mandag 28. november 2016

RigExpert AA-230 ZOOM antenneanalysator

Bilde 1: RigExpert AA-230 ZOOM

Det er svært praktisk å ha en antenneanalysator, i hvert fall dersom man driver og bygger antenner selv, men også når man kjøper antennene. Man kommer selvsagt langt på vei med et SWR-meter, og mange av dagens transceivere har også mulighet for å vise en SWR-graf, men en antenneanalysator vil som oftest være både enklere og mer praktisk å bruke og vil i tillegg gi ett mer nøyaktig resultat, samt tilgang til flere måleparametere. Det finnes ett utall av forskjellige antenneanalysatorer på markedet, fra helt billige til noen hundrelapper som kun viser SWR, til profesjonelle instrumenter som koster over 100 000 kr.  Vi radioamatører vil som regel klare oss ganske greit uten å måtte gå til anskaffelse av profesjonelle instrumenter, men det kan være vel verdt å legge litt penger i antenneanalysatoren dersom man ofte driver og måler på antenner og kabler. Prisen på antenneanalysatorer er avgjort av tre faktorer, frekvensområde, målenøyaktighet og antall parametere analysatoren kan måle. Skal man ha ett stort frekvensområde, koster det mer, skal man ha stor nøyaktighet koster det mer og skal man måle noe mer enn bare SWR, f.eks. returtap, impedans, reaktans, kapasitans og induktans koster det mer, ønsker man i tillegg en graf og muligheten til å lagre måleresultatene for senere å overføre de til PC koster det enda mer.

RigExpert AA-230 ZOOM antenneanalysator

RigExpert AA-230 ZOOM er en middels dyr antenneanalysator som dekker frekvensområdet 100 kHz til 230 MHz, den dekker derfor alle de mest brukte radioamatørbåndene unntatt 70 cm. RigExpert lager billigere modeller som f.eks. AA-30 som dekker 100 kHz til 30 MHz og dyrere modeller som f.eks. AA-1400 som dekker 100 kHz til 1400 MHz. Hva man skal velge kommer an på behovet og hva slags funksjonalitet man ønsker, det kan være flere tusenlapper å spare på ett edruelig valg. RigExpert AA-230 ZOOM ligger midt på treet av RigExperts antenneanalysatorer, den har 3 modeller under seg, og den har 3 modeller over seg, den er RigExperts billigste antenneanalysator med fargeskjerm, og den billigste med full funksjonalitet som reflektometer, det er også den eneste av RigExperts antenneanalysatorer som har mulighet for å zoome inn på grafen etter at målingen er foretatt, uten at man er nødt til å forta en ny måling. RigExpert AA-230 ZOOM vil derfor for mange være et godt kompromiss mellom frekvensområde og funksjonalitet.

Alle RigExperts antenneanalysatorer har mulighet for å måle hvilket fortegn reaktansen har, noe som er til stor hjelp dersom man f.eks. skal lage tilpasningskretser for antenner. (* Reaktansens fortegn forteller om reaktansen er induktiv eller kapasitiv, det vil si om reaktansen har spolevirkning, eller om den har kondensatorvirkning. Reaktansens fortegn kan også brukes til å fortelle om antennen er for kort eller for lang.)

RigExpert AA-230 ZOOM kan måle følgende:

·         SWR

·         Returtap [dB]

·         Impedans [Ω]

·         Resistans [Ω] og reaktans [Ω]

·         Spoleverdi [nH]

·         Kondensatorverdi [pF]

·         Kabellengde [m]

·         Kabeltap [dB]

·         Kabelimpedans [Ω]

·         Avstand-til-feil [m]

RigExpert AA-230 ZOOM er forholdvis liten og kompakt, men likevel stor nok til den er enkel å betjene. Sammenlignet med ett moderne håndapparat er den stor, men for betjeningens del er størrelsen fin. Den er utstyrt med en N-kontakt, og det følger med en overgang til UHF.  I bunnen har den en USB-kontakt for tilkobling til PC. Fargeskjermen har en oppløsning på 290 x 220 punkter, altså ikke samme oppløsning som vi er vant til fra moderne mobiltelefoner, men oppløsningen er god nok til jobben som skal gjøres, skjermen er lettlest og lysstyrken god. RigExpert AA-230 ZOOM opereres ved hjelp av ett tastatur med 18 knapper like under skjermen.

Virkemåte

 

Bilde 2: Blokkskjema over RigExpert AA-230 ZOOM  tatt fra fabrikantens hjemmeside.

Hjernen i analysatoren er en STM 32-bits RISC mikrokontroller. Den styrer en AD9958 DDS chip som kjører på 500 MHz og genererer to sinussignaler. Begge signalene er filtrert i ett lavpassfilter og deretter sendt gjennom pulsformere for å produsere to kvadratiske differensielle signaler. RigExpert har valgt å bruke en enkel resistiv målebro for å måle belastningen. En bryter skifter mellom målebroens to utganger. Etter bryteren blir signalet blandet med den andre kanalen for å lage et lavfrekvent signal på 1,5 kHz. Dette signalet blir så filtrert og mates via en 16-bits ADC til mikrokontrolleren. Fargeskjermen og tastaturet er koblet direkte til mikrokontrolleren. Analysatoren er utstyrt med 4 MB eksternt Flash minne for å lagre måleresultatene. Et USB-grensesnittet gjør at man kan koble instrumentet til en PC.

Bilde 3: Blokkskjema fra fabrikantens hjemmeside som viser målebroen og hvordan den er koblet til mikseren.

Bryteren som styres av mikrokontrolleren veksler mellom å mate signalet fra en av de to sidene på målebroen til blanderen. Når lasten er tilkoblet, og dens impedans er rent resistiv og 50Ω, er broen balansert og bryteren gir det samme signal i begge posisjoner, ved andre impedanser vil det være en forskjell mellom posisjonene. Ifølge fabrikanten eliminerer dette behovet for kalibrering av analysatoren, og skal også gi meget god presisjon i nærheten SWR = 1.

Måling av SWR

 

Bilde 4: RigExperts AA-230 ZOOM's skjermbilde under måling av SWR på en dipol for 20m.

Måling av SWR er en relativt grei sak med RigExpert AA-230 ZOOM, man taster inn senterfrekvensen og frekvensspennet i en egen meny og starter en måling ved å trykke på «ok/V» tasten. Man kan velge senterfrekvens og frekvensspenn med en oppløsning på 1 kHz. Det minste frekvensspennet man kan velge er 10 kHz.

Bilde 5: Ved å trykke på «0/data» tasten kan man få se mer data for den aktuelle frekvensen.

Nederst på skjermen vises minimum SWR innenfor frekvensspennet som er målt og frekvensen hvor man har minst SWR. For å kunne se SWR på en bestemt frekvens må man bruke piltastene til å forandre frekvensen, og så trykke på «0/data» tasten for å se den nøyaktige verdien på den valgte frekvensen.  I utgangspunktet syntes jeg at dette var litt tungvint, jeg ville heller ønske å kunne se SWR på en gitt frekvens i hovedskjermen, men man venner seg hurtig til denne måten å gjøre det på. Fordelen med denne måten er at man i tillegg til å kunne se SWR, også ser impedansen og returtapet på den valgte frekvensen.  Dette kunne man selvsagt også fått plass til å vise nederst på hovedskjermen, men nå er det nå engang slik RigExpert har valgt å gjøre det, og det fungerer egentlig ganske greit.

Måling av returtap

Måling av returtapet fungerer omtrent på samme måte som måling av SWR, man taster inn senterfrekvensen og frekvensspennet i en egen meny og starter en måling ved å trykke på «ok/V». Enkelt og greit.

Bilde 6: Skjermbildet ved måling av returtapet på en halvbølgedipol for 20 m.

Skjermbildet man får ved måling av returtap kan virke litt uvanlig for mange, da det er omvendt av hva mange forventer, slik at referanselinjen 0 dB er nederst. Her skulle jeg ønske at det var en mulighet for selv å velge om man vil ha referanselinjen øverst eller nederst. Med referanselinjen øverst er det mye enklere å se at returtap kun er en annen måte å oppgi SWR på.

Måling av impedans og reaktans

Måling av impedans og reaktans fungerer også omtrent på samme måte som måling av SWR, man taster inn senterfrekvensen og frekvensspennet i en egen meny og starter en måling ved å trykke på «ok/V».

Bilde 7: Skjermbildet under måling av resistans og impedans på en halvbølgedipol for 20 m.

Nederst på skjermen vises resonansfrekvensen innenfor frekvensspennet som er målt, har man flere resonansfrekvenser innenfor frekvensspennet, vises bare den ene.  Det er enkelt å se hvor det er resonans ved å se på hvor grafen for reaktansen X krysser nulllinjen. Når reaktansen X er positiv er lasten induktiv, og når X er negativ er lasten kapasitiv.

Smith-diagram

Måling av impedans med Smith-diagrammet er også helt likt som på de to første målingene, man taster inn senterfrekvensen og frekvensspennet i en egen meny og starter en måling ved å trykke på «ok/V».

Bilde 8: Smith-diagrammet for en halvbølgedipol for 20 m.

Smith-diagrammet kan se vanskelig og komplisert ut ved første øyekast, men det er et fantastisk hjelpemiddel når man har lært seg å bruke det. Det vil føre for langt å gå inn på hvordan man bruker Smith-diagrammet i denne artikkelen, men Smith-diagrammet gjør det blant annet enkelt å beregne stubtilpasninger og andre impedanstilpasningsnettverk uten å måtte ty til avansert kompleks matematikk. Man bruker rett og slett bare en passer, ett ark med Smith-diagrammet på og tegner inn verdiene, og så kan man etterpå løse problemet ved hjelp av enkel matematikk.

SWR-mode

SWR-mode er rett og slett bare en visualisering av ett godt gammeldags SWR-meter, man taster inn frekvensen og starter  målingen ved å trykke på «ok/V».

Bilde 9: Ved å trykke på "7/SWR" tasten kan man få opp ett vanlig SWR-meter.

SWR-mode kan være nyttig når man skal finjustere en antenne til en bestem frekvens, for eksempel en teleskopantenne eller lignende. Fordi SWR-meteret fyller hele skjermen kan man avlese SWR på en viss avstand, noe som i enkelte tilfeller kan være praktisk.

MultiSWR-mode

MultiSWR-mode gjør det mulig å måle SWR på inntil 5 frekvenser samtidig, man taster inn de 5 frekvensene man ønsker å måle SWR på og starter målingen ved å trykke på «ok/V».

Bilde 10: MultiSWR-mode gjør det mulig å måle SWR på flere frekvenser samtidig, slik som her hvor man måler på en windomantenne.

MultiSWR-mode er svært praktisk når man skal justere multibåndantenner, hvor en justering på ett bånd ofte påvirker andre bånd på antennen.

Reflektometer

RigExpert AA-230 ZOOM har innebygd reflektometer, reflektometeret er nyttig når man skal finne feil på koakskabler. Vanligvis sender reflektometere ut en puls på transmisjonslinjen, og så måler man den reflekterte pulsen. Når man vet tiden mellom den utsendte pulsen og den reflekterte pulsen, lysets hastighet og hastighetsfaktoren til kabelen kan man regne ut avstanden til feilen. Amplituden og formen på den reflekterte pulsen gir brukeren en ide om hva slags feil det er på kabelen. Dette kalles tidsdomene reflektometri (TDR).

Bilde 11: Reflektometermåling på en RG-58 koakskabel. Det er enkelt å se hvor lang kabelen er.

I motsetning til mange andre kommersielt tilgjengelige reflektometre, sender ikke RigExpert AA-230 ZOOM noen pulser inn i kabelen. I stedet er en annen teknikk som brukes. Først måles R og X (den reelle og den imaginære del av impedansen) over hele frekvensområdet til analysatoren (opp til 230 MHz). Deretter brukes Invers Fast Fourier Transformasjon på måledataene og impulsresponsen og sprangresponsen beregnes. Denne metoden kalles frekvensdomene reflektometri, men RigExpert bruker utrykket tidsdomene reflektometri (TDR) siden TDR er mer innarbeidet og alle beregninger er gjort internt slik at brukeren bare kan se det endelige resultatet. Det endelige resultatet blir vist som om målingen er tatt med en TDR. RigExpert bruker 4 sider i ett tillegg til manualen på å forklare hvordan reflektometeret brukes.

Kabeltap

Å vite hvor mye tap det er i en aktuell kabel er ofte svært nyttig informasjon, å måle kabeltap med RigExpert AA-230 ZOOM er en to-trinns prosess, først måler man kabelen med den ene enden åpen, og så måler man kabelen med enden kortsluttet.

Bilde 12: Måling av tapet i en ca. 10 m lang RG-58 koaks.

Når man er ferdig får man en graf på skjermen som viser tapet som en funksjon av frekvensen over hele antenneanalysatorens frekvensområde fra 100 kHz til 230 MHz. Ved å bruke piltastene kan man forandre frekvensen til den frekvensen man ønsker å avlese tapet på. Nederst på skjermen vises tapet for den aktuelle frekvensen.

Kabelimpedans

Med RigExpert AA-230 ZOOM kan man måle kabelens impedans, akkurat som når man måler kabeltap er dette en to-trinns prosess, først måler man kabelen med den ene enden åpen, og så måler man kabelen med enden kortsluttet.

Bilde 13: Impedansen på en RG-58 koaks som funksjon av frekvensen.

Når man er ferdig får man en graf på skjermen som viser tapet som en funksjon av frekvensen over hele antenneanalysatorens frekvensområde fra 100 kHz til 230 MHz. Ved å bruke piltastene kan man forandre frekvensen til den frekvensen man ønsker å avlese tapet på. Nederst på skjermen vises tapet for den aktuelle frekvensen.

Lagring av måleresultater

RigExpert AA-230 ZOOM lar deg lagre måleresultatene slik at man kan gå inn og se på målingene i etterkant. Det er 100 minneplasser tilgjengelig for å lagre måleresultatene. Man kan legge til navn på minneplassene selv, man har 10 alfanumeriske tegn til disposisjon slik at det er mulig å gi målingene noenlunde forståelige navn.

Bilde 14: Skjermbildet for å hente frem lagrede målinger.

 

AntScope PC-software

RigExpert AA-230 ZOOM kan kobles til en PC ved hjelp av den medfølgende USB-kabelen. Fra RigExperts hjemmeside http://www.rigexpert.com/ kan man laste ned softwaren AntScope gratis. AntScope finnes tilgjengelig både for Windows, MAC OS og Linux.

Bilde 15: AntScope softwaren. Radioamatørbåndene er merket med en svak gulfarge.

Med AntScope kan man både styre antenneanalysatoren direkte og man kan laste ned tidligere målinger som er lagret i minnet på antenneanalysatoren.  Det er også mulig å laste ned skjermbildene fra antenneanalysatoren, for eksempel er alle skjermbildene i denne artikkelen lastet ned fra RigExpert AA-230 ZOOM ved hjelp av AntScope. Softwaren lar deg gjøre akkurat de samme målingene som man kan gjøre direkte fra antenneanalysatoren, i tillegg er det mulig å gjøre korrigeringer på målingene, f.eks. kan man enkelt legge til en koaksial kabel på målingene for å kunne vise hva reelt SWR på antennen er i fødepunktet uten påvirkningen fra koaksialkabelen.

Bilde 16: SWR måling på en windomantenne fra 3 MHz til 30 MHz. Radioamatørbåndene er merket med en svak gulfarge.

Bilde 16 viser en SWR-måling på min windomantenne fra 3 MHz til 30 MHz, målingen er foretatt fra shacken, mellom shacken og antennen er det 100 m med RG-213 koaks. Som man ser er SWR ganske lavt hele veien fra ca. 5 MHz og oppover, og det blir lavere med stigende frekvens. Av en slik måling kan man lett bli forledet til å tro at man har en fantastisk antenne som går på alle bånd, men i virkeligheten er det tapet i koaksen som gjør at SWR blir målt mye lavere enn det det faktisk er.

Bilde 17: SWR måling på en windomantenne fra 3 MHz til 30 MHz etter at det er korrigert for 100 m med RG-213. Radioamatørbåndene er merket med en svak gulfarge.

Bilde 17 viser den samme målingen etter at man har lagt til 100 m med RG-213 i AntScope, som man ser nå er SWR betydelig høyere på båndene den ikke har dekning på, mens man har klare dipper i SWR på båndene med dekning.

Konklusjon

Jeg opplever RigExpert AA-230 ZOOM som ett svært brukervennlig og nøyaktig instrument, med ett frekvensområde på 100 kHz til 230 MHz vil det fylle de fleste radioamatørers behov, trenger man ett større frekvensområde kan man gå for en av RigExperts større modeller, men da til en høyere pris. RigExpert AA-230 ZOOM kan for mange være litt i overkant av hva man har behov for, men da kan man spare litt penger ved å gå for en av RigExperts mindre modeller. ARRL's laboratoriemålinger bekrefter at RigExpert AA-230 ZOOM er meget nøyaktig.  Jeg liker størrelsen på RigExpert AA-230 ZOOM godt, da den er liten og snerten, men jeg har hørt at andre syns den er litt liten.

 

Legg inn en kommentar