[Из песочницы] Сравнительный обзор портативных СВЧ приборов Arinst vs Anritsu
На независимый тест-обзор поступила пара приборов российского разработчика «Kroks». Это довольно миниатюрные радиочастотные измерители, а именно: анализатор спектра со встроенным генератором сигналов, и векторный анализатор цепей (рефлектометр). Оба устройства по верхней частоте имеют диапазон до 6,2 ГГц.
Появился интерес понять, это очередные карманные «показометры» (игрушки), или действительно достойные внимания приборы, потому как производитель их позиционирует: -«Прибор предназначен для радиолюбительского применения, так как не является профессиональным средством измерения.»
Вниманию читателей! Данные тесты проводились любительские, ни в коей мере не претендующие на метрологические исследования средств измерений, на основании стандартов государственного реестра и всего прочего с этим связанного. Радиолюбителям интересно посмотреть на сравнительные измерения часто применяемых на практике устройств (антенны, фильтры, аттенюаторы), а не теоретические «абстракции», как это принято в метрологии, например: рассогласованные нагрузки, неоднородные линии передачи, или отрезки короткозамкнутых линий, в данном тесте не применялись.
Для избежания влияния интерференции при сравнительном измерении антенн, требуется безэховая камера, или открытое пространство. В виду отсутствия первой, замеры проводились вне помещения, все антенны с направленными ДН «смотрели» в небо, будучи закреплёнными на штативе, без смещения в пространстве при смене приборов.
В тестах применялся фазостабильный коаксиальный фидер измерительного класса, Anritsu 15NNF50–1.5C, и адаптеры N-SMA от известных компаний: Midwest Microwave, Amphenol, Pasternack, Narda.
Дешёвые адаптеры китайского производства не применялись, в виду частого отсутствия повторяемости контакта при переконнекте, а также по причине осыпания не прочного антиоксидантного покрытия, которое у них применено вместо обычной позолоты…
Для получения равных сравнительных условий, перед каждым измерением приборы калибровались одним и тем же комплектом OSL калибратора, в равной полосе частот и текущего температурного диапазона. OSL — это «Open», «Short», «Load», то есть стандартный набор калибровочных мер: «мера холостого хода», «мера короткого замыкания» и «согласованная нагрузка 50,0 Ом», которыми обычно калибруются векторные анализаторы цепей. Для формата SMA применялся калибровочный комплект Anritsu 22S50, нормированный в диапазоне частот от DC до 26,5 ГГц, ссылка на даташит (49 стр.):
Для калибровки формата N типа, соответственно Anritsu OSLN50–1, нормированный от DC до 6 ГГц.
Измеренное сопротивление на согласованной нагрузке калибраторов, равнялось 50 ±0,02 Ома. Измерения проводились поверенными, прецизионными мультиметрами лабораторного класса, фирм HP и Fluke.
Для обеспечения наилучшей точности, а так же наиболее равных условий в сравнительных тестах, на приборах была установлена схожая полоса пропускания фильтра ПЧ, ибо чем уже эта полоса, тем выше точность измерения и отношение сигнал/шум. Так же было выбрано наибольшее число точек сканирования (ближайшие к 1000).
Для ознакомления со всеми функциями рассматриваемого рефлектометра, имеется ссылка на иллюстрированную, заводскую инструкцию:
Перед каждым измерением тщательно проверялись все сопрягаемые поверхности в коаксиальных разъёмах (SMA, RP-SMA, N типа), потому как на частотах выше 2–3 ГГц, чистота и состояние антиоксидантной поверхности этих контактов, начинает оказывать довольно заметное влияние на результаты измерений и стабильность их повторяемости. Очень важно содержать в чистоте наружную поверхность центрального штырька в коаксиальном разъёме, и сопрягаемую с ним внутреннюю поверхность цанги на ответной половине. Всё тоже самое актуально и для «оплёточного» контакта. Такой контроль и необходимая чистка обычно осуществимы под микроскопом, или под линзой с большим увеличением.
Так же важно не допускать наличие осыпаемой металлической стружки на поверхности изоляторов в сопрягаемых коаксиальных разъёмах, потому как они начинают вносить паразитную ёмкость, заметно мешая работоспособности и прохождению сигнала.
Пример типового металлизированного засорения разъёмов типа SMA, не заметных на глаз:
Согласно фабричным требованиям производителей СВЧ коаксиальных разъёмов с резьбовым типом соединения, при соединении НЕЛЬЗЯ допускать проворачивания центрального контакта входящего в принимающую его цангу. Для этого необходимо удерживать осевое основание накручиваемой половины разъёма, допуская вращение только самой гайки, а не всей наворачиваемой конструкции. При этом значительно уменьшается царапанье и прочий механический износ сопрягаемых поверхностей, обеспечивая лучший контакт и продление числа циклов комутации.
К сожалению мало кто из любителей об этом знает, а большинство наворачивают целиком, каждый раз сцарапывая и без того тончайший слой рабочих поверхностей контактов. Об этом всякий раз свидетельствуют многочисленные видеоролики на Ю.Тубе, от так называемых «тестеров-испытателей» новой СВЧ техники.
В данном тестовом обзоре, все многочисленные подключения коаксиальных разъёмов, осуществлялись строго с соблюдением вышеназванных эксплуатационных требований.
На сравнительных тестах были измерены несколько различных антенн, для проверки показаний рефлектометра в разных частотных диапазонах.
Сравнение 7-и элементной антенны Уда-Яги диапазона 433 МГц (LPD)
Поскольку у антенн данного типа всегда имеется довольно выраженный задний лепесток, а так же несколько боковых, то для чистоты теста были особо соблюдены все окружающие условия неподвижности, вплоть до запирания кота в доме. Что бы при фотографировании разных режимов на дисплеях, он незаметно не оказался в зоне действия заднего лепестка, там самым внеся возмущение в график.
На картинках собраны фото с трёх приборов, по 4 режима с каждого.
Верхний снимок с сабжевого VR 23–6200, средний с Anritsu S361E, а нижний с GenCom 747A.
Графики КСВн:
Графики отражённых потерь:
Графики диаграммы полных сопротивлений Вольперта-Смита:
Графики фазы:
Как видно получившиеся графики очень схожи, а величины измерений имеют разброс в пределах 0,1% погрешности.
Сравнение коаксиального диполя диапазона 1,2 ГГц
КСВн:
Возвратные потери:
Диаграмма Вольперта-Смита:
Фаза:
Тут тоже все три прибора по измеренной частоте резонанса данной антенны, уложились в пределах 0,07%.
Сравнение рупорной антенны диапазона 3–6 ГГц
Здесь был задействован удлиняющий кабель с разъёмами N типа, немного внёсший неравномерность в измерения. Но поскольку была задача просто сравнить приборы, а не кабеля или антенны, то если и попалась некая проблема в тракте, значит приборы должны её показать как есть.
Калибровка измерительной плоскости с учётом адаптера и фидера:
КСВн в полосе от 3 до 6 ГГц:
Возвратные потери:
Диаграмма Вольперта-Смита:
Фазовые графики:
Сравнение антенны круговой поляризации диапазона 5,8 ГГц
КСВн:
Возвратные потери:
Диаграмма Вольперта-Смита:
Фаза:
Сравнительное измерение КСВн китайского LPF фильтра 1.4 ГГц
Внешний вид фильтра:
Графики КСВн:
Сравнительное измерение длины фидера (DTF)
Решил измерить новый коаксиальный кабель, с разъёмами N типа:
Двухметровой рулеткой в три приёма, намерил 3 метра 5 сантиметров.
А вот что показали приборы:
Тут как говорится комментарии излишни.
Сравнение точности встроенного трекинг генератора
На данной гиф картинке, собраны 10 фотографий показаний частотомера Ч3–54. Верхние половины картинок — это показания испытуемого VR 23–6200. Нижние половины — сигналы подаваемые с рефлектометра Anritsu. Для теста были выбраны пять частот: 23, 50, 100, 150 и 200 МГц. Если Anritsu подавал частоту с нулями в младших знаках, то компактный VR подавал с небольшим превышением, численно растущим с увеличением частоты:
Хотя согласно ТТХ производителя, никаким «минусом» это являться не может, ибо не выходит за заявленные два разряда, после децимального знака.
Картинки собранные в гифку, о внутреннем «убранстве» прибора:
Плюсы:
Плюсами прибора VR 23–6200 является его невысокая стоимость, портативная компактность с полной автономностью, не требующая внешнего дисплея от компьютера или смартфона, при довольно широком диапазоне частот, отображённом в маркировке. Так же в плюс можно занести факт, что это не скалярный, а полноценно векторный измеритель. Как видно по результатам сравнительных измерений, VR практически не уступает большим, именитым и весьма не дешёвым приборам. Во всяком случае слазить на крышу (или мачту) для уточнения состояния фидеров и антенн, предпочтительнее с таким малышом, нежели с более крупным и тяжёлым аппаратом. А для ныне ставшим модным диапазону 5,8ГГц для FPV рейсинга (радио-управляемые летающие мультикоптеры и самолёты, с бортовой видеотрансляцией на очки или дисплеи), так вообще маст хэв. Так как позволяет прямо на полётах легко выбирать оптимальную антенну из запасных, или даже на ходу выпрямить и настроить антенну, смятую после падения гоночной летающей машинки. Прибор можно сказать «карманный», и с малой собственной массой может легко повиснуть даже на тонком фидере, что удобно при проведении многих полевых работ.
Минусы тоже замечены:
1) Наибольшим эксплуатационным недостатком у рефлектометра, является невозможность оперативно найти маркерами минимум или максимум на графике, не говоря уже о поиске «дельты», или авто-поиск последующих (или предыдущих) минимумов/максимумов.
Особенно часто это востребовано в режимах LMag и SWR, там сильно не достаёт такой возможности управления маркерами. Приходится активировать маркер в соответствующем меню, а позже вручную двигать маркер на минимум кривой, что бы считать частоту и величину КСВ в той точке. Возможно в последующих прошивках производитель добавит такую функцию.
1 а) Также прибор не умеет переназначать нужный режим отображения для маркеров, при переходе между режимами измерения.
Например, переключился с режима VSWR на LMag (Return Loss), а маркеры по прежнему показывают значение VSWR, в то время как логически должны отображать величину модуля отражения в dB, то есть то, что показывает в данный момент выбранный график.
То же самое и на всех иных режимах. Что бы в маркерной таблице прочесть соответствующие выбранному графику значения, каждый раз необходимо вручную переназначать режим отображения для каждого из 4-х маркеров. Вроде мелочь, но хотелось бы небольшого «автоматизма».
1 б) В наиболее востребованном режиме измерения VSWR, амплитудный масштаб невозможно переключить на более детальный, менее 2,0 (например 1,5, или 1.3).
2) Имеется небольшая особенность в непоследовательном проведении калибровки. Как бы всегда «открытая», или «параллельная» калибровка. То есть не последовательная возможность записи считанной меры калибратора, как это принято на иных VNA приборах. Обычно в режиме калибровки, прибор последовательно сам подсказывает какую именно сейчас следует установить (очередную) калибровочную меру и провести её считывание для учёта.
А на ARINST-е одновременно предоставлено право выбора всех трёх нажатий записи мер, что накладывает повышенное требование внимательности от оператора, при проведении очередного этапа калибровки. Хотя я ни разу не запутался, но нажать на кнопку не соответствующую присоединённого в данный момент конца калибратора, имеется лёгкая возможность допущения таковой ошибки.
Возможно в последующих апгрейдах прошивки, создатели такую открытую «паралельность» выбора, «изменят» таки в «последовательность», для исключения возможной ошибки от оператора. Ведь неспроста же в больших приборах применена именно чёткая последовательность в действиях с калибровочными мерами, как раз для для исключения подобной ошибки от путаницы.
3) Очень узкий температурный диапазон калибровки. Если на Anritsu после калибровки предоставляется диапазон (например) от +18°С до +48°С, то на Arinst всего ± 3°С от температуры калибровки, что может оказаться мало при полевых работах (на улице), на солнце, или в тени.
Например: откалибровал после обеда, а работаешь с измерениями до вечера, солнце ушло, температура понизилась и показания пошли не корректные.
Почему-то не всплывает стоп-сообщение, что мол — «перекалибруйтесь, по причине выхода за температурный диапазон прошлой калибровки». Вместо этого начинаются ошибочные измерения со смещённым нулём, что заметно сказывается на результате измерений.
Для сравнения, вот как об этом сообщает рефлектометр Anritsu:
4) Для помещения нормальный, а вот для открытой местности очень тусклый дисплей.
Солнечным днём на улице вообще ничего не читабельно, даже если притенять экран ладонью.
Регулировка яркости дисплея вообще не предусмотрена.
5) Аппаратные кнопочки хочется перепаять на другие, так как некоторые не сразу отрабатывают нажатия.
6) Тачскрин в некоторых местах не отзывчивый, а местами излишне чувствительный.
Выводы по рефлектометру VR 23–6200
Если не цепляться к минусам, то в сравнении с другими бюджетными, портативными и свободно доступными на рынке решениями, типа RF Explorer, N1201SA, KC901V, RigExpert, SURECOM SW-102, NanoVNA — данный Arinst VR 23–6200 выглядит наиболее удачным выбором. Потому как у других либо цена уже весьма не бюджетна, либо в полосе частот ограничены и тем самым не универсальны, либо по сути являются показомерами игрушечного типа. Несмотря на скромность и относительно не высокую цену, векторный рефлектометр VR 23–6200, на поверку оказался на удивление приличным прибором, да ещё и таким портативным. Ещё бы производители в нём доработали минусы и немного расширили нижний частотный край для радио-любителей коротковолновиков, то прибор занял бы пьедестал почёта среди всех мировых бюджетников подобного назначения, ибо получился бы доступный по цене охват: от «КаВэ до эФПэВэ», то есть от 2 МГц на КВ (160 метров), до 5,8 ГГц для FPV (5 сантиметров). И желательно без разрывов во всей полосе, не в пример как было на RF Explorer:
Несомненно, вскоре наверняка будут появляться ещё более дешёвые решения, в столь широком частотном диапазоне, и это будет отлично! Но пока (на момент июнь-июль 2019), по моему скромному мнению данный рефлектометр является наилучшим в мире, среди портативных и не дорогих, серийно доступных предложений.
Анализатор спектра с трекинг генератором SSA-TG R2
Данный прибор в основном сравнивался с комбинированным GenCom 747A, правда с ограничением по частоте до 4 ГГц.
