Полуавтоматический антенный тюнер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

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

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.

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.

(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.

(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).

(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:

Самолет меняет вкус привычных продуктов 27.09.2026

Одна и та же еда может восприниматься совершенно по-разному на земле и на борту пассажирского самолета. На первый взгляд причина может показаться очевидной: качество продуктов или особенности приготовления. Однако специалисты утверждают, что значительную роль играют непосредственно условия полета. Шум двигателей, давление в герметичном салоне и даже звуковой фон способны изменять работу механизмов, отвечающих за восприятие вкуса и аромата пищи. Одним из наиболее интересных факторов оказался постоянный шум. Профессор Оксфордского университета Чарльз Спенс исследовал влияние громких звуков на вкусовые ощущения и обнаружил, что в шумной обстановке человек может слабее воспринимать сладость. Поэтому напиток или десерт, которые на земле кажутся достаточно насыщенными, во время полета способны восприниматься более пресными. При этом эффект не одинаков для всех вкусов. Особенно любопытно ведет себя умами - вкус, характерный, например, для помидоров, грибов и пармезана. В условиях полета ...>>

Новая нержавеющая сталь заменит титан в производстве водорода 27.09.2026

Производство водорода с помощью электролиза требует материалов, способных длительное время работать в агрессивной химической среде и при высоких электрических напряжениях. Даже нержавеющая сталь, которая обычно отличается высокой устойчивостью к коррозии, в таких условиях постепенно разрушается. Поэтому в наиболее ответственных элементах электролизеров приходится использовать гораздо более дорогие материалы, прежде всего титан. Исследователи из Университета Гонконга предложили новый сплав, который потенциально способен значительно сократить зависимость от титана. Материал получил название SS-H2, а его главное преимущество заключается в необычном механизме защиты поверхности. Обычная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость благодаря тонкой пассивирующей пленке на основе оксида хрома. Этот слой изолирует металл от агрессивной среды и препятствует дальнейшему развитию коррозии. Однако при достаточно высоком электрическом напряжении защитная пленка может разрушаться, после чего традици ...>>

Кораллы, устойчивые к потеплению, хуже справляются с болезнями 26.09.2026

Коралловые рифы существуют в условиях постоянного взаимодействия множества факторов окружающей среды, поэтому способность переживать один вид стресса еще не гарантирует общей устойчивости организма. Особенно важной эта проблема становится на фоне потепления океана, которое уже приводит к массовому обесцвечиванию кораллов. Исследователи Бостонского университета обнаружили, что симбиоз с теплостойкими водорослями рода Durusdinium действительно помогает кораллам переносить кратковременное повышение температуры, но одновременно может повышать их уязвимость к бактериальным инфекциям. Жизнь кораллов во многом зависит от микроскопических водорослей, которые обитают внутри их тканей. Благодаря фотосинтезу эти симбионты обеспечивают организм-хозяин значительной частью питательных веществ. Однако при чрезмерном нагревании воды нормальное взаимодействие нарушается: водоросли могут покидать ткани коралла, из-за чего он теряет окраску и белеет. Массовое обесцвечивание сегодня считается одной из ...>>

Случайная новость из Архива Создан алмазный транзистор 21.03.2024 Исследователи из Японии совершили значительный шаг в области полупроводниковой технологии, создав первый n-канальный транзистор на основе алмаза. Этот прорыв приближает человечество к разработке процессоров, способных функционировать в условиях сверхвысоких температур. Создание алмазного транзистора представляет собой важный шаг в развитии полупроводниковых технологий, открывая новые перспективы для создания более эффективных и устойчивых к экстремальным условиям компонентов. Этот прорыв имеет потенциал изменить сферу высокотехнологичных приложений и усовершенствовать различные области науки и техники. Новый транзистор, разработанный с использованием алмаза, обладает потенциалом для создания более эффективных компонентов, способных работать в экстремальных условиях без необходимости прямого охлаждения. Исследование представляет собой прорыв в области создания полупроводниковых элементов, устойчивых к высоким температурам, и расширяет возможности работы процессоров в различных средах. Ученые создали транзистор с двумя алмазными слоями, легированными фосфором, что позволяет увеличить проводимость. Этот n-канальный слой заменяет традиционный слой кремния в чипах. Когда достаточное количество электронов проходит через транзистор, они соединяют два конца затвора, что создает сигнал 1, в отличие от сигнала 0. Транзисторы, созданные на основе алмаза, способны работать при высоких температурах, превышающих 300 °C, в то время как обычные транзисторы теряют свою функциональность при температуре выше 100 °C. Кроме того, новое поколение транзисторов обладает повышенной устойчивостью к высоким напряжениям, что делает их более надежными в эксплуатации.

Другие интересные новости:

▪ Использование систем hands-free не влияет на безопасность вождения

▪ Технология глубинного обучения для анализа временных рядов данных

▪ Умные растения сообщат о плесени и радоне в доме

▪ Моментальное мороженое

▪ Квантовый компас для навигации без GPS

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Антенны. Подборка статей

▪ статья Джироламо Савонарола. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему для марафонской дистанции выбрали некруглое число? Подробный ответ

▪ статья Менеджер по рекламе. Должностная инструкция

▪ статья Техническая документация устройства защитного отключения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь постоянного напряжения 12 В аккумулятора в переменное напряжение 220 В 50 Гц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026