Пробник ближнего поля (near field probe) в сущности представляет собой небольшую антенку, подключаемую к анализатору спектра или SDR-приемнику. Водя пробником над платой некого устройства, можно найти компоненты, излучающие на той или иной частоте. Различают пробники E-поля и H-поля, в зависимости от того, к какой составляющей элекромагнитной волны, электрической или магнитной, пробник более чувствителен.
Многие производители предлагают готовые пробники, например, Rigol NFP-3, Tektronix Tekbox TBPS01, и другие. Но цены на такие изделия довольно безумны, в районе 600-1000$. Оказывается, что сделать пробники ближнего поля не сложно и самому. Соответствующие инструкции можно найти в книге Hands-On Radio Experiments, Volume 3 за авторством Ward Silver, NØAX. David Jones на YouTube-канале EEVBlog наглядно показывает ( видео один , видео два ) как изготовить пробники, а также что они ничем не уступают покупным. Было решено попробовать следовать данным инструкциям и посмотреть, что из этого выйдет.
Использовались материалы общей стоимостью около 10$:
- Полужесткий кабель RG402 длиной 30 см, обжатый под SMA ;
- Недорогой широкополосный (0.1-2000 Mhz) LNA на 30 дБ ;
- Ферритовые защелки на кабель ;
Кабель был разрезан посередине. Из одной половины был сделан пробник E-поля. Для этого просто снимаем около 6 мм экрана, и еще на 6 мм ниже одеваем ферритовую защелку. Пробник работает, как вертикальный диполь . Для изготовления пробника H-поля замеряем диаметр кабеля и сколько получилось, столько и снимаем экрана. Затем загибаем кабель в петлю диаметром 19-50 мм и припаиваем жилу кабеля к оплетке. Ниже места пайки одеваем ферритовую защелку. Пробник работает, как приемная магнитная рамка . Так как экран кабеля не изолирован и может случайно что-то закоротить на плате, пробники я запек в термоусадку, а оставшиеся отверстия залил эпоксидным клеем.
Вот что получилось в итоге:
Так как сигналы, принимаемые пробниками, довольно слабы, да еще и затухают в коаксиальном кабеле , пробники имеет смысл использовать совместно с low noise amplifier, LNA (малошумящий усилитель, МШУ). Было решено проверить АЧХ использованного LNA на анализаторе спектра:
Здесь показана АЧХ при питании от 12 В. LNA работает без особых нареканий, АХЧ более или менее соответствует описанию товара.
Fun fact! LNA имеет маркировку «NO2», что делает его подозрительно похожим на INA-02184 / INA-02186 ( даташит [PDF] ).
Итак, пришло время проверить наши пробники:
Здесь был использован пробник H-поля. Перед нами интервал частот от 1.5 МГц до 30 МГц. Желтый график показывает уровень фонового шума. Пурпурный график — это излучение Raspberry Pi , детектируемое пробником при поднесении его к устройству. Как можно видеть, устройство достаточно сильно излучает на КВ. Это может быть проблемой для радиолюбителя-коротковолновика, особенно если Raspberry Pi постоянно работает дома в качестве Wi-Fi роутера или используется для работы в цифровых видах связи при выездах на природу.
Отмечу, что малинка излучает не только на коротких волнах, а также не является единственным возможным источником QRM. Например, однажды я обнаружил, что недорогой роутер под управлением OpenWrt GL.iNet GL-AR150 является источником сильнейшей помехи в диапазоне 80 метров. Просто переместив его подальше от трансивера уровень шума удалось снизить с S9 до S5. Также я замечал, что при подключении адаптера Moonfish Multiport Type-C к MacBook резко увеличивается уровня шума в диапазоне 2 метра . Еще одним сильным источником QRM, особенно на УКВ, оказался импульсный повышающий преобразователь напряжения MT3608.
Замечательное видео по основам использования пробников ближнего поля Basics of Near Field RF Probes снял Alan Wolke, W2AEW. Если вам хочется посмотреть, как пробник ближнего поля может быть использован при починке электроники, рекомендую видео Teardown & Repair of an Agilent N5182A MXG 100kHz-3GHz Vector Signal Generator на YouTube-канале The Signal Path.