Исследование работы тюнера N7DDC на НЧ с лучом 40 метров [80M, 40M, with N7DDC Automatic Match]

 Сборка модернизированного тюнера N7DDC закончилась тем, что он так и не стал нормально согласовывать диапазоны 40М и 80М. https://lavrinenkov.blogspot.com/2023/03/n7ddc-automatic-antenna-match-n7ddc.html Оставлять это дело без рассмотрения нельзя, поэтому попробую более точно оценить Импеданс своей антенны, с помощью более точного тюнера LC типа - "Ерш": https://lavrinenkov.blogspot.com/2019/05/ruffe-lc-tuner-unit.html и векторного анализатора NanoVNA и калькулятора AE6TY (SimSmith 14.14)

80 Метров, ВЧЗ (нет подключения арматуры здания):

80 Метров, НЧЗ (подключение арматуры здания):

40 Метров, ВЧЗ (нет подключения арматуры здания):

40 Метров, НЧЗ (подключение арматуры здания):

Уточню, что здесь тюнер "Ёрш" имеет  Lmax=35 мкГн, Cmax=230 пФ, Схема включения: ФВЧ Hi-Z.

Сведем измерение SWR, оценку L и С тюнера, расчет импеданса антенны в таблицу:

Согласование				Измерение		Расчет Z
80М	КСВ	Отвод, L	Положение, С	L	C	R	jX
НЧЗ	1,18	Предпоследний	1/4	26	57,5	93	-801
ВЧЗ	1,14	Последний	1/10	32	23	2900	-4800
40М	КСВ	Отвод, L	Положение, С	L	C	R	jX
НЧЗ	1,29	между 7 и 8	1/4	8	33	200	-688
ВЧЗ	1,03	9	1/10	11	23	180	-930

Что можно отметить при настройке:

1. ВЧЗ требует больше L;

2. Чем меньше L, тем больше С;

3. Наличие или отсутствие НЧЗ сильно сказывается на импедансе антенны в диапазоне 80М (λ/2 антенна), и мало сказывается на на импедансе антенны в диапазоне 40М (λ антенна), питание в край.

Хорошо видно, что тюнер Ерш (LC) прекрасно настраивает луч длиной 40М, как НЧ землей, так и без неё. Так что же не так с N7DDC?

Предположу, что тюнер N7DDC может подключить в цепь согласования любые 2 дискретные индуктивности и 2 ёмкости. (для экономии электропитания и времени настройки). Тогда ряд возможных L и С можно представить следующим образом:

Ряд С N7DDC	5	10	22	32	47	57	69	100	110	122	147	220	…	пФ
Ряд L N7DDCx2	6,4	8,8	8,9	9	9,24	9,7	10,8	13,2						мкГн

Жирным - основные дискреты, обычным шрифтом - промежуточные.

Рассмотрен вариант тюнера N7DDC с удвоенными индуктивностями. Отмечу, что максимальная индуктивность тюнера 16.84 мкГн им не достигается, при допущении использования лишь 2 - элементов из 7 штучного набора. Емкости указаны также, с таким допущением, иначе следовало бы еще добавить в указанный ряд ёмкость 132 пФ. Также, я написал здесь только начало ряда ёмкостей, достаточный для анализа.

В процессе сборки N7DDC я делал вариант х2 и х4 по индуктивностям. Поэтому максимальные достижимые индуктивности в модификациях N7DDC можно представить так:

Ряд L для 80М	Lmax
L N7DDCx1	8,42	4,4	6,6
L N7DDCx2	16,84	8,8	13,2
L N7DDCx4	33,68	17,6	26,4

Теперь, используя значения настроечных L и С, полученных практически, подберем ближайшие возможные значения для тюнера N7DDCx4, диапазон 80М.

Тюнер может
N7DDCx4	Lближ.	Cближ.	КСВ
НЧЗ	26,4	57	8,4
ВЧЗ	26,4	22	1,043

Выходит, что НЧЗ вариант он не согласует, а ВЧЗ согласует, это очень частный, случай, поскольку, как будет показано дальше, настройка очень чувствительна к точности установки ёмкости.

Допустим теперь, что у нас есть паразитная ёмкость около 5 пФ, параллельно штатным ёмкостям. (а ведь может быть и параллельно и последовательно, и со стороны луча (антенны) и со стороны дискретных емкостей). Тогда получим: 

+Ошибка С=5 пФ
N7DDCx4	Lближ.	Cближ.	КСВ
НЧЗ	26,4	62	4,5
ВЧЗ	26,4	27	2,1

Ошибка в 5 пФ, улучшила КСВ на 4 в первом случае, и ухудшила КСВ на 1 во втором случае, то есть имеем очень большое влияние.

Теперь перейду к текущему варианту N7DDCx2 и покажу таблицу его возможностей на 80М.

Тюнер может
N7DDCx2	Lближ	Cближ	КСВ
НЧЗ	13,2	69	7,8
НЧЗ	13,2	100	3,6
НЧЗ	13,2	122	6,95
ВЧЗ	13,2	122	9,8
ВЧЗ	13,2	147	5,2
ВЧЗ	13,2	220	40,4

Показаны лучшие варианты и два ближайших. Видно, что тюнер не попадает в настройку, т.к. L слишком мал.

Теперь перейду к текущему варианту N7DDCx2 и покажу таблицу его возможностей на 40М. Показаны варианты при фиксированной оптимальной L:

Тюнер может 40М
N7DDCx2	Lближ.	Cближ.	КСВ
НЧЗ	8,8	22	1,95
НЧЗ	8,8	32	1,79
НЧЗ	8,8	47	7,39
ВЧЗ	10,8	10	10,08
ВЧЗ	10,8	22	1,452
ВЧЗ	10,8	32	4,5

Промах в установке L на 10 пФ, может полностью уничтожить согласование, при работе в цепях с большими L и малыми C.

Показаны варианты при фиксированном оптимальном C:

Тюнер может 40М
N7DDCx2	Lближ.	Cближ.	КСВ
НЧЗ	6,4	32	3,9
НЧЗ	8,8	32	1,79
НЧЗ	9	32	2,1
ВЧЗ	9,7	22	3,47
ВЧЗ	10,8	22	1,452
ВЧЗ	13,2	22	4,6

Промах в установке L на 1 мкГн, приводит к уходу КСВ более чем на 1.

Видно, что анализ вариантов согласования получается достаточно объемным, даже при указанных допущениях и упрощениях. 

И теперь ответ, на вопрос, почему N7DDC не помог мне согласовать диапазоны 80М, и плохо согласует 40М: в схеме N7DDCx4 (учетверенные индуктивности), имеется нехватка индуктивности для варианта с ВЧЗ, и грубый шаг индуктивности в варианте с НЧЗ. 

в схеме N7DDCx2 (удвоенные индуктивности), имеется абсолютная нехватка индуктивности  для диапазона 80М, и грубый шаг L для 40 М диапазона. 

Что можно делать дальше: проектировать автоматический тюнер конкретно под свои условия. 

Например условится использовать только вариант с НЧЗ. Установить старшую индуктивность номиналом 25 мкГн. (чтобы обеспечить окрестность согласования: 25, 25.5, 26 мкГн) это должно открыть 80М. Установить предстаршую индуктивность номиналом 7.5 мкГн (чтобы обеспечить окрестность согласования для 40М: 7.5, 7.7, 8, 8.5 мкГн)

Это сделает неактуальным показание на дисплее значения L, что можно решить заменой прошивки под конкретные свои значения индуктивностей. Для остальных диапазонов остануться варианты согласования с L  2.9 мкГн и ниже, серьезный пробел между 2.9 мкГн и 7.5 мкГн. 

Дополнение от 31.03.2023

Установил старшую, седьмую катушку 8.8 мкГн на место шестой. Установил на место старшей, седьмой катушки, катушку 26 мкГн (Т106-2, 44 витка)

80М - КСВ более 3. 40М - КСВ около 3. 20М - КСВ 1.5. Вопрос не решился. Значит в тюнере есть неучтенные реактивности. Дальнейшая подборка номиналов как игра в лотерею. Остается заменить луч 40М на 20М, что является шагом назад.

На закуску размещаю таблицы возможных индуктивностей и ёмкостей для модификации N7DDCx2 по 128 вариантов:

Варианты L, мкГн
0,1	2,1	4,5	6,5	8,9	10,9	13,3	15,3
0,2	2,2	4,6	6,6	9	11	13,4	15,4
0,3	2,3	4,7	6,7	9,1	11,1	13,5	15,5
0,44	2,44	4,84	6,84	9,24	11,24	13,64	15,64
0,54	2,54	4,94	6,94	9,34	11,34	13,74	15,74
0,64	2,64	5,04	7,04	9,44	11,44	13,84	15,84
0,74	2,74	5,14	7,14	9,54	11,54	13,94	15,94
0,9	2,9	5,3	7,3	9,7	11,7	14,1	16,1
1	3	5,4	7,4	9,8	11,8	14,2	16,2
1,1	3,1	5,5	7,5	9,9	11,9	14,3	16,3
1,2	3,2	5,6	7,6	10	12	14,4	16,4
1,34	3,34	5,74	7,74	10,14	12,14	14,54	16,54
1,44	3,44	5,84	7,84	10,24	12,24	14,64	16,64
1,54	3,54	5,94	7,94	10,34	12,34	14,74	16,74
1,64	3,64	6,04	8,04	10,44	12,44	14,84	16,84
2	4,4	6,4	8,8	10,8	13,2	15,2	0

Варианты C, пФ
10	230	480	700	1010	1230	1480	1700
22	242	492	712	1022	1242	1492	1712
32	252	502	722	1032	1252	1502	1722
47	267	517	737	1047	1267	1517	1737
57	277	527	747	1057	1277	1527	1747
69	289	539	759	1069	1289	1539	1759
79	299	549	769	1079	1299	1549	1769
100	320	570	790	1100	1320	1570	1790
110	330	580	800	1110	1330	1580	1800
122	342	592	812	1122	1342	1592	1812
132	352	602	822	1132	1352	1602	1822
147	367	617	837	1147	1367	1617	1837
157	377	627	847	1157	1377	1627	1847
169	389	639	859	1169	1389	1639	1859
179	399	649	869	1179	1399	1649	1869
220	470	690	1000	1220	1470	1690	0

И варианты для двух дискретов (по 29 штук):

Варианты, "два дискрета"
С, пФ		L, мкГн
1470	242	13,2	2,2
1220	230	10,8	2,1
1100	220	9,7	2
1047	147	9,24	1,34
1022	122	9	1,1
1010	110	8,9	1
1000	100	8,8	0,9
690	69	6,4	0,64
570	57	5,3	0,54
517	47	4,84	0,44
492	32	4,6	0,3
480	22	4,5	0,2
470	10	4,4	0,1
320	0	2,9	0
267		2,44

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

для связи позывной + @ + mail.ru