УКВ портал Южного Федерального Округа

\главная\р.л. конструкции\трансиверы\...

Полуавтоматический антенный тюнер (ES4MF)

Кому из радиолюбителей не хотелось выйти в эфир на природе или просто с автомобильной стоянки. Хорошо, если у Вас солидный, фирменный аппарат с автоматическим антенным тюнером, а что делать если его нет, и нет возможности развернуть полноразмерную антенну. Периодическая замена выходных транзисторов передатчика неизбежна. Очевидно, что необходимо использовать согласующее устройство. Но даже, если вы используете антенный тюнер, то вряд ли вызывает восторг необходимость постоянного вращения ручек КПЕ и переменной индуктивности(КПИ), да еще и щелканье дюжиной переключателей при переходе с диапазона на диапазон и с антенны на антенну.

Для того, чтобы избежать рутинной, ручной настройки, я использовал FLASH память, которая есть внутри почти любой современной однокристальной микро-эвм, например PIC16F84. Её низкая стоимость и доступность документации по программированию упрощают задачу. Образование КПЕ и КПИ, которыми можно управлять контроллером с возможностью хранения в памяти заданных положений – это следующий этап.

Из предыстории : мной был опробован вариант с использованием варактора и обычного КПЕ, управляемых шаговыми двигателями. Из-за необходимости введения датчиков нулевых положений вращающихся элементов, сложной механики, и необходимости использования безлюфтового редуктора для КПЕ, пришлось от этого способа отказаться. Для формирования переменного конденсатора и переменной индуктивности использован двоичный метод. Восемь конденсаторов емкостью 4,8,16,32,64,128,256,512пф , переключаемых по двоичному методу, образуют КПЕ от 4 до 1024 пф с шагом 4 пф. Этого достаточно для согласования на любом диапазоне. Аналогично с переменной индуктивностью. Изменяя разрядность и емкость шага, можно получить КПЕ и КПИ, меняющиеся в практически любом диапазоне и с любой точностью. Использование безконтактных коммутаторов, например PiN – диодов, весьма проблематично из-за больших реактивных мощностей в цепях коммутации. К тому же, как известно, любой диод является источником (скорее генератором) шума и нелинейности. При использовании диодных коммутаторов необходимо использовать фильтрующие элементы после коммутации для нормализации спектральной чистоты сигнала, а антенна, не всегда имеющая резонанс даже вблизи рабочей частоты, таковым элементом не является… Поэтому, а так же по экономическим соображениям, для коммутации использованы реле. В зависимости от мощности необходимо лишь правильно выбрать конструкцию реле, конденсаторов и катушек индуктивности (при мощности до 60 ватт мне хватило РЭС49). Конденсаторы коммутируются нормально разомкнутыми контактами реле, а катушки - нормально замкнутыми. Плюс, одно реле управляет положением КПЕ в схеме согласования, и еще одно - обходом тюнера. Обход тюнера автоматически устанавливается при выключении питания. Если теперь записать в ПЗУ эквивалентные двоичные коды емкости, индуктивности и код режима работы, то при смене диапазона все настроенные на каждом диапазоне значения будут восстанавливаться автоматически.

Тюнер состоит из двух блоков - блока управления и релейного блока. Общая схема согласования:

Блок управления выполнен по схеме:

Подробнее

В качестве контроллера применена PIC16F84, расширители портов 561ир2 или cd4015. Буферные элементы 155лн5, которых достаточно для управления большинством реле на 12v.

Предусмотрено еще одно реле для переключения микроамперметра с измерителя КСВ на измеритель тока антенны(“ind.-dir.”). Цепь “L-rele” обесточивает все реле на период переключения портов, и на это же время подается напряжение 12V через резистор R26-2.2к в цепь ALC передатчика, снижая выходную мощность последнего до минимума. Это обеспечивает безопасный режим переключения реле, как с точки зрения выходных транзисторов передатчика, так и с точки зрения контактов реле, которые нельзя коммутировать под ВЧ напряжением. С цифровых индикаторов также снимается питание на время смены информации для устранения сбоев в регистрах и засветки индикации. На индикаторах отображается частота выбранного диапазона в мегагерцах или состояния программирования (подробнее по тексту). Контроллер содержит четыре кнопки управления, которыми переключаются диапазоны и индикатор с ксв-метра на измеритель тока антенны, а так же управление программированием. Релейный блок выполнен по схеме:

Подробнее

КПЕ и КПИ выполнены на 16-ти реле, 8-и конденсаторах и 8-и катушках индуктивности. Тюнер удобно укомплектовать автоматическим КСВ-метром и измерителем тока антенны с автоматическим переключением диапазонов, выполненном по схеме.

Подробнее

Информация о токе в антенне и ксв хорошо смотрится на пиковых светодиодных индикаторах, а стрелочный индикатор удобно иметь только один и переключать его или на ксв, или на ток антенны для более точного измерения. Схема автоматического КСВ-метра придумана не мной,а просто адаптирована к моей конструкции. Пиковые индикаторы выполнены на счетверенных компараторах. Индикатор тока в антенне имеет пять поддиапазонов измерения. При переходе на каждый следующий поддиапазон измерения, стрелка индикатора возвращается на нулевое положение и зажигается очередной сегмент пикового индикатора переключая резистивный делитель в цепи стрелочного индикатора и обеспечивая тем самым требуемую чувствительность миллиамперметра к измеряемому току в антенне.

Катушка переменной индуктивности выполнена на фторопластовом каркасе размерами 140х10х30мм. Восемь секций намотаны в один ряд с 9-ю выводами проводом пэл 1.5.Секция младшего разряда имеет два витка и каждая следующая секция в 1.41 раза больше (индуктивность при этом увеличивается в два раза):

  

К особенностям конструкции целесообразно отнести следующее:

Самое главное - необходимо правильно выбрать конструкцию реле. Они должны быть предназначенными для коммутации ВЧ сигналов, иметь герметичное исполнение и требуемую мощность контактов. При использовании незнакомых реле, лучше вскрыть одну из них и проанализировать конструкцию. Особо важно, чтобы переключаемый контакт не имел гальванической связи с якорем реле (это часто бывает в низкочастотных реле).Для мощности 50-60 ватт достаточно РЭС49, при мощности до 100-150 ватт можно порекомендовать РЭС47. Хотя пригодны к использованию и другие реле, важно, чтобы они отвечали описанным выше требованиям. Реле обхода и реле переключения КПЕ имеют двойные переключаемые контакты. В реле переключения КПЕ, для уменьшения потерь, обе группы контактов включены параллельно. В остальном к этим реле предъявляются вышеописанные требования. При выборе конденсаторов, образующих КПЕ, необходимо учитывать мощность согласуемого выходного каскада передатчика. При малых мощностях, 50-60 Ватт, приемлемы конденсаторы типа КД1 и КМ2…КМ5. При этом желательно каждый конденсатор собрать из двух – трёх одинаковых в параллельном включении, для увеличения реактивной мощности и уменьшения индуктивности рассеяния последних. При мощности 100-150 ватт целесообразно использовать конденсаторы типа КСО. Если проводники ВЧ сигнала выполняются печатным монтажом, то их необходимо делать не уже 5 мм, и при этом желательно усилить медной шиной, такой же ширины, запаянной поверх дорожек. Это весьма ощутимо на частотах выше 10 mHz. В остальном необходимо учитывать общие требования, предъявляемые к монтажу ВЧ аппаратуры. Кварцевый резонатор в блоке управления может быть на любую частоту, которая входит в рабочий диапазон контроллера(обычно 1..5 mHz). Динамик в блоке управления любой малогабаритный сопротивлением 8…32 ом.

Естественно, какая бы не была прекрасной конструкция устройства, но если к ней не прилагается программное обеспечение, то такое устройство сто лет ни кому не надо (очень многие об зтом забывают, публикуя голые схемы). Я прилагаю две версии внутреннего пзу: tuner.bin и tuner_1.bin. Первая версия предназначена для использования реле, коммутирующих секции КПИ, с нормально замкнутыми контактами (т.е. при подаче напряжения на катушку этих реле, их контакты размыкаются). Вторая версия - для нормально разомкнутых контактов реле, управляющих КПИ (при подаче напряжения на катушку этих реле, их контакты замыкаются). Конфигурационное слово для программирования PIC16F84 – 3FFA.Схем программаторов в Интернете очень много (я пользуюсь TURBO v.6), поэтому на этом вопросе не останавливаюсь.

Настройка: В блоке управления подбора требует резистор R12.Лучше поступить следующим образом: между цепью +12 и входом ALC Вашего передатчика включить переменный резистор 5-10 Ком. Включить передачу и вращением этого резистора добиться минимальной мощности передатчика и затем заменить его постоянным R12.Если сопротивление этого резистора получилось менее 300ом, - транзистор VT4 блока управления необходимо установить более мощный, например КТ829, и мощность рассеяния резистора R12 увеличить до 0.5 – 1 ватта. Релейный блок в настройке не нуждается. В блоке измерительной автоматики резистором R28 балансируют измерительный мост ксв-метра, резистором R5 совмещают диапазон измерения светодиодного пикового индикатор со значением ксв, а резистором R1 совмещают диапазон показаний стрелочного индикатора и значения ксв. В автоматическом измерителе тока в антенне необходимо отрегулировать R34 до совмещения максимального положения стрелки микроамперметра и момента переключения на следующий диапазон измерения. Возможно при использовании микроамперметра с током полного отклонения стрелки выше 1 мА, потребуется подбор резисторов, отмеченных (*), для точности переключения поддиапазонов измерения тока в антенне. Максимальное напряжение с датчика тока в антенне не должно превышать Uпит минус 0.5V, в нашем случае – 8.5V. Регулировать его можно количеством витков трансформатора тока L4 или подбором резистора R61. Но не стоит выбирать этот резистор сопротивлением более 300ом, т.к. появится возможность резонанса L4, приводящая к резкой нелинейности датчика тока .

Эксплуатация: В нормальном режиме цифровые индикаторы отображают мегагерцы выбранного диапазона, включая WARC, который выбирается кнопками 3 и 4. При включении питания тюнера устанавливается диапазон 160м. Кнопка 3 – следующий, кнопка 4 – предыдущий. Кнопка 2 переключает стрелочный индикатор между КСВ и измерителем тока антенны. При переключении стрелочного индикатора, цифровые индикаторы в течение двух секунд формируют надписи SW или JA, а затем восстанавливается индикация выбранного диапазона.

Кнопка 1 служит для входа в режим программирования, при этом надо нажать сначала кнопку 1 и, удерживая ее, нажать кнопку 2 , и держать их вместе 2 сек до звукового сигнала и надписи Pr. После отпускания кнопок появится Сх, где (х)-число от 0 до F (шестнадцатеричная форма), соответствующее прочитанному из памяти эквивалентному значению КПЕ. Одному шагу изменения КПЕ соответствует 4 пф (4 –1024пф).

Итак, мы вошли в режим программирования. Для каждого диапазона предусмотрены три программируемые переменные. Кнопка 3 последовательно выбирает эти переменные, отображаемые цифровыми индикаторами с помощью символов Сх,Lх,Мх. Предусмотрен еще один символ - Wс, который не является программируемой переменной, но выбирается так же кнопкой 3. Этот символ индицирует готовность контроллера к записи информации в внутреннее пзу. Для С и L - (х) это считанное из внутреннего пзу цифровое эквивалентное значение в шестнадцатеричной форме(0-F). Причем отображается только старшая тетрада байта числа, то есть изменение на 1 соответствует 16 – шагам управления КПЕ или КПИ, этой точности индикации вполне достаточно для нормальной эксплуатации тюнера. Введение индикации младшей тетрады не оправдано ввиду усложнения визуального контроля за процессом программирования из за малого количества элементов индикации. Модификация переменных производится последовательными нажатиями кнопок 1 или 2. Кнопка 1 увеличивает значение переменной на 1, кнопка 2 уменьшает на 1.Для Мх (х) - это режим работы и отображается символами:

Первый символ отображает режим обхода (на этом диапазона тюнер не используется), второй и третий – тюнер включен, но с подключением КПЕ к одному или другому выводу КПИ. Выбор режима также кнопками 1 и 2.Wc – режим записи в внутреннее эппзу. Для запуска записи - нажать кнопку 2 и держать 2 сек до звукового сигнала и надписи Wо. Выход из программирования - кнопка 4, удерживаемая так же 2 сек. После выхода восстановится индикация мегагерц выбранного диапазона и установится состояние тюнера в соответствии с записью из пзу. Если в режиме программирования запись изменений не производилась, то восстановится состояние до программирования (очень удобно при экспериментировании). Из 64 ячеек внутреннего пзу контроллера используются 33: по три на каждый из 10 – ти диапазонов (1.8,3.5,7.0,10,14,18,21,24,28,29 mHz). Желательно установить перемычки для последующего программирования контроллера без выпайки.

На пример: мы хотим согласовать антенну(или другую нагрузку) на диапазоне 21mHz. Включаем питание тюнера. На индикаторе высвечивается 1.8, что соответствует включению тюнера на 160 – ти метровом диапазоне в режиме, соответствующем прочитанным из пзу данным (если пзу на зтом диапазоне не программировалось, то установка тюнера будет не определённой). Устанавливаем последовательным нажатием кнопки 3 диапазон 21 mHz. Затем нажимаем кнопку 1 и не отпуская её нажимаем кнопку 2. Через примерно 2 сек на индикаторах появится надпись Pr. Отпускаем все кнопки. Индикация сменилась на Cх, где х – прочитанное эквивалентное значение КПЕ (см. выше). Последовательным нажимаем кнопки 3 доходим до появления индикации (Мх). Кнопкой 1 выбираем , например верхний сегмент. Последовательным нажатием кнопки 3, переходим к Lx и выбираем кнопками 1 и 2 значение индуктивности. Теперь нажатием кнопки 3 переходим к Сх и также, кнопками 1 и 2 выбираем значение емкости. Если согласование не улучшается, то кнопкой 3 возвращаемся к Мх (режим) и меняем направление подключения КПЕ к КПИ кнопкой 1, при этом загорится нижний сегмент, и повторяем процесс подбора КПЕ и КПИ до получения приемлемого результата. Процесс согласования контролируется пиковыми и стрелочным индикатором(в режиме программирования стрелочный индикатор не переключается, эта кнопка имеет другую функцию, а сохраняет состояние, которое было до входа в режим программирования). Если получается, что согласование не требуется то в Мх устанавливаем только средний сегмент (режим обхода – тюнер не используется) кнопками 1 или 2 (причем кнопка 2 сразу включает этот режим, а кнопка 1 с переключением вариантов по кольцу). Таким образом осталось записать в память то, что мы настроили. Последовательным нажатием кнопки 3 доходим до индикации Wc , нажимаем кнопку 2 и держим ее до смены индикации(подробнее см. ваше). Запись закончена и мы выходим из режима программирования кнопкой 4, удерживая ее 2 сек. На индикаторах вновь высветилось 21 и тюнер готов к работе на этом диапазоне. Внимание! Если в режиме программирование на этапе Wc, кнопка 2 не удерживалась 2 сек, точнее если символ Wо на индикаторах не появился, то запись в память не произвелась, и после выхода из режима программирования, состояние тюнера останется первоначальным.

В заключение хочется отметить, что применяя тюнер даже в стационарных условиях с диполем на 40м диапазон, удалось полностью отказаться от усилителя мощности на вч диапазонах для повседневных связей. Засчет правильного согласования, например, на 10м, рапорт корреспондента изменился с 56 до 59плюс10. При этом значительно упала температура выходных транзисторов передатчика. Конечно, эта конструкция не исчерпывает себя на этом. Данной статьёй я подчеркиваю лишь идею применения описанных КПЕ и КПИ с возможностью управления последними цифровым путем.

Со всем вопросами обращайтесь по email.

С наилучшими пожеланиями, Андрей Семичев (ES4MF),
Кохтла-Ярве, Эстония. Email ES4RMH@ESTPAK.EE 73!!!

Возврат