EU1KY开源天线分析仪项目


1、简介

EU1KY天线分析仪是一个开源项目,可以让你自己制做价格合理、功能齐全的天线分析仪;它可以用来调试同轴馈电连接的短波/HF/VHF和CB天线。分析仪采用彩色TFT显示器,使用电容式触摸屏进行控制,许多功能优于市场上昂贵的天线分析仪。

Pic From EA7GIB

2、特点

EU1KY天线分析仪实际上是一个1端口VNA设备,它能够在500 kHz -150 MHz范围内(最高450 MHz,具体取决于具体的硬件)测量与其连接的任何无源负载的参数, 并以图形形式显示结果。 此外,它还可以用作TDR(时域反射仪)使用。并且设备支持空载短路校准,以补偿传输线对测量参数的影响。所有设置以及校准文件,屏幕截图和Touchstone S1P文件都存储在SD卡上,可通过板载USB HS端口(可作为读卡器)对其进行访问。

开发板上内置有ST-Link 2.1调试器,提供了虚拟COM端口,当设备通过Mini-USB电缆连接到PC时,可使用RigExpert AntScope软件远程控制设备并模拟RigExpert AA-1000天线分析仪的某些功能。

运行界面截图

3、硬件

天线分析仪使用STM32F746G-DISCO开发板实现,价格在460Rmb左右:

  • 高速低功耗ARM Cortex M7 CPU内核,主频高达216 MHz,带有浮点硬件加速器,可加速数字信号处理
  • 板载480x272 4.3英寸的电容触摸TFT显示屏,由内置于CPU中的控制器驱动
  • 板载音频编解码器,带有立体声线路输入,作为信号处理的重要补充
  • ARM提供了DSP数学库,并且针对 FFT代码的运行速度进行了高度优化

总而言之, 你只需要将与Arduino Uno接口兼容的RF前端插入到开发板上,并进行一些其他连接即可完成组装(见下文),此外,还需要一个Micro-SD卡(4GB足够用),用来存储其配置文件和屏幕截图,以及一个5V电源。

**需要对开发板进行一些改动以通过I2C控制来RF前端:拆除掉SB5和SB3测试点上的焊锡,短接测试点SB1和SB4。所有的测试点均位于板角处的Arduino Uno连接器CN5附近和SD卡插槽附近,并且已清楚标记。 参见下图。 **

连接示意图

4、射频前端

前端主要使用信号发生器Si5351a芯片上,并且已经通过验证,就像该设备的版本2一样。设备中有两个通道:电压通道(V)和电流通道(I)。天线分析仪实际上就是在测量通道之间的幅度和相位差以计算连接到输入的负载的阻抗。

除了这些之外,你还需要制作一个射频扼流圈,扼流圈的铁氧体磁珠可以从旧的信号电缆(D-SUB)获得,并在磁珠上使用4mm直径的50-Ohm同轴电缆(我使用RG-303)绕上3-4匝。但是需要注意的是线的长度,从桥到接地点缠绕在铁芯上的电缆的长度不得超过计划设备的最大工作频率的1/4波长,以免因谐振而使测量电阻分流。如果你打算使用频率高达450 MHz的设备,则可能会降低最低工作频率的性能。同轴电缆的屏蔽层必须在扼流圈后面直接接地到PCB,请参见示意图。由于射频扼流圈已包含在电桥中,因此应将其适当地做好机械固定,否则如果移动扼流圈的话可能会严重干扰设备校准,尤其是在VHF频率上 。

前端板上有两个混频器(612型)将电流和电压信号转换为10031 Hz的中频,然后将其传递到低通滤波器。

OUT_VI连接到线性音频输入的左通道(蓝色3.5毫米连接器),OUT_VV连接到同一插座的右通道上,其余部分由固件处理。具体的原理图参见下图:

具体器件的参数要求:

  • 电阻:0805 1%
  • 电容:0805,耐压>=16V
  • 电解电容: 耐压>=16V
  • SA612(SA602/NE612/NE602):SO-8封装
  • MC4558:采用SO-8封装,可以用同一封装里具有相同引脚的运算放大器代替,该运算放大器可在4.5V单极性电压下工作,并且GBW> 3 MHz。
  • Si5351A: 10-MSOP封装
  • 晶振:27Mhz石英晶振(25MHz也可以使用,但需要设置软件)

更多具体内容可以参见GitHub: https://github.com/EU1KY/eu1ky_aa_v3/wiki

以下是一些实物图:

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