Краткий обзор интересного аппарата: антенного векторного анализатора SARK-110

Антенный анализатор SARK-110

Антенных анализаторов (измерителей КСВ и комплексного импеданса) существует уже немало. В этом обзоре хочу познакомить читателей с антенным векторным анализатором SARK-110, который разработал и поддерживает Melchor Varela, EA4FRB. По состоянию на 2013 г SARK-110 мне кажется лучшим для радиолюбителя выбором по соотношению цена/качество. А информации о SARK-110 на русском языке практически нет. Данным обзором заполняю этот пробел.

Внешний вид и возможности

Антенный анализатор SARK-110 это векторный измеритель комплексных сопротивлений (включая знак реактивности) в частотном диапазоне от 0,1 до 230 МГц. Он показывает КСВ и R-L-C (в последовательном и параллельном эквиваленте), фазу, добротность, коэффициент отражения подключенной нагрузки. Измеряет длину кабеля, и расстояние до неоднородности в кабеле.

Информация выводится либо на встроенный (3 дюйма) экран в виде обычных графиков, круговой диаграммы Вольперта-Смита и цифровых значений, либо на компьютер (после соединения).

SARK-110 выполнен в прочном литом алюминиевом корпусе, имеет встроенный аккумулятор на ~ 2 ... 3 (зависит от режима) часа автономной работы, заряжается по USB.

Имеется руководство пользователя на русском языке (Ваш покорный постаралcя).

Схемотехника

SARK-110 представляет собой резистивный мост с двумя отдельными каналами измерения тока и напряжения.

Каждый канал представляет собой фазосинхронный супергетеродин с ПЧ 1 кГц.

ВЧ-сердцем прибора является двухъядерный DDS AD9958, который может вырабатывать на двух выходах одновременно две частоты с одинаковой фазой. Это и используется: один из выходов DDS работает (через фильтр и корректирующие АЧХ усилители) на измерительный мост; другой с частотой, отличающейся на 1 кГц от первого, служит гетеродином для приемников каналов измерения тока и напряжения.

На выходе двойных балансных смесителей SA612 получается два сигнала с частотой 1 кГц, амплитуды и фазы которых пропорциональны амплитудам и фазам ВЧ сигнала на измеряемой нагрузке.

Эти сигналы поступают на вход микроконтроллера STM32F103, на входе которого стоят два 12-ти битных АЦП. Контроллер обеспечивает все измерения, управление прибором, работу внутреннего дисплея и связь с компьютером.

Кстати, в этой статье рассматривается вопрос помехозащищенности антенных анализаторов. И делается вывод, что SARK-110 максимально (из приборов, выпускаемых на 2013 г) защищен от помех, принимаемых измеряемой антенной.

Особенно хочу отметить добротность и честность схемотехники. На выходе DDS стоят фильтры, срезающие всё выше 230 МГц. Измерительный сигнал чисто синусоидален. Никаких (увы, свойственных многим аналогичным приборам) коммерческих хитростей, вроде отсутствия фильтров, прямоугольного измерительного сигнала и работы на высших гармоник в SARK-110 нет. И это правильно: прямоугольный тестовый сигнал и работа на гармониках с довольно заметными ограничениями годятся лишь для узкополосных, резонансных нагрузок. Для исследования же в широкой полосе такой метод неприемлем: получаются измерения сразу на нескольких частотах гармоник. В результате измеряется не то, что нагрузка имеет на заданной частоте, а некая смесь того, что она имеет на всех частотах гармоник тестового сигнала. Поэтому в серьезном приборе тестовый сигнал обязан быть синусоидальным. В SARK-110 так и сделано.

Для устранения падения амплитуды DDS с частотой по синк-функции (это принципиальная особенность любого DDS) используются корректирующие усилители, поддерживающие уровень измерительного сигнала –10 dBm (200 mB размаха) во всей полосе.

Поскольку имеется полная (включая угол) информация о токе и напряжении, то напрямую определяется знак реактивности в каждой измеряемой точке, т.е. это честный векторный анализатор.

Параметры SARK-110

Синтезатор:

  1. AD9958, прямой синтез, точность установки частоты 1 Гц
  2. Частотный диапазон от 0,1 до 230 МГц
  3. Возможность прецизионной коррекции частоты внутреннего опорного генератора по внешнему частотомеру
  4. Задаваемые пользователем центральная частота и полоса качания. Есть пресеты установок для любительских диапазонов

Измеряемые параметры:

  1. КСВ (установка образцового значение 25, 50, 75 и 100 Ом)
  2. Модуль и угол Z. R и JX, включая знак реактивности.
  3. Комплексный коэффициент отражения
  4. R, L, C в последовательном и параллельном эквивалентах
  5. Потери отражения, отраженную мощность
  6. Фазу
  7. Добротность
  8. Расстояние до неоднородности в кабеле

Виды работы:

  1. Прямоугольный график
  2. Круговая диаграмма Вольперта-Смита
  3. Одночастотный режим
  4. Измерения кабеля
  5. Полевой режим

В режиме прямоугольных графиков:

  1. Одновременный вывод двух любых графиков
  2. Два интеллектуальных (с автопоиском всех интересных точек) маркера

В режиме круговой диаграммы:

  1. Отображение комплексного коэффициента отражения
  2. Круг, ограничивающий область, в которой КСВ меньше 2

В одночастотном режиме:

  1. Отображение всех параметров на одной частоте
  2. Графическое представление импеданса, как схемы
  3. Звуковая индикация КСВ (чем ниже, тем чаще тоновые посылки)
  4. Можно использовать как прецизионный (точность 1 Гц) ВЧ генератор с регулируемым выходным уровнем: от -13 до -73 dBm с шагом 10 dB начиная от версии софта 0.8.0)

В режиме измерения кабеля:

  1. Максимальная измеряемая длина 250 м
  2. Предустановки параметров большинства популярных кабелей

Калибровки:

  1. OSL (open - short - load) прецизионная калибровка позволяет точно (256 точек по частоте) вычитать из измерения параметры кабеля (непосредственно во время измерения) и видеть параметры нагрузки на его дальнем конце так же, как если бы она была подключена прямо к прибору. Делается последовательным размыканием, замыканием и подключением согласованной нагрузки к дальнему концу кабеля.
  2. Функция расчетной компенсации длины кабеля позволяет установить и программно вычесть из измерений (уже после них, при обработке) любую длину известного типа коаксиала (начиная от ерсии софта 0.8.0.)

Интерфейсы:

  1. MCX разъем ВЧ
  2. Цветной LCD экран 3 дюйма 400 х 240 точек
  3. MiniUSB разъем для связи с компьютером и заряда аккумулятора
  4. Любое измерение может быть сохранено во внутреннюю память как *.bmp или *.csv файл для последующего копирования и анализа на компьютере
  5. Внешняя программ для PC для управления SARK-110 и отображения и анализа результатов

Внешние параметры:

  1. Размеры прибора 98 х 60 х 14,5 мм
  2. Вес прибора 115 гр
  3. Вес в упаковке с блоком питания и кабелями 300 гр
  4. Автономная работа не мене 2,5 часов (зависит от режима)
  5. Рабочая температура 0 ... 50 С

Точность измерений SARK-110

Достойная. Выше, чем у многих более дорогих приборов. И сравнима с профессиональными приборами. Вот отдельная статья по этой теме. Можно также посмотреть авторскую сравнительную таблицу испытаний различных приборов.

И, чтобы не было скучно, вот скриншот внешней программы. Измерение КСВ и R фирменной коаксиальной нагрузки в полосе от 0,1 до 230 МГц через кабель 15 см после OSL калибровки:

Обратите внимание, КСВ нигде не поднимается выше 1,005 (пять тысячных!), а R во всем диапазоне лежит от 50,1 до 50,2 Ома (т.е. отклонение не более 0,05 Ома!).

К слову замечу, что соединение SARK-110 с компьютером проходит без проблем: не требуется установка драйверов и прочие танцы с бубном. Компьютер сразу видит SARK-110 как внешний USB диск, а родная программа сразу может им управлять и получать данные. Но вернемся к точности.

Еще один скриншот. На сей раз с экрана самого SARK-110. Измерение вертикала высотой 7,9 м через кабель, длиной 2,8 м:

Внутренности

Конечно, интересно посмотреть что внутри. 4 винта на задней крышке. Корпус черненного алюминия, литой из двух половинок. На одной расположена прилично (проверял под микроскопом) собранная плата прибора:

На другой аккумулятор 1 А*ч с контроллером заряда:

Несмотря на китайскую сборку – вполне качественная вещь.

Где взять?

SARK-110 собирается и продается китайской компанией Seeed Studio. Цена на июль 2013 г составляет 360$ с доставкой, что заметно ниже чем даже у худших по параметрам аналогов.

Оплата Paypal (сделайте, если его у вас нет, это несложно даже в России). Время ожидания после заказа (это если SARK-110 есть на складе, а это бывает не всегда) около 3 недель. Это для Германии. Для России, вероятно, будет дольше. В общем, как с обычной онлайн покупкой из Китая.

Недостатки

Есть, как и у любой другой вещи на этой планете.

Во-первых, нужно нормальное зрение, экран все же мелковат для такого объема информации. Посмотрите третье фото в статье: рука у меня хоть и крупная, но прибор действительно невелик.

Во-вторых, примененный МСХ разъем исключает прямое подключение нагрузки к прибору. И разъем мелкий, и стоит прямо на плате - есть риск вырвать. Поэтому нагрузка только через кабель. При наличии OSL калибровки и учета кабеля это не страшно. Коротенький хвостик с переходом на байонет в комплекте есть, но его качество неважное (типично для китайских производителей: основной прибор сделать хорошо, а внешнюю навеску – абы как) и он слишком короткий (см. второе фото). Поэтому лучше сразу докупить на ebay измерительный кабель MCX-папа – SMA-мама (или любой, вам нравящийся вместо SMA) длиной сантиметров 12 ...20 (ищите по запросу SMA female to MCX male Pigtail) и набор переходников с SMA (или того, что вы хотите на конце измерительного кабеля) на другие популярные типы ВЧ разъемов (есть на ebay по 2... 3 $).

Но недостатки – продолжение достоинств. При реальных измерениях почти всегда удобнее подключать нагрузку не прямо к прибору, а через кабель после OSL калибровки. Во всяком случае я так почти всегда делаю при работе на профессиональном стационарном анализаторе: при измерении ВЧ узлов совать плату прямо в разъем (хотя бы и большой) неудобно, а измеряемые УКВ антенны не любят корпуса прибора в своей ближней зоне. Так что кабель между измерителем и нагрузкой это плюс. Минус – его неважное исполнение в комплекте SARK-110.

В-третьих, в комплекте отсутствует USB шнур (а он нужен для зарядки, но его легко найти) и коаксиальная нагрузка (до зарезу она не нужна, прибор хорошо откалиброван, но всё же имеет смысл докупить и её на ebay под выбранный вами разъем, чтобы можно было делать OSL калибровку).

В-четвертых, корпус не имеет ушек для крепления ремня или петли. В результате при работе на улице прибор приходится держать (мал очень, уезжает за кабелями). Разумно докупить какую-нибудь подходящую сумочку.

В-пятых, в режиме работы ВЧ генератором маловато шагов ослабления уровня выходного сигнала (но тут надо иметь хотя бы остатки совести: сопоставимый по параметрам отдельный ВЧ генератор будет стоить примерно столько же, сколько весь SARK-110, а тут мы имеем генератор бесплатно). Минимальный сигнал –73 dBm (50 uV на 50 Ом) довольно велик (например, для измерения чувствительности и калибровки S-метра приемника). Но два внешних аттенюатора по 20 дБ каждый (или один, переключаемый, но это дороже) легко решат эту задачу и превратят SARK-110 в серьезный ГСС с минимальным сигналом -113 dBm (0,5) uV.

Доукомплектация SARK-110 обойдется еще долларов в 10...40, но даже с учетом этого его цена остается ощутимо ниже худших по параметрам аналогов, а прибор у вас получится универсальный.

Заключение

В вышеприведенном кратком обзоре не описаны многие из возможностей SARK-110. Но и без этого ясно: прибор из разряда "надо брать". Полный векторный анализатор до 230 МГц с хорошей точностью, цветным графическим экраном, развитым меню, временем автономной работы 2,5 часа за 360$ – это лучшее на сегодняшний день из имеющегося на рынке.

 

И необходимое пояснение. Это не рекламная статья. Я не зарабатываю рекламой SARK-110. Но купив SARK-110, был удивлен возможностями его возможностями, отчего и решил познакомить с ним русскоязычных читателей.



первая публикация: Bonn, 18.07.2013

последняя редакция: Bonn, 16.05.2014

На главную - Main page