilität von K1 (µi=80) und N30 (µi=3500) den zigfachen Wert.

Philips / Ferroxcube hat mindestens 6 Werkstoffe im Programm 3C11, 3C90, 3E25, 3E7, 4A11, 4B1, 4C65

Weil das Material natürlich nirgends draufsteht und die meisten Kaufleute keine - überhaupt keine! - Ahnung haben
Bild
bleibt dem Bastler oft nur der Glaube. Mit Hilfe eines Induktivitätsmeßgeräts lassen sich die Kerne einigermaßen auseinanderhalten, eine Windung (durch beide Löcher) sollte ungefähr 1 µH aufweisen. Auch aus entsprechenden Ring- oder Rohrkernen läßt sich so ein Doppelübertrager zusammensetzen.

Die in meinem Bastelvorrat vorhandenen Kerne haben Induktivitätswerte von 0,08 bis 15 µH pro Windung.

Die Impedanz (ungefähr XL) von Übertragern sollte bei der niedrigsten Frequenz mindestens den dreifachen(?) Wert der Systemimpedanz betragen. Das soll schließlich ein Meßgerät werden!
Bei 1 MHz werden mit den 5 Windungen auf einem Kern mit AL 1 µH gerade 25 µH mit XL 157 Ohm erreicht. Hmm.
Die effektive Drahtlänge einer Übertragerhälfte ist etwa 20 cm, das ist ein Fünftel von Lambda Viertel bei 4 m = 75 MHz, OK.

Ich denke die Problematik ist jetzt klar.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ferdimh » Fr 14. Jul 2017, 20:30

Eine brauchbare Bauanleitung für Richtkoppler, die tatsächlich messtauglich funktionieren, würde mich auch brennend interessieren. Hier sehe ich viel mehr Schwierigkeiten als in der Meßmethode.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ozonisator » Fr 14. Jul 2017, 22:45

http://www.dg0sa.de/bruecke.htm
Nachgefrickelt mit zwei Schweineschnauzen und Ferritperlen von reichelt, Richtschärfe ist ganz manierlich:
6GHz50r.jpg

richtkoppler1.jpg
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon Bastelbruder » Sa 15. Jul 2017, 00:15

Der selige (DL1)BU-Mann hat immer gesagt: "So klein wie möglich". Ganz einfach deshalb, weil damit die störenden Bauteile Streu-Induktivität und -Kapazität klein bleiben. Der andere Punkt ist die Einhaltung der Leitungsimpedanz, deshalb muß das aus 99%Koax gefertigte Teil ganz einfach funktionieren. Zumindest im Bereich zwischen den Punkten Lambda-viertel und der durch die Ferritklötze erzeugten Induktivität, deren Impedanz wie oben erwähnt deutlich größer sein muß als die des Systems.

Die untere Grenzfrequenz wird vom Ferritmaterial und seiner Masse bestimmt, mit N30 ist bei unveränderter Größe glatt Faktor 10 drin. Damit die Verluste im eigentlich ungeeigneten Kern nicht unermeßlich hoch werden, kombiniert man gern zwei unterschiedliche Werkstoffe, die teilen sich das Geschäft untereinander auf.

Was in den meisten Fällen vernachlässigt wird ist die Leitungsimpedanz. Impedanzen sind Voodoo, igitt!
Unser Mustertrafo transformiert von 50 nach 2 Ohm. Die aufgewickelte Transformationsleitung sollte dafür 10 Ohm Wellenwiderstand haben. Der einzeln durchgeschobene Draht hat gefühlte 100 Ohm Wellenwiderstand, an der dadurch überwiegenden Streuinduktivität krankt das System. Wenn keine Software dabei wäre, die den Fehler nebenher rausrechnet, dann müßten die 5 Windungen aus 10 Ohm - Zweidrahtleitung bestehen. Die läßt sich beispielsweise mit vier über Kreuz verbundenen und eng verzwirbelten Lackdrähten realisieren. Dann würden Außen um den Kern 5 Windungen zweidrähtig laufen und der eine Draht bestände aus zehn Einzeldrähten die vorn und hinten miteinander verbunden werden müßten. Unpraktisch? Ein 5 mm kurzes Drahtstück frei im Irgendwo hat über Pi mal Daumen 5 nH, bei 60 MHz sind das schon 2 Ohm. In Reihe zu den transformierten 2 Ohm. So richtig genau wird das Schätzeisen wohl nicht...

Es hat sich gezeigt daß zumindest für kleine Leistungen und nicht allzu große Frequenzvariation die vorgestellte Bauweise funktioniert, es müssen bei der Kalibrierung bloß ausreichend viele Stützpunkte abgelegt werden. Oder man verwendet für niedrige Frequenzen einen separaten Richtkoppler der dann auch etwas größer sein darf muß.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ferdimh » Sa 15. Jul 2017, 10:22

Unser Mustertrafo transformiert von 50 nach 2 Ohm.

Auf welchen Trafo nimmst du hier bezug?
Der Koax-Schweineschnauzen-Richtkoppler scheint mir überall 50Ω zu haben, nur die parallele Induktivität ist etwas blöd (wobei ich kein Problem sehe, die per "Wickel den Kram nochmal um nen amtlichen Ringkern" hochzueskalieren.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon Bastelbruder » Sa 15. Jul 2017, 12:02

Ich hab' da mal ein Bild geklaut, mögen die Kleinhirnfreaks mir verzeihen.
Bild
Mit Mustertrafo meine ich die beiden auf die Außenschenkel des Zweilochkerns gewickelten Transformatoren. Einer transformiert mit der hochohmigen Primärseite die Spannung herunter, der Andere transformiert mit der niederohmigen Primärseite den durchfließenden Strom. Alle Teile sind in einer 50 Ohm-Brücke zu einem Richtkoppler verheiratet. An den Sensorseitigen Ausgängen kommt jeweils 1/5 von Spannung und Strom raus, das bedeutet eine Koppeldämpfung von 14 dB (wenn ich mich im Kopfrechnen oder so nicht vertan habe).
Im Gegensatz zu den in CB-Stehwellenschätzgeräten üblicherweise verbauten Leitungskopplern und den diversen "besseren" Kopplern bei denen nur der Strom transformiert und die Spannung kapazitiv heruntergeteilt wird, ist dieser Koppler (im Rahmen seiner Möglichkeiten) frequenzunabhängig. Und natürlich auch nur dann, wenn die Leitungstheorie nicht sträflich mißhandelt wird.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ozonisator » Sa 15. Jul 2017, 12:45

@Bastel:
hab mir exakt so einen Koppler auf 20dB Koppelfaktor berechnet, zur Leistungsmessung mit AD8307. Der Koppelfaktor ist sehr linear im Furzwellenbereich, allerdings ist die Richtschärfe bei Weitem nicht so gut, wie die der Messbrücke. Die ist so gut, dass man sogar 50 Ohm SMA Abschlusswiderstände selektieren kann :o
Eine Verbesserung wären Striplines, dann geht die Messbrücke auch locker bis über 2GHz.
@ferdimh:
die highend Variante dieser Brücke von R&S hat in der Tat zunehmend dickere Ringkerne, um die dann das Koaxkabel gewickelt ist.
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon zauberkopf » Sa 15. Jul 2017, 13:51

ähmm.. Der Messender macht noch nicht mal einen Watt.. und verluste sind doch egal..
warum überhaupt einen Klassischen Richtkoppler ?!
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ludwig » Mo 7. Aug 2017, 16:17

so... ich hab mal eine Platine gemacht. Die Platine zu bohren ging übrigens mit CamBam auf der kleinen CNC Fräse ziemlich gut.

Ich werde den Krempel jetzt die Tage mal bestücken und dann berichten, ob es tut.

Viele Grüße,
Ludwig

Edit: ich hab die Platine heute mal bis auf das Relais bestückt. Bemerkenswert sind die am DDS Modul verbauten Stiftleisten. Die lassen sich nämlich nicht löten.

Bild

edit²: ich bin natürlich strohdoof und hab die Platine verkehrt herum geätzt. Gerade schwimmt Version 2.0 in der Ätzsuppe...
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Re: Arduino VNA - zu geil um wahr zu sein?

Beitragvon ludwig » Mi 9. Aug 2017, 00:24

So, ich habe den ganzen Scheiß noch mal neu aufgebaut und bin gerade dabei das Teil mittels VnaJ zu kalibrieren. Was mir dabei aufgefallen ist, ist, dass er die Impedanz meines 50Ohm Dummyloads korrekt misst, allerdings meinen 75Ohm Dummyload auch mit 50Ohm angibt, was mich irgendwie skeptisch stimmt. Da muss also noch irgendwo ein Fehler sein. Das Smith-Diagramm meines schlecht aufgebauten Dummyloads passt auch zu dem, was ich früher mal mit dem NWA eines Freundes vermessen habe. Mit zunehmender Frequenz gehts ins kapazitive, das passt also.

Ich werde nachher zu Hause noch mal eine Antenne vermessen, und schauen ob das so etwa passt. Es liegt nahe, dass mein heute zusammengepfuschter Richtkoppler totale Grütze ist. Meine Schweinenasen sind nicht mehr näher bestimmbar, weil die dazugehörigen Aufkleber auf den Reichelttütchen natürlich verblasst sind und ich es versäumte, die Bezeichnung mit haltbarem Stift drauf zu malen. Eine Windung durch die Schweinenase macht jedenfalls 0,75µH, weswegen ich auf einen AL-Wert von 750nH/n² schließe. Nach Bastelbruders Ausführungen dürfte das wesentlich zu wenig AL für einen ordentlichen Richtkoppler sein. Da muss ich mir noch mal einen neuen Doppellochkern besorgen und das Ganze noch mal schöner aufbauen.

Alles in Allem finde ich es schön, dass der Gerät doch etwa so tut, wie gedacht. Ein wenig Optimierungspotential ist noch drin, besonders beim Richtkoppler aber das wird noch. Ansonsten ist das Ganze auch kein Arduino-VNA. Ich benutze der Einfachheit halber zwar einen Arduino Nano, allerdings wird die Firmware da mittels ISP ohne Arduino Bootloader drauf geflasht.

Weiß jemand, was es mit den im Schaltplan mit "Kalib" bezeichneten Widerständen auf sich hat?

Edit: Egal, was ich dran hänge, er misst immer eine Impedanz von nahezu 50Ohm.
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