- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -

Android для радиоинженера (и не только)

С того самого момента, когда я приобрел свой первый смартфон, работающий под ОС Android, я искал приложения под эту ОС, которые бы помогли мне делать несложные рабочие расчеты «на ладошке». Об одном из таких приложений и пойдет речь.

Android для радиоинженера (и не только) - 1

Вычислительная мощь современных смартфонов просто поражает. И мне очень хотелось применить эти вычислительные ресурсы для выполнения рабочих расчетов. Пусть несложных, но обязательно полезных и нужных.

Долгое время я бороздил просторы Google Play и других ресурсов в поисках инструмента, который бы удовлетворил мои запросы. И в какой-то момент времени поиски завершились успехом — я нашел RF & Microwave Toolbox [1]. Нужно отметить, что создателем этого замечательного приложения является разработчик СВЧ устройств ("rf and microwave circuit design [2]") поэтому в приложении реализованы действительно полезные и востребованные функции. Сам разработчик говорит о своем приложении следующее:

«This is the best and most advanced High frequency electronics toolbox for Microwave designers, RF professionals, EMC technicians, radio-amateur, students, astronomer and electronic hobbyists.»

Т.е. аудитория достаточно широкая и это не только радиоинженеры, но и радиолюбители, технические специалисты в области ЭМС, студенты, астрономы и те люди, для которых радиоэлектроника — это хобби.

Интерфейс приложения выглядит достаточно лаконично, представляя собой плитку, каждый «кирпичик» которой ведет к отдельному «калькулятору» (вычислению или инструменту — «tool»). На экране моего смартфона умещается три странички с набором «калькуляторов»:

Android для радиоинженера (и не только) - 2
страница 1

Android для радиоинженера (и не только) - 3
страница 2

Android для радиоинженера (и не только) - 4
страница 3

На каждой страничке около 30 различных инструментов, на трех — почти 90! Поэтому я не буду рассказывать о каждом инструменте отдельно, а расскажу только о тех, которыми сам часто пользуюсь. Остальные вы сможете изучить сами.

Давайте посмотрим, что же тут есть…

1. Mismatch Error Limits — разброс, связанный с ошибкой рассогласования.

Android для радиоинженера (и не только) - 5

Вводится КСВН [3] источника и нагрузки в указанном сечении и рассчитываются максимальный и минимальный КСВН в линии, а также ряд сопутствующих характеристик (возвратные потери, амплитудная и фазовая ошибки).

2. Reflectometer — рефлектометр [4] (на иконке VSWR).

Android для радиоинженера (и не только) - 6

Поле ввода можно выбрать в левой колонке. В примере на картинке выбрано поле VSWR (=2) и проведен расчет:
Return Loss [5] — возвратных потерь (модуль S11 в dB);
Mismatch loss [6] — потерь на рассогласование (видно, что только из-за рассогласования потери составляют 0,5 dB);
• Reflected Power — отраженная мощность (видно, что при КСВН=2 в «обратку» отражается более 10% полезной мощности).
Ниже приведены значения коэффициента отражения (Г — модуль и фаза, действительная и мнимая часть), нагрузки и проводимости.

3. Power and Voltage Converter — пересчет из единиц мощности в единицы напряжения и тока, а также обратно.

Android для радиоинженера (и не только) - 7

На представленном изображении выполнен пересчет из логарифмических единиц мощности (dBm). Нужно помнить, что по умолчанию расчет делается для сопротивления 50 Ом.

4. Wavelength — расчет длины волны.

Android для радиоинженера (и не только) - 8

Выполняется для заданных частоты и параметров среды (определяется значением относительной диэлектрической константы εr). На выходе — длина волны и ее доли (1/2, 1/4, 1/8, 1/10), скорость распространения ЭМВ в среде (v) и длительность периода колебаний (τ).
Забыл сказать, что у каждого расчета есть своя справка (знак вопроса в правом верхнем углу экрана), где можно посмотреть по каким формулам выполнен расчет, как правильно пользоваться «калькулятором».

Android для радиоинженера (и не только) - 9

При необходимости, можно сохранить сделанный расчет как шаблон, чтобы потом можно было быстро к нему вернуться.

Android для радиоинженера (и не только) - 10

5. Patch Antenna — планарная «патч» антенна (имеется ввиду микрополосковая прямоугольная патч-антенна со схемой питания «inset feed» [7]).

Android для радиоинженера (и не только) - 11

Не иначе, этот расчет появился для тех, кто занимается разработкой планарных антенных решеток для абонентских терминалов сетей 5G :) Хотя… прямоугольная патч-антенна находит применение во многих антенных решениях — от систем связи и передачи данных различных диапазонов частот до автомобильных радаров (24 и 77 ГГц). Как в одиночном виде, так и в виде массивов (решеток).
Помимо расчета патч-антенны есть еще справочник по наиболее популярным материалам для печатных плат ( в т.ч. Rogers [8]).

Android для радиоинженера (и не только) - 12

Это очень удобно, т.к. не надо запоминать эти данные или искать их где-то. Просто ткнул в список и выбрал наиболее подходящий материал.

Конечно, диаграмму направленности (ДН) этот tool не считает. Но если вам интересно, какая ДН у такой антенны, можете посмотреть, например, вот тут [9].

6. IP3 — расчет «точки пересечения 3-го порядка» (или определение уровня интермодуляционных искажений [10] 3-го порядка).

Android для радиоинженера (и не только) - 13

Честно скажу, что тут я все время путаюсь, т.к. практическое значение величины IP3 от меня все время ускользает. Мне проще оперировать именно уровнем интермодуляционных искажений 3-го порядка (IMD 3). Но в зарубежной технической литературе, как правило, приводят именно IP3. И поэтому такой инструмент для меня — просто находка, т.к. на «ладошке», не отходя так сказать от кассы, можно сразу прикинуть уровень IMD 3-го порядка на выходе активной (нелинейной [11]) схемы. Для ВЧ-тракта это важный показатель, который обговаривается в техническом задании (ТЗ).

7. Radar Cross Section (RCS [12]) — эффективная поверхность (или площадь) рассеяния (ЭПР [13]).

Android для радиоинженера (и не только) - 14

На картинке выше показан пример расчета ЭПР для тэтраэдрального отражательного уголка с длиной стороны L. Подобные уголки используются для тестирования прототипов радарных установок, когда необходима тестовая «цель» с заданной величиной ЭПР. И насколько я понимаю, автор и создатель RF and Microwave ToolBox тоже столкнулся с этой задачей :)
Помимо тэтраэдра есть и другие конфигурации уголков, а еще есть сфера, цилиндр и плоский отражатель (flat plate).

8. Microstrip Line — расчет волнового сопротивления [14] (импеданса [15]) микрополосковой линии [16] (несимметричной полосковой линии).

Android для радиоинженера (и не только) - 15

Это задача, с которой сталкиваются все, кто занимается разработкой устройств, выполняющихся по технологии печатных плат. Не только в диапазоне ВЧ или СВЧ, но и на более низких частотах. Есть два режима расчета — синтез и анализ. Т.е. можно задать необходимый импеданс и данные подложки, чтобы получить геометрию требуемой линии. А можно проанализировать имеющуюся геометрию линии и получить значение импеданса для этой линии.

Android для радиоинженера (и не только) - 16

Тут тоже есть встроенный справочник наиболее популярных материалов для печатных плат (ПП)

Android для радиоинженера (и не только) - 17

А еще есть справочник основных проводников: медь, золото и серебро, т.е. тех материалов, которые широко применяются при изготовлении ПП.

9. Skin Depth [17]Скин-эффект [18] (точнее, глубина скин-эффекта).

Android для радиоинженера (и не только) - 18

Идея проста — чем выше частота, тем ближе к поверхности проводника токи. А чтобы понять, на какую глубину проникают ВЧ токи, и создан этот калькулятор.

10. Couplers and Transformers — это целый раздел, посвященный ответвителям [19], делителям [20] и трансформаторам [21] (преобразователям), в т.ч. и балунам [22] (balun).

Android для радиоинженера (и не только) - 19

По этому разделу можно написать целый цикл книг и статей с пояснениями и расчетами :) Поэтому приведу только пару примеров.

Wilkinson Divider [23] — делитель Вилкинсона (Уилкинсона) или кольцевой делитель мощности [20].

Android для радиоинженера (и не только) - 20

Такая схема делителя широко применяется во многих приложениях и является очень популярной.

Microstrip coupled line directional coupler [24]направленный ответвитель [25] на связанных микрополосковых линиях.

Android для радиоинженера (и не только) - 21

Это уже не просто делитель, а направленный ответвитель на связанных микрополосковых линиях (длина связанных линий около 1/4 длины волны). Т.е. ответвляет некоторую часть сигнала, проходящего по линии передачи в определенном направлении. Может применяться, например, для детектирования наличия сигнала и определения его уровня. Устройство, вроде бы, простое, но существует такое количество модификаций и применений, что можно целую книгу написать.

На этом я закончу рассказ о разделе Couplers and Transformers. Если будет интересно, проведите свое собственно расследование.

11. TRL CalKit (Calibration Kit [26]) — расчет калибровочных мер для стандарта TRL [27].
Расчет может проводится для микрополосковых линий [16] (microstrip line), полосковых линий (stripline [28]), копланарного волновода (CPW [29]) и копланарного волновода с «земляным полигоном» (GCPW).

Android для радиоинженера (и не только) - 22

Вещь это достаточно специфическая, но необходимая для всех, кто занимается разработкой планарных СВЧ устройств (или устройств, монтируемых, на печатную плату в СВЧ тракт) с последующей их характеризацией [30] с помощью векторного анализатора цепей [31] (ВАЦ).
Если интересно, то вот немного информации по TRL калибровке [32].

12. Power (dBm) add calculator — калькулятор, который позволяет рассчитывать результирующую мощность нескольких сигналов (до четырех) с учетом фаз.

Android для радиоинженера (и не только) - 23

Удобство в том, что можно складывать уровни, выраженные в dBm. Т.е. не нужно заниматься переводом из логарифмических единиц в линейные и обратно. Опять же, удобно, когда можно учесть влияние фазы на результирующее значение уровня сигнала.

13. PI and TI Attenuators — расчет «П» и «Т»-секций аттенюаторов [33].

Android для радиоинженера (и не только) - 24

«П» и «Т»-секции аттенюаторов используются как для проектирования фиксированных аттенюаторов, так и перестраиваемых. Могут использоваться по отдельности или в составе достаточно сложных схем (например, в цифровых перестраиваемых аттенюаторах или системах АРУ [34]).

И это только небольшая часть тех инструментов, которые присутствуют в RF and Microwave Toolbox.

Отмечу, что этим приложением я пользуюсь уже несколько лет. И все эти годы приложение развивается, в нем появляются новые функции и возможности.
Помимо полной версии RF & Microwave Toolbox [1], которая является платной, существует еще версия RF & Microwave Toolbox Lite [35] — ознакомительная версия с небольшим набором функций. Возможно, кому-то хватит «легкого» функционала. Если же нужен только какой-то один инструмент, а не весь toolbox, то можно выбрать из большого набора утилит [36], большинство из которых является бесплатными.

P.S. Уважаемые читатели, спасибо вам за внимание!
Буду благодарен вам за комментарии к посту и ссылки на аналогичные инструменты, которыми вы пользуетесь. Если обозначенная тема вам интересна, поставьте галочку в опросе или оставьте комментарий к публикации. Обратная связь позволит мне понять стоит ли писать о других инструментах.

Автор: Steve_R

Источник [37]


Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/smartfon/330726

Ссылки в тексте:

[1] RF & Microwave Toolbox: https://play.google.com/store/apps/details?id=mwave.mwcalculator_pro

[2] rf and microwave circuit design: http://www.mwave-design.nl/joomla/

[3] КСВН: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D1%87%D0%B5%D0%B9_%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%8B

[4] рефлектометр: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D1%84%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%BA%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%B9

[5] Return Loss: https://en.wikipedia.org/wiki/Return_loss

[6] Mismatch loss: https://en.wikipedia.org/wiki/Mismatch_loss

[7] микрополосковая прямоугольная патч-антенна со схемой питания «inset feed»: http://www.antenna-theory.com/antennas/patches/patch3.php

[8] Rogers: http://www.rogerscorp.com

[9] тут: https://pdfs.semanticscholar.org/e080/1f86547816a99848aa034c11f8788c21f265.pdf

[10] интермодуляционных искажений: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F

[11] нелинейной: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%86%D0%B5%D0%BF%D1%8C#%D0%9B%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B8_%D0%BD%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%86%D0%B5%D0%BF%D0%B8

[12] RCS: https://en.wikipedia.org/wiki/Radar_cross-section

[13] ЭПР: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%89%D0%B0%D0%B4%D1%8C_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B5%D1%8F%D0%BD%D0%B8%D1%8F

[14] волнового сопротивления: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5#%D0%92_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B5

[15] импеданса: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D1%81

[16] микрополосковой линии: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%8F

[17] Skin Depth: https://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect

[18] Скин-эффект: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD-%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82

[19] ответвителям: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BE%D1%82%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C

[20] делителям: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8

[21] трансформаторам: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80

[22] балунам: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BB%D1%83%D0%BD

[23] Wilkinson Divider: https://en.wikipedia.org/wiki/Wilkinson_power_divider

[24] Microstrip coupled line directional coupler: https://www.microwaves101.com/encyclopedias/coupled-line-couplers

[25] направленный ответвитель: https://vunivere.ru/work42801/page5

[26] Calibration Kit: http://na.support.keysight.com/pna/help/latest/S3_Cals/Calibration_Standards.htm

[27] TRL: https://www.microwaves101.com/encyclopedias/trl-calibration

[28] stripline: https://en.wikipedia.org/wiki/Stripline

[29] CPW: https://en.wikipedia.org/wiki/Coplanar_waveguide

[30] характеризацией: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2_%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC

[31] векторного анализатора цепей: http://www.tehencom.com/Categories/Network_Analyzers/Basics/Network_Analyzers_Basics.htm

[32] немного информации по TRL калибровке: http://na.support.keysight.com/pna/help/latest/S3_Cals/TRL_Calibration.htm

[33] аттенюаторов: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%8E%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80

[34] системах АРУ: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0_%D1%83%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

[35] RF & Microwave Toolbox Lite: https://play.google.com/store/apps/details?id=mwave.mcalculator

[36] выбрать из большого набора утилит: https://play.google.com/store/apps/developer?id=android-design.nl

[37] Источник: https://habr.com/ru/post/467877/?utm_campaign=467877&utm_source=habrahabr&utm_medium=rss