Menu English Ukrainian Russian Home

Бесплатная техническая библиотека для любителей и профессионалов Бесплатная техническая библиотека


Полуавтоматический антенный тюнер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны. Измерения, настройка, согласование

Комментарии к статье Комментарии к статье

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? Очевидно, что необходимо использовать согласующее устройство. Предлагаемый антенный тюнер снабжен памятью, которая обеспечивает удобство работы с ним.

При работе трансивера на несогласованную нагрузку периодическая замена выходных транзисторов передатчика неизбежна. Но даже, если вы используете антенный тюнер, то вряд ли вызывает восторг необходимость постоянного вращения ручек КПЕ и катушки 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 попытался создать устройство, которое могло бы запоминать установленные параметры на каждом диапазоне и возвращаться к ним в нужный момент. Коммутация конденсаторов и катушек - релейная, управление ими электронное и кнопками. Здесь важно заметить, что тюнер не может сам выбирать оптимальные значения емкости и индуктивности (это приходится делать вручную с помощью КСВ-метра), а только запоминает настройки для каждого диапазона. Именно поэтому он и назван полуавтоматическим.

В качестве элемента памяти использована FLASH память, которая есть внутри почти любой современной однокристальной микро-ЭВМ, например, PIC16F84. Ее низкая стоимость и доступность документации по программированию упрощают задачу.

На рис. 1 показана упрощенная схема согласующего устройства.

Полуавтоматический антенный тюнер

Для формирования переменного конденсатора и переменной индуктивности использован двоичный метод. Восемь конденсаторов емкостью, близкой к ряду 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 пФ, переключаемых по двоичному методу, образуют КПЕ от 4 до 1020 пФ с шагом 4 пФ. Этого достаточно для согласования на любом диапазоне. Аналогично и с переменной индуктивностью. Изменяя разрядность и емкость шага, можно получить КПЕ и КПИ, меняющиеся в практически любом диапазоне и с любой точностью.

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.

Использование бесконтактных коммутаторов, например, p-i-n диодов, весьма проблематично из-за большой мощности в цепях коммутации. К тому же, как известно, любой диод является источником (скорее генератором) шума и нелинейности. При использовании диодных коммутаторов необходимо использовать фильтрующие цепи для нормализации спектральной чистоты сигнала, а антенна, не всегда имеющая резонанс даже вблизи рабочей частоты, таковым элементом не является... Поэтому, а также 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 Вт мне хватило РЭС49).

Тюнер состоит из двух блоков - блока управления и релейного блока. Схема блока управления показана на рис. 2. В качестве контроллера (DD1) применен PIC16F84, расширители портов выполнены на регистрах DD2-DD5. Мощности буферных элементов (инверторы микросхем DD6-DD8) достаточно для управления большинством реле на 12 В.

Полуавтоматический антенный тюнер
(нажмите для увеличения)

Выход "Ind.-dir." предназначен для управления реле, которое переключает микроамперметр с измерителя КСВ на измеритель тока в антенне. Цепь "L-Rele" обесточивает все реле на время переключения портов, и на это же время подается напряжение 12 В через резистор R12 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.

На цифровых индикаторах HG1 и HG2 отображается частота выбранного диапазона в мегагерцах или символы в режиме программирования (об этом будет сказано ниже). На время смены информации питание с индикаторов снимается для устранения сбоев в регистрах и засветки индикации. Кнопками SB1-SB4 переключают диапазоны, режим индикатора (КСВ-метр/измеритель тока антенны), а также программируют тюнер.

Перемычки SA1 - SA4 предназначены для возможности программирования контроллера, впаянного в плату.

Схема релейного блока показана на рис. 3. Собственно тюнер выполнен на восьми конденсаторах и катушке индуктивности с отводами. Ими управляют 16 реле. Конденсаторы коммутируются нормально разомкнутыми контактами реле, а катушки - нормально замкнутыми. Плюс одно реле подключает КПЕ в ту или иную точку согласующего устройства, и еще одно - управляет обходом тюнера. Обход тюнера устанавливается автоматически при выключении питания.

Полуавтоматический антенный тюнер
(нажмите для увеличения)

Катушка индуктивности выполнена на фторопластовом каркасе размерами 140x10x30 мм. Восемь секций намотаны в один ряд с девятью выводами проводом ПЭЛ 1,5. Секция младшего разряда имеет два витка. Каждая следующая секция должна иметь число витков в 1,4 раза большее, чем предыдущая (индуктивность при этом увеличивается приблизительно в два раза). Из практических соображений числа витков секций катушки выбраны с округлением к половине витка от расчетных значений: 2; 3; 4; 5,5; 8; 11; 15,5; 22. Отвод от половинного витка выполняют через отверстие в фторопластовом каркасе. Отсчет витков следующей секции ведут от точки отвода.

К особенностям конструкции целесообразно отнести следующее. Самое главное - необходимо правильно выбрать реле. Они должны быть предназначены для коммутации ВЧ сигналов, иметь герметичное исполнение и требуемую мощность контактов. При использовании незнакомых реле лучше вскрыть одно 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 Вт достаточно РЭС49, при мощности до 100... 150 Вт можно порекомендовать РЭС47. Хотя пригодны к использованию и другие реле, важно, чтобы они отвечали описанным выше требованиям.

Реле обхода К19 и реле переключения КПЕ К17 имеют две группы переключаемых контактов. Обе группы контактов реле К17 включены параллельно для уменьшения потерь. В остальном к этим реле предъявляются вышеописанные требования. В авторском варианте применены реле М4-12Н.

При выборе конденсаторов, образующих КПЕ, необходимо учитывать мощность согласуемого выходного каскада передатчика. При малых мощностях (50. ..60 Вт) приемлемы конденсаторы КД-1 и КМ-2-КМ-5. При этом желательно каждый конденсатор собрать из двух-трех одинаковых в параллельном включении, для увеличения реактивной мощности и уменьшения индуктивности рассеяния последних. При мощности 100...150 Вт целесообразно использовать конденсаторы 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 актуально на частотах выше 10 МГц.

Кварцевый резонатор ZQ1 в блоке управления может быть на любую частоту, которая входит в рабочий диапазон контроллера (обычно 1...5 МГц). Динамическая головка ВА1 -любая малогабаритная сопротивлением 8...32 Ом.

Как бы ни была прекрасна конструкция устройства на микроконтроллере, но если к ней не прилагается программное обеспечение, то такое устройство сто лет никому не надо. Я прилагаю две версии прошивки: tuner.bin (tuner.hex) и tuner_1.bin (tuner_1.hex). 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.

Тюнер удобно укомплектовать автоматическим КСВ-метром и измерителем тока антенны с автоматическим переключением диапазонов (рис. 4).

Полуавтоматический антенный тюнер
(нажмите для увеличения)

Информация о токе в антенне и КСВ хорошо смотрится на шкальных светодиодных индикаторах, а стрелочный индикатор удобно иметь только один и переключать его или на КСВ, или на ток антенны для более точного измерения. Автоматический КСВ-метр разработан не мной, а просто адаптирован к моей конструкции. Подробную информацию о КСВ-метре можно получить на Интернет-странице < krasnodar.online.ru/hamradio/ un7gm _swr.htm>.

Индикатор тока в антенне имеет пять поддиапазонов измерения. При переходе на каждый следующий поддиапазон стрелка индикатора возвращается на нулевое положение и зажигается очередной сегмент шкального индикатора. Одновременно переключается резистивный делитель в цепи стрелочного индикатора, обеспечивая тем самым требуемую чувствительность миллиамперметра к измеряемому току в антенне.

При применении автоматического КСВ-метра реле К18 и индикатор РА1 в релейном блоке не нужны.

Трансформаторы тока КСВ-метра и измерителя антенного тока выполнены по традиционной методике на феррито-вых кольцах. Центральный проводник кабеля пропущен внутри кольца, токосъемные обмотки намотаны тороидально на кольце. L1, L2 -15+15 витков в два провода ПЭЛ 0,2 на кольце К7х4х2 из феррита 1000HH. Катушка L4 содержит 15 витков того же провода на таком же кольце. В остальном необходимо учитывать общие требования, предъявляемые к монтажу ВЧ аппаратуры Применение двух последовательно включенных резисторов (R37, R38 и др.) обусловлено конструктивными особенностями КСВ-метра.

Теперь перейдем к налаживанию. В блоке управления придется подобрать резистор R12. Лучше поступить следующим образом: между цепью +12 В и входом ALC вашего передатчика включить переменный резистор 5...10 кОм. Включить передачу, и вращением движка этого резистора добиться минимальной мощности передатчика. После этого заменить его постоянным. Если сопротивление этого резистора получилось менее 300 Ом, транзистор VT4 блока управления необходимо установить более мощный, например, КТ829А, а сам резистор R12 должен иметь мощность рассеяния 0,5...1 Вт.

Релейный блок в налаживании не нуждается. В автоматическом КСВ-метре резистором R28 балансируют измерительный мост. Резистором R5 совмещают диапазон измерения светодиодного шкального индикатора 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 РА1 и момента переключения на следующий поддиапазон измерения. Возможно использование миллиамперметра стоком полного отклонения стрелки отличным от 1 мА, при этом потребуется подбор резисторов, отмеченных звездочкой, для сохранения точности переключения поддиапазонов измерения тока в антенне.

Максимальное напряжение с датчика тока в антенне не должно превышать питающее минус 0,5 В, в нашем случае - 8,5 В. Регулировать его можно числом витков трансформатора тока L4 или подбором резистора R61. Но не стоит выбирать этот резистор сопротивлением более 300 Ом, так как появится возможность резонанса, приводящего к резкой нелинейности датчика тока.

Следует отметить, что если входное напряжение превысит уровень 8,5 В, транзистор VT1 перестанет выполнять функцию змиттерного повторителя. При этом резко снижается чувствительность, но показания продолжают изменяться. Это очень удобно: в случае непредвиденного выхода входного сигнала за выбранный диапазон измерения работоспособность автоматического измерителя тока в антенне сохраняется в достаточно большом диапазоне. Подбором резистора R55 можно добиться, чтобы этот момент наступал на последнем поддиапазоне измерения, желательно в первой трети шкалы микроамперметра, тогда оставшаяся часть шкалы становится следующим (пятым) диапазоном измерения, с очень высоким (до 30...40 В) пределом для входного напряжения. Визуально переход на этот поддиапазон происходит линейно, без скачков.

Эксплуатация. В нормальном режиме цифровые индикаторы отображают мегагерцы выбранного диапазона, включая WARC. Выбирают диапазон кнопками SB3 (следующий) и SB4 (предыдущий). При включении питания тюнера устанавливается диапазон 160 метров. Кнопка SB2 переключает стрелочный индикатор между КСВ и измерителем тока антенны. При этом цифровые индикаторы в течение двух секунд формируют надписи "SW" или 'JA", а затем восстанавливается индикация выбранного диапазона.

Кнопка SB1 служит для входа в режим программирования, при этом надо нажать сначала кнопку SB1 и, удерживая ее, нажать кнопку SB2, держать их вместе 2 с до звукового сигнала и надписи "Рr". После отпускания кнопок появится "Сх", где х - число от О до F (шестнадцатиричная форма), соответствующее прочитанному из памяти эквивалентному значению КПЕ. Одному шагу изменения КПЕ соответствует 4 пФ (4...1020 пФ).

Итак, мы вошли в режим программирования. Для каждого диапазона предусмотрены три программируемые переменные. Кнопка SB3 последовательно выбирает эти переменные, отображаемые цифровыми индикаторами с помощью символов Сх, Lx, Мх. Предусмотрен еще один параметр - Wc, который не является программируемой переменной, но выбирается такжв кнопкой SB3. Он индицирует готовность контроллера к записи информации в внутреннее ПЗУ Для Сх и Lx - это считанное из внутреннего ПЗУ цифровое эквивалентное значение в шестнадцатиричной форме (0-F). Причем отображается только старшая тетрада байта числа, т. е. изменение на единицу соответствует 16-ти 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 числа элементов индикации.

Модификация переменных производится последовательными нажатиями кнопок SB1 или SB2. Кнопка SB1 увеличивает значение переменной на 1, кнопка SB2 уменьшает на 1. Для Мх х - это режим работы и отображается символами: .

Первый символ отображает режим обхода (на этом диапазоне тюнер не используется), второй и третий - тюнер включен, КПЕ подключен к одному или другому выводу КПИ. Выбор режима осуществляется также кнопками SB1 и SB2.

Wc - режим записи в внутреннее ПЗУ Для записи нужно нажать кнопку SB2 и держать 2 с до звукового сигнала и надписи "Wo". Выход из программирования - кнопка SB4, ее также нужно удерживать 2 с. 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). Для каждого из десяти диапазонов (1,8; 3,5; 7; 10; 14; 18; 21; 24; 28; 29 МГц) используются по три ячейки внутреннего ПЗУ контроллера.

Рассмотрим пример. Допустим, мы хотим согласовать антенну (или другую нагрузку) на диапазоне 21 МГц. Включаем питание тюнера. На индикаторе высвечивается "1,8", что соответствует включению тюнера на 160-метровом диапазоне в режиме, соответствующем прочитанным из ПЗУ данным (если ПЗУ на этом диапазоне не программировалось, то установка тюнера будет неопределенной).

Устанавливаем последовательным нажатием кнопки SB3 диапазон 21 МГц. Затем нажимаем кнопку SB1 и, не отпуская ее, нажимаем кнопку SB2. Через примерно 2 с на индикаторах появится надпись "Рr". Отпускаем все кнопки. Индикация сменилась на Сх, где х - прочитанное эквивалентное значение КПЕ (см. выше). Последовательным нажатием кнопки SB3 доходим до появления индикации "Мх". Кнопкой SB1 выбираем, например, верхний сегмент. Нажатием кнопки SB3 переходим к Lx и выбираем кнопками SB1 и SB2 значение индуктивности.

Теперь нажатием кнопки SB3 переходим к Сх и кнопками SB1 и SB2 выбираем значение емкости. Если согласование не улучшается, то кнопкой SB3 возвращаемся к Мх (режим) и меняем точку подключения КПЕ к КПИ кнопкой SB1. При этом загорится нижний сегмент. Повторяем процесс подбора КПЕ и КПИ до получения приемлемого результата.

Процесс согласования контролируется шкальными и стрелочным индикаторами. В режиме программирования стрелочный индикатор не переключается (кнопка имеет другую функцию), а сохраняет состояние, которое было до входа в режим программирования. Если согласование не требуется, то в Мх устанавливаем кнопкой SB1 или SB2 только средний сегмент (режим обхода - тюнер не используется). Кнопка SB2 сразу включает этот режим, а кнопка SB1 переключает варианты по кольцу.

Теперь осталось записать в память то, что мы настроили. Последовательным нажатием кнопки SB3 доходим до индикации "Wc", нажимаем кнопку SB2 и держим ее до смены индикации (подробнее см. выше). Запись закончена, и мы выходим из режима программирования кнопкой SB4, удерживая ее 2 с. На индикаторах вновь высветилось "21", и тюнер готов к работе на этом диапазоне.

Внимание! Если в режиме программирования на этапе Wc кнопка SB2 не удерживалась 2 с, точнее если надпись "Wo" на индикаторах не появилась, то запись в память не произведена, и после выхода из режима программирования состояние тюнера останется первоначальным.

В заключение хочется отметить, что, применяя тюнер даже в стационарных условиях с диполем на диапазон 40 метров, удалось полностью отказаться от усилителя мощности на ВЧ диапазонах для повседневных связей. За счет правильного согласования, например, на 10 метрах, рапорт корреспондента изменился с 56 до 59 плюс 10. При этом значительно упала температура выходных транзисторов передатчика.

Файлы прошивки.

Автор: А.Семичев, ES4MF

Смотрите другие статьи раздела Антенны. Измерения, настройка, согласование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Использование Apple Vision Pro во время операций 16.03.2024

Медицинская команда больницы Кромвеля в Лондоне впервые применила Apple Vision Pro в ходе двух операций на позвоночнике. Это событие подтверждает потенциал гарнитуры в качестве медицинского инструмента, изменяющего подход к хирургической практике. Хотя сами врачи не использовали Vision Pro, операционная медсестра работала с виртуальной реальностью, используя очки во время подготовки и выполнения процедур. Гарнитура позволила просматривать виртуальные экраны в операционной, выбирать инструменты и следить за ходом операции. Программное обеспечение, разработанное компанией eXeX, специализирующейся на создании приложений на основе искусственного интеллекта для хирургии, существенно улучшило процесс оказания медицинской помощи пациентам. Использование Apple Vision Pro открывает новые возможности для разработки приложений в сфере здравоохранения, таких как клиническое образование, планирование операций, обучение и медицинская визуализация. Внедрение Apple Vision Pro в медицинскую пр ...>>

Хранение углерода в Северное море 16.03.2024

Министр энергетики Норвегии Терье Осланд объявил о запуске проекта Longship, нацеленного на создание центрального хранилища углекислого газа в Северном море. Этот амбициозный проект оценивается в $2,6 млрд и направлен на применение технологии CCS (углеродного захвата и хранения) для смягчения воздействия климатических изменений. Норвегия уже имеет опыт в области CCS благодаря успешным проектам Sleipner и Snohvit, и сейчас стремится увеличить объем углерода, запечатываемого под морским дном. План Longship предусматривает создание мощности по захвату и хранению 1,5 млн. тонн углерода ежегодно в течение 25 лет. Несмотря на позитивные перспективы, существуют опасения по поводу долгосрочных последствий такого хранения. Однако сторонники проекта утверждают, что морское хранение углерода имеет ряд преимуществ, включая минимальное воздействие на окружающую среду. Проект Longship осуществляется при участии компаний Equinor, Shell и TotalEnergies через совместное предприятие Northern Li ...>>

Выращены мини-органы из амниотической жидкости человека 15.03.2024

Международная команда ученых под руководством профессора Фань Сюлиня из Университета Чжэцзян разработала уникальный способ выращивания мини-органов из клеток, обнаруженных в амниотической жидкости человека. Этот значительный прорыв в медицине может привести к улучшению диагностики и лечения врожденных заболеваний. Органоиды, представляющие собой трехмерные клеточные структуры, имитирующие органы в меньшем масштабе, были выращены из клеток легких, почек и тонкого кишечника, найденных в амниотической жидкости. Этот метод открывает новые возможности для изучения различных состояний плода и может стать ключом к ранней диагностике и лечению врожденных дефектов. Хотя пока не проводились попытки использования этого метода в лечении, ученые надеются, что их исследования в будущем помогут бороться с серьезными врожденными заболеваниями, которые затрагивают миллионы новорожденных ежегодно. Этот прорыв может изменить практику медицинских вмешательств, позволяя диагностировать и лечить врожд ...>>

Случайная новость из Архива

Какое настроение у Интернета 06.11.2009

Группа математиков и психологов из университета штата Вермонт (США) изучила почти 2,5 миллиона англоязычных блогов в Интернете, разыскивая эмоционально заряженные слова, чтобы понять, какое настроение - оптимистическое или пессимистическое - преобладает в мировой сети. Разным словам приписывали условные баллы, от 1 (плохое настроение) до 9 (полная эйфория).

Оказалось, что с 2005 года рассчитанный таким способом общий балл настроения Интернета вырос примерно на 4%. Кроме того, на протяжении года найдены колебания этого показателя: на Рождество и на День святого Валентина настроение пользователей Интернета поднимается. День 4 ноября 2008 года, когда в США избрали президентом Барака Обаму, отмечен подъемом настроения, а смерть Майкла Джексона вызвала спад на три дня.

По возрасту самые счастливые пользователи Интернета относятся к группе 45-60 лет, а самые мрачные - подростки. Женские и мужские блоги не различаются по уровню оптимизма, но женщины обычно выражаются более эмоционально.

Другие интересные новости:

▪ Сенсорная клавиатура с Bluetooth

▪ Электромобили смогут питаться от кузовных панелей

▪ Гигиена от A до Z

▪ Ученые знают, как увеличить производительность компьютеров на 20%

▪ Интерактивное телевидение Hybridcast

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

 

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электропитание. Подборка статей

▪ статья С печатью власти на челе. Крылатое выражение

▪ статья Как была открыта вулканизация? Подробный ответ

▪ статья Начальник пункта технического обслуживания. Должностная инструкция

▪ статья Умформер и вибрационный выпрямитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Экспериментальный ЧМ передатчик на 145 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:





All languages of this page

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua

www.diagram.com.ua
2000-2024