Automatyczny Tuner Antenowy Świat Radio lipiec 2014
Występuje 255 kombinacji w ośmiu bitach załączeń indukcyjności i 255 kombinacji w ośmiu bitach załączeń pojemności. Na podstawie napięć z głowicy pomiarowej daje się ocenić charakter impedancji zestawu antenowego i na tej podstawie załączyć odpowiednio gałąź pojemności przed lub za gałęzią indukcyjności.
W tunerze zastosowałem dobre przekaźniki monostabilne o napięciu cewki 12V, prądzie cewki 17mA, prądzie załączania 5A, czasie załączania 5ms i czasie rozłączania 3ms. Przekaźniki mają budowę kwalifikującą je do zastosowań w urządzeniach KF-w.cz. Zastosowałem, kondensatory mikowe o napięciu 500V, cewki na rdzeniach toroidalnych Amidon T68-2, drut Cu-0,9mm. Sterowaniem włączania przekaźników zajmuje się oprogramowany mikroprocesor ATMEGA8. Drugi mikroprocesor steruje włączaniem diod LED informujących o postępie procesu dostrajania. Wyświetlacz zawiera trzy linijki diod LED: załączania pojemności, załączania indukcyjności, linijkę aktualnego stanu dopasowania (poziomu SWR) oraz trzy diody LED informujące o impedancji zestawu antenowego (Za<50ohm, Za=50ohm, Za>50ohm). Proces dopasowania rozpoczyna się po wciśnięciu przycisku START.
Tuner antenowy dopasowuje impedancje w zakresie od 15ohm do 450ohm przy mocy do 120W. Czas dopasowania nie przekracza 6 sekund. Tuner wymaga sygnału w.cz. o mocy sterującej około 1W. Prąd zasilania waha się od 100mA do 250mA. Elementy układu zalutowałem na laminacie o wymiarach 16cm na 17cm od strony wytrawionych ścieżek (montaż powierzchniowy dla staruszków). Obudowę wykonałem ze skręcanych i klejonych profili aluminiowych. Wymiary: szerokość 17cm, długość 18cm, wysokość 3,5cm. Skuteczność dopasowania impedancji oraz szybkość działania tunera zależą głównie od algorytmu a co za tym idzie oprogramowania BASCOM mikroprocesora sterującego. Ciągle jeszcze wymyślam i testuję nowe algorytmy tak aby usprawnić działanie tunera.
W celu sprawdzenia działania tunera podłączyłem na wejście tunera antenowego sygnał z generatora KF o mocy wyjściowej 2W. Na wyjściu tunera, w miejsce anteny, dołączam oporność bezindukcyjną o przełączanej oporności: 22ohm, 50ohm, 100ohm, 180ohm, 360ohm, 470ohm. Oporności 50ohm odpowiada SWR=1, oporności 100ohm odpowiada SWR=2. Oporności 450ohm odpowiada SWR=9. Uważam jednak, że zestawu antenowego o tak wysokim SWR nie powinno się stosować.
Powyżej pokazałem sposób wykonania obudowy. Zastosowałem kształtki aluminiowe, które zostały sklejone klejem Poxipol i skręcone śrubami M3. Ścianka czołowa wykonana jest z naklejonej na aluminium płytki tekstolitowej o grubości 3mm. Obudowę szlifowałem na szlifierce taśmowej, malowałem farbą podkładową do aluminium i natryskowo czarnym, matowym lakierem spray.
Automatyczne tunery antenowe AAT (ang. Antenna Auto-Tuner, Automatic Antenna Tuner) stosuje się tam, gdzie konieczne jest automatyczne uzyskanie dopasowania przy zmieniających się warunkach: częstotliwości pracy i impedancji obciążenia nadajnika. Półautomatyczny tuner antenowy realizuje dopasowanie impedancji zestawu antenowego do wyjścia wzmacniacza mocy. Jeśli tuner antenowy jest przyłączony na wyjściu wzmacniacza to wzmacniacz ma bezpieczne warunki pracy przy minimalnych stratach mocy doprowadzonej do anteny. Układ wykonawczy to dwie gałęzie, indukcyjności i pojemności, o konfiguracji odwróconej litery L z pojemnością przełączaną na początek tunera antenowego czyli na TRX lub na koniec tunera antenowego czyli na antenę. Dopasowanie impedancji anteny i wyjścia wzmacniacza jest konieczne ze względu na optymalne przekazywanie mocy wyjściowej wzmacniacza do promiennika antenowego. Oczywiście po drodze jest jeszcze kabel antenowy, który dodatkowo zmienia warunki przenoszenia tej mocy.
Uproszczony układ głowicy pomiarowej automatycznego tunera antenowego.
1. Pomiar Vrev - napięcia fali odbitej .
2. Pomiar F - częstotliwości.
3. Pomiar Vfwd - napięcia fali padającej.
4. Pomiar Fazy - różnicy faz napięcia i prądu.
5. Pomiar Z - impedancji.
Układ wykonawczy to dwie gałęzie, indukcyjności i pojemności, o konfiguracji odwróconej litery L, z pojemnością przełączaną na początek tunera antenowego czyli na TRX lub na koniec tunera antenowego czyli na antenę.
Liczba zespolona opisuje zjawisko. Na wykresach wskazowych widać proces kompensacji składowej biernej indukcyjnej bądź pojemnoościowej. Kiedy wartość składowej biernej jest równa zero to mamy korzystny stan dopasowania, nie występują odbicia sygnału i tym samym straty są minimalne. Niestety taki stabilny stan utrzymuje się tylko dla stałych warunków antenowych i niezmieniającej się częstotliwości. W przypadku zmiany częstotliwości w obrębie nawet jednego pasma KF impedancje zmieniają swoje wartości znacząco. Rozpiętości tych zmian widać na przykładzie dość popularnych anten LW. Tuner zawiera głowicę z pomiarem napięcia pochodzącego od fali padającej i napięcia pochodzącego od fali odbitej. Te dwie wielkości wprowadzone do mikroprocesora z odpowiednim oprogramowaniem wpływają na pracę przekaźników załączających pojemności w gałęzi pojemności oraz indukcyjności w gałęzi indukcyjności.
Widok wnętrza tunera antenowego. Na dole widać układ Atmega8 sterujący przekaźnikami załączającymi indukcyjności i pojemności. Po lewej stronie widoczny układ Atmega8 sterujący diodami wskazującymi aktualne załączenia i poziom SWR. Powyżej zestaw ośmiu przekaźników załączających cewki i osiem przekaźników załączajacych kondensatory. Zastosowałem kondensatory mikowe, przekładkowe, Silver Mica. W górnej części obudowy, po prawej stronie widoczna jest głowica pomiarowa SWR włączona w linię antenową.
Zjawisko dopasowania impedancji zestawu antenowego (promiennika i kabla) do impedancji wyjściowej wzmacniacza najlepiej zobrazować za pomocą wykresów wskazowych i zapisu w postaci liczby zespolonej. Impedancję anteny można przedstawić jako złożenie oporności czysto czynnej anteny oraz oporności biernej indukcyjnej lub pojemnościowej. Dopasowanie polega na skompensowaniu oporności biernej do zera i dopasowaniu oporności czynnej do wartości 50ohm.
Jurek SQ7JHM
SQ7JHM
