jueves, 22 de julio de 2010

1- Prototipo Analizador de Antenas Vectorial

Es mi intención publicar en esta serie de entradas el progreso de la realización de un prototipo de un analizador de antenas vectorial con medición precisa de impedancia, incluyendo la magnitud y la fase, y con funcionamiento tanto autónomo como conectado a un PC. El analizador está basado en el principio de recepción superheterodino de simple conversión y en esta primera fase seguirá parte del diseño del hardware de Bob Clunn - W5BIG publicado en el QST de Noviembre del 2006, en concreto los sensores de voltaje y corriente basados en mezcladores. La diferencia con el diseño de W5BIG es que todo el procesamiento de señal se realizará en el microcontrolador por lo que no será necesario un PC y por tanto podrá funcionar de forma autonóma.

Las fases que tengo previstas son las siguientes:
  • Prototipo basado en el kit SARK100
  • Prototipo basado en el PSoC5 First Touch Starter kit y con display gráfico
  • Generación de señal DDS hasta UHF utilizando mezclado de armónicos
En la primera fase se aprovecha la base del kit SARK100 para la realización del prototipo, es decir, se utiliza una placa del SARK100 con los componentes del puente de medida y el DDS y PA subequipados. Por otro lado se han recortado la sección del DDS de dos placas del SARK100 para realizar los dos generadores de señal necesarios en este caso de hasta 30Mhz.

El diagrama de bloques del primer prototipo se muestra a continuación:

El diseño se compone de dos generadores de señal DDS que se heterodinan para producir una señal de 1Khz que se puede amplificar, filtrar y analizar muy fácilmente. Uno de los generadores funciona a la frecuencia de test y otro se programa para funcionar 1Khz por encima. El rango de frecuencias es de 0 a 30Mhz y es filtrada por filtros paso bajo de 45Mhz de frecuencia de corte. Uno de los mezcladores se utiliza como sensor de voltaje y el otro como corriente. La salida de los mezcladores se amplifica y filtra antes de llevarlos a un convertidor analógico digital tipo delta-sigma de 8-bits del PSoC.

Para extraer la información de magnitud y fase de los detectores de voltage y corriente se realiza la Transformada Discreta de Fourier a la frecuencia de 1Khz, utilizando el algoritmo de Goertzel para extraer la información de magnitud y de fase de la señal. Una vez calculada esta información para el voltaje y la corriente se derivan todos los parámetros de impedancia y coeficiente de reflexión. Los cálculos se realizan con aritmética de punto flotante de simple precisión.

Para el primer prototipo he optado por montarlo en una placa de protopipado. Para facilitar el montaje he utilizado un programa de diseño de PCB para realizar el posicionado de componentes y para las conexiones. El posicionado lo he impreso en una hoja de papel adhesivo y posteriormente lo he pegado a la placa. Por otra parte he recortado la sección del DDS de dos placas del SARK100. El conjunto sin ensamblar se puede ver a continuación:


A continuación se pueden ver las imágenes del prototipo montado y conectado al SARK100:


En las siguientes imágenes se muestran los valores de impedancia y ROE en formato polar y cartesiano:

El prototipo funciona adecuadamente pero tiene algunas limitaciones. Por un lado las limitaciones en la CPU del PSoC1 hacen que sea un poco lento en las medidas, donde se hace más notable cuando se utiliza la función SCAN. Por otro lado, se está utilizando el reloj interno del PSoC que no es tan estable como un oscilador de cristal, lo que introduce algo de error en las medidas. Por otro lado el montaje dista también de ser ideal, pero todos estos factores son conocidos y se irán subsanando en fases posteriores.

© EA4FRB - Melchor Varela 2010, All rights reserved

No hay comentarios:

Publicar un comentario