Amateurfunk verbindet Menschen in der ganzen Welt

VMA Simple Spectrum Analyzer

Der Netzwertester NWT4000 und der kleinere Spektrumanalyzer von BG7TBL werden mit einer Software ausgeliefert, die ursprünglich für den Netzwerktester des "Funkamateur" von Andreas Lindenau, DL4JAL, geschrieben wurde. Diese Software stellte er unentgeltlich auf seiner Webseite zur Verfügung. Andreas Lindenau hatte die Arbeit und andere machen jetzt den Gewinn. Denn ohne eine entsprechende, komfortable Software, würde vermutlich kaum jemand den NWT4000 kaufen. Leider, aber eben auch absolut verständlich, wird die Software nun nicht mehr weiterentwickelt.

Aber es gibt eine sehr gute Alternative: Der "VMA Simple Spectrum Analyzer" von Vitor Martins Augusto, CT2JSA. Nun ja, der Begriff "Simple" trifft es aber nicht ganz. Möglicherweise hat es mal simpel angefangen, aber mittlerweile ist es ein mächtiges Programm, welches die vorhandene NWT-Software vollständig ersetzen kann. Vitor hat aber, aus nachvollziehbaren Gründen, einen Kopierschutz eingebaut und man muss daher einen Freischaltcode anfordern. Für das jeweils laufende Quartal bekommt man einen kostenlosen Code und kann das Programm ausgiebig testen. Für einen permanenten Freischaltcode muss man eine sehr geringe Gebühr zahlen, die - meiner Meinung nach - aber auch absolut gerechtfertigt ist. Weitere Informationen zum Programm findet man hier, in Vitors Blog, wo auch die jeweils aktuelle Programmversion zum Download bereitgestellt wird.

Das Programm muss nicht installiert werden, einfach in einen Ordner entpacken, fertig. Beim ersten Starten wird ein Systemcode generiert, den man per Mail an Vitor sendet. Man bekommt dann umgehend einen Freischaltcode zurück. Diesen trägt man beim nächsten Programmstart ein, und kann dann mit dem Programm arbeiten. Bedingung ist eine Bildschirmauflösung von mindestens 1200 x 800 Pixel.  Das Fenster kann nicht skaliert werden.

Das User-Interface des VMA-Analyzers mit der Darstellung eines Helixfilters

Die Oberfläche besteht aus Grafik- und Wasserfalldisplay, sowie den Bedien-Elementen. Die Bedienung ist weitgehend intuitiv. Wer mit der NWT-Software arbeitet, wird sich ohne weiteres zurechtfinden. Die direkte Frequenzeingabe in MHz und die Wahl einer Mittenfrequenz machen das Handling etwas schneller und komfortabler als bei der NWT-Software.

Frequenzeinstellmenü
Das Frequenzeinstellmenü

Das Grafikdisplay kann, zur Dokumentation, direkt im PNG-Format abgespeichert werden.

SWR-Messung


Grafik-Dump der SWR-Messung einer HB9CV-Antenne

Die grüne Kurve (LIVE-Trace) zeigt das Return Loss der Antenne und die Kurve in Magenta (MATH-Trace) den SWR-Verlauf. Die SWR-Skalierung befindet sich hierbei auf der rechten Seite. Der gelbe Trace (MEM-Trace) ist der zwischengespeicherte LIVE-Trace bei offener Messbrücke und  der Ausgangs-punkt für die Berechnung des Return Loss. Genau wie bei der NWT-Software muss vor einer SWR-Messung, die Dämpfung der externen Messbrücke ermittelt werden, damit der Return Loss exakt ermittelt werden kann. Es wird dazu ein LIVE-Trace bei offener Messbrücke geschrieben und als MEM-Trace zwischengespeichert (oben in Gelb). Dieser Wert wird aber nicht dauerhaft gespeichert und muss nach jedem Programmstart neu ermittelt werden. Das ist, meiner Meinung nach, aber kein Nachteil. Die Ermittlung des Referenz-Trace für die SWR-Messung, ist eine Sache von Sekunden und man kann das auch zwischendurch mal schnell erledigen. Da ich mit verschiedenen Messbrücken arbeite, ist diese Lösung für mich wesentlich schneller, als jedes Mal ein anderes Kalibrierfile zu laden.

Impedanz-Messung


Grafik-Dump der Impedanz-Messung einer HB9CV-Antenne

Außer dem SWR können auch die Impedanzen von Antennen, Filtern etc. gemessen werden. Die Magenta Kurve (Math-Trace) zeigt hier die Impedanz der Antenne an. Auch hier muss - wie bei der SWR-Messung - vor der Messung ein MEM-Trace (gelbe Kurve) erzeugt werden. Der Live-Trace (grüne Kurve) zeigt auch hier die Rücklaufleistung an, die aber hier - aufgrund des erforderlichen Vorwiderstandes - keine Aussagekraft hat. Man kann ihn auch ausblenden.

 Für die Impedanz-Messung ist es erforderlich, vor dem DUT einen Vorwiderstand in Größe der System-Impedanz einzuschleifen. Dieser Trick ist notwendig, damit auch Impedanzen unter 50 Ohm gemessen werden können. Die Berechnung erfolgt anhand des gemessenen SWR und der System-Impedanz 50 bzw. 75 Ohm. Berechnet wird die Impedanz nach der Formel Zx = s x 50. Das SWR kann aber maximal 1 werden und nicht kleiner. Bei Abweichungen von der System-Impedanzen von 50 Ohm ist das SWR stets größer 1. Ohne Vorwiderstand kann also mit der obigen Formel kein Wert unter 50 Ohm gemessen werden.

Mit dem Vorwiderstand ergibt sich bei idealem Abschluss jetzt ein Gesamtwert von 100 Ohm und damit ein SWR = 2. Wenn wir jetzt die obige Formel modifizieren und anwenden ergibt sich folgende Rechnung: Zx = (s x 50) -50. Wenn unser DUT also beispielsweise jetzt mit einem SWR von 1,9 gemessen wird sieht die Rechnung wie folgt aus: Zx = (1,9 x 50) -50 = 45 Ohm. Bei dieser Vorgehensweise können somit auch Impedanzen unter 50 Ohm gemessen werden.


50 Ohm Vorwiderstand für die Impedanz-Messung (SMD Selbstbaulösung)

Für SWR- und Impedanz-Messung sind die Qualität von Referenz-Widerstand, Messbrücke und Vorwiderstand von ausschlaggebender Bedeutung. Spart man hier, bekommt man keine verwertbaren Ergebnisse. Außer dem oben gezeigten Vorwiderstand gibt es, für höhere Frequenzen, noch ein Exemplar im gedrehten Messinggehäuse, ohne zusätzlichen Leiterbahnen.

Bandbreiten-Messung


Grafikdarstellung der Bandbreitendarstellung eines L-Band-Filters (hier 6dB)

Die Darstellung der 3dB, 6dB und 60dB Bandbreite kann per Auswahlbox gewählt werden. Die Bandbreite wird als farbiger Bereich dargestellt. Der Max-Wert und der dB-Wert der Bandbreite wird als Linie eingeblendet und die dazu gehörenden Werte an dieser Linie dargestellt. Zusätzlich wird noch die Kanal-Leistung (Channel-Power) dargestellt (in der Grafik unten rechts).


Grafikdarstellung mit schwarzem Hintergrund

Wer es angenehmer findet, mit einem dunklen Hintergrund zu arbeiten, kann auch das per Auswahlbox jederzeit ändern.

Ein LIVE-Trace kann auch dauerhaft abgespeichert und später, beispielsweise zum Vergleich, wieder geladen werden. Mit zwei Markern können Messungen am LIVE-Trace durchgeführt werden. Sehr gut finde ich, dass man diese Marker nicht nur per Mausklick setzt, sondern auch per Feldeingabe präzise auf eine Frequenz setzen kann. 

Math-Funktionen, Marker
Aus dem LIVE-Trace kann man auch jederzeit mit der MATH-Funktion einen MATH-Trace erzeugen.


Das Menü für die Math-Funktionen

Hat man einen Math-Trace erzeugt, so kann man diesen mit Hilfe von Markern vermessen. Hierbei können bis zu 10 Marker gesetzt werden. Um diese Marker auch auf den LIVE-Trace anzuwenden, kann man den LIVE-Trace einfach in einen MATH-Trace umwandeln (z.B. LIVE - 0dB). Die Marker werden dann am überlagerten Trace mit Frequenz und dBm Wert dargestellt.


Beispiel Marker Einsatz am LIVE/MATH-Trace 

Das Setzen der Marker geschieht einfach durch einen Klick mit der rechten Mouse-Taste auf den gewünschten Messpunkt. Nach dem 10. Klick wird wieder der 1. Marker gesetzt usw. Alle Marker können, mit dem CLR-Button, gemeinsam gelöscht werden. Das erscheint mir sehr praxisorientiert, weil sehr schnell zu handhaben.

Dateiexport
Ein
super Feature ist auch die Möglichkeit, einen beliebigen MATH-Trace in eine CSV-Datei zu schreiben. Damit hat man dann den gesamten Trace als Zahlenwerte vorliegen und kann die Datei - zur Weiterverarbeitung - z.B. in EXCEL importieren.


Verarbeitungsbeispiel in EXCEL

Kabellängen ermitteln
Zum Messen von Kabellängen gibt es eine Reflektometer Funktion. Hiermit können komfortabel Kabellängen bestimmt werden. Die Berechnung erledigt das Programm. Zum Messen von Kabellängen wird der Ausgang des NWT über ein T-Stück mit dem Eingang verbunden. An den Abzweig kommt das zu messende Kabel. Alternativ kann auch ein Rauschgenerator zur Speisung verwendet werden.


Anschluss des Prüflings (links) an den NWT4000

Das T-Stück sollte direkt am Eingang angebracht werden, um die Messung nicht zu verfälschen. Das zu prüfende Kabel muss am Ende offen oder kurzgeschlossen sein, damit eine Totalreflexion auftritt.


VNA-Oberfläche mit geöffneter Combo-Box für die Kabelauswahl

In den Messmenüs wird die Reflektometer Funktion ausgewählt und aktiviert. Dann wird der zu messende Kabel-Typ ausgewählt (Im Beispiel RG58/U). Der Frequenzbereich wird so eingestellt, dass zwei oder drei Resonanzpunkte sichtbar sind. Das klappt zwar auch mit beliebig vielen Punkten aber die Genauigkeit sinkt natürlich. Den Marker 1 setzt man nun auf einen Resonanzpunkt und den Marker 2 auf den darauf folgenden, fertig. Im Messmenü wird die Kabellänge angezeigt.  Umgekehrt kann man für ein unbekanntes Kabel den Verkürzungsfaktor ermitteln, wenn die Länge bekannt ist.  Marker 1 und 2 auf die Resonanzpunkte setzen und den VK (auch v/c) solange verändern, bis die gemessene Länge der tatsächlichen Länge entspricht.

Die Berechnung der Kabellänge wird wie folgt durchgeführt:

                  Lx = ((299,792458 / (M2 - M1)) * VK) / 2

Lx: unbekannte Kabellänge
299,792458: c   (Lichtgeschwindigkeit / 1000000 wegen der Berechnung in MHz)
M1, M2: Marker (Werte in MHz)
VK: Verkürzungsfaktor des Kabels (z.B. RG58 = 0,66)
2: Teiler für den Erhalt der einfachen Länge

Die Teilung durch 2 ist erforderlich, da die Berechnung ansonsten die gesamte Lauflänge - von der Einspeisung zum Ende der Leitung und wieder zurück zur Einspeisung - liefern würde. 

Auf diese Weise lassen sich auch Fehlerstellen bei eingebauten Kabeln ermitteln. Eine Reflexion tritt dann an der Fehlerstelle auf. Unter Umständen aber bei weitem nicht so ausgeprägt wie bei einer Totalreflexion.

Zusätzliche Funktionen
Eine Powermeter-Funktion, sowie eine VCO-Funktion sind auch vorhanden  und ein Sweep-Generator ist ebenfalls noch implementiert.

Das Programm bietet noch einige Features mehr, die ich aber nicht alle hier beschreiben möchte. Es gibt noch zusätzliche Funktionen für den Satelliten-Betrieb wie z.B. Satelliten-Erkennung, Einbindung eines GPS-Empfängers, Mailversand bei Trigger-Ereignissen usw.  Die Trace-Farben sind mittlerweile auch frei wählbar.

Auf der Webseite von Vitors Blog kann man sich zum aktuellen Stand informieren und auch das Handbuch mit einer detaillierten Beschreibung herunter laden. Mittlerweile gibt es auch ein Handbuch in deutscher Sprache. Vitor ist ständig mit Elan dabei, das Programm noch zu verbessern und zu erweitern.

Das Programm unterstützt Geräte mit ADF4350, ADF4351 oder MAX2870.

Weitere Funktionen