Для удаленного использования антенны-луча мне нужно иметь какое-то согласующее устройство, удобнее чем просто LC-тюнер. Это может быть трансформатор 1к9, 1к49, 1к64 и т.д., либо автоматический тюнер. Самый доступный вариант - набор для сборки от N7DDC. У меня уже есть корпус и LCD дисплей, поэтому подбирать модель буду именно с прошивкой под LCD: https://aliexpress.ru/item/4000804507384.html (около 1927 р., в 2023 году). Такие варианты есть на AliExpress, в моем наборе не проводов для намотки торойдов и нет самого экрана, так уж вышло, что набор для LCD получается дороже, для них, чем набор с OLED дисплеем.
Собранный вариант с OLED: https://aliexpress.ru/item/4001158847548.html (около 3000 р., в 2023 году)
Описание работы: http://r4n.su/?page_id=1319 "Антенно согласующее устройство ATU-100 mini от N7DDC."
Итак, для начала мне надо определиться, с каким емкостями и индуктивностями я сейчас работают при согласовании своего луча длиной около 40 метров. Мой механический тюнер выглядит так:
.jpeg)
В моем ручном тюнере при работе с лучом 40 метром используется L от 4 до 6 мкГн (оценка) для 40М диапазона и от 10 до 15 мкГн на 80М диапазоне, значет нужна доработка -
увеличение в 2 раза индуктивности тюнера! Тогда получим максимальную индуктивность, не 8 мкГн, а 16 мкГн!
Переходим к схеме тюнера N7DDC.
Он собран по схеме ФНЧ с переключением Hi-Z (C со стороны луча) / Low-Z (C со стороны трансивера)
Реле со смешным названием:
HUI KE
HK100F-12V-SHG
Нижняя пара - замкнуты вместе
Средняя пара - питание реле, полярность не важна
Верхняя пара (ближе к средней) - коммутируемые.
Если смотреть сверху на ножки справа - замкнут, слева открыт, когда питание не подано.
Коммутация выполняется на нижнюю объединенную пару ножек.
Тюнер использует в работе "нормально открытую ножку" реле для коммутации L и С, и обе ножки для переброски C с выхода на вход. В отключенном состоянии скорее всего тюнер должен переходить в режим By-Pass (пропускание). Все L закорочены, а С отключены.
Ток 1 реле = 24.3 mA
Максимально если все реле задействованы: 15*24,3=364.5 mA
Расчеты индуктивностей веду в программе Coil64 в разделе "Кольца Амидон".
Индуктивности:
эмаль проводов толщиной около 0.05 мм;
0.05 > 0.1 d=0.5, D=6, 4 витка, медь;
0.1 > 0.2 d=0.6, D=6, 6 витков, алюминий;
0.22 > 0.44 d=0.6, D=9, 7 витков, алюминий;
0.45 > 0.9 d=0.8, Т68-2, 13 витков, медь (измерено 0.9 мкГн на 1.5 МГц) предел d = 0.971 mm;
1 > 2 d=0.8, Т68-2, 19 витков, медь (измерено 2 мкГн на 1.5 МГц) предел d = 0.8 mm;
2.2 > 4.4 d=0.8, 2хТ68-2, 20 витков, медь (измерено 4.8 мкГн на 1.5 МГц) предел d = 0.78 mm;
4.4 > 8.8 d=0.5, 2хТ68-2, 28 витков, медь (измерено 9.1 мкГн на 1.5 МГц) предел d = 0.66 mm.
(пределы показывают максимальный диаметр проводника, которые еще можно уложить на такое кольцо).
Для расчета длины проволоки я принимал периметр Т68-2 равный 2 см, и 2хТ68-2 равный 3 см, +4 см запаса под выводы.
Например для 2хТ68 20 витков нужна длина проволоки L = 20*3+4 = 64 см.
а) т.к. профиль среза кольца примерно квадратный, а катушка укладывается как окружность, нет полного прилегания провода к материалу кольца, следовательно получаемая индуктивность будет немного меньше расчетной.
б) Для расчета в калькуляторе сдвоенного кольца 2хТ68 выбираем в качестве материала Т68-1 (АL фактор = 115 мкГн/(N/100)^2)
в) При измерении индуктивности на Антенном приборе AA-340UP с ростом частоты показания индуктивности - больше. За основу лучше выбрать измерения на частоте 1-1.5 МГц. Предел измерения прибора - около 10 мкГн.
так например на частоте на частоте 14М получил: 1.1, 2.5, 6, *бесконечность* вместо (0.9, 2, 4.8, 9.1 мкГн) на 1.5 МГц.
.jpeg)
.jpeg)
Считаем, что показанный тюнером L сверху- это режим Hi-Z тюнера.
Минимальная мощность настройки тюнера - 8 Вт!
Тюнер издает широкополосную помеху (такт) примерно 2 раза в секунду! (слышно на 1.8, 3.5, 7, 10, 14 МГц)
Частота 7019 CWU прекрасно слышна синусоидальаня помеха от тюнера.
Записываем реальные значения индуктивностей (показания N7DDC * 2)
Для испытаний я использую резисторы: 1, 5.6, 50, 1100, 5100 Ом, ёмкость в 50 пФ и индуктивность в 1 мкГн.
Реактанс от индуктивности в 1 мкГн получается малым от 11 до 175 Ом, что почти не влияет на настройку тюнера при R=1100 Ом.
(R>>X)
Согласование на столе (лабораторная работа)
.jpeg)
1. Высокоомный вариант антенны R=1100 Ом, Реактивности С=50 пФ, L=1 мкГн. Проведем серии измерений, а результаты поместим в таблицу:
Рамочками выделены согласованные варианты. Красным - повышенные значения КСВ.
В таблицах показаны номиналы настройки, КСВ от прибора SX-600, расположенного между трансивером и тюнером, КСВ, измеренное N7DDC тюнером, КСВ, измеренное трансивером FT-891, КПД, мощность отдаваемая в антенну, мощность, поступающая в тюнер, потребляемый тюнером ток, и напряжение, измеренное токовым ВЧ пробником - защелкой на питающем коаксиале.
Для оценки согласования используем симулятор калькулятор диаграммы Смита - AE6TY:
Рассмотрим вариант 1100 Ом и 1.8 МГц. В теории Z=1100 Ом, согласуется парой L=20 мкГн и С=373 пФ. Тюнер же дает L=13.4 мкГн и С=470 пФ. В калькуляторе это даст согласование по КСВ = 2.5;
Рассмотрим вариант 1100 Ом и 14 МГц. В теории Z=1100 Ом, согласуется парой L=2.54 мкГн и С=48 пФ. Тюнер же дает L=2.54 мкГн и С=0 пФ. Предположим паразитную ёмкость реле или схемы в 48 пФ (параллельно штатным емкостям) (!);
Рассмотрим вариант 1100 Ом и 28 МГц. В теории Z=1100 Ом, согласуется парой L=1.29 мкГн и С=24 пФ. Тюнер же дает L=7.3 мкГн и С=0 пФ и схему LoZ! Это никак не соответствует теории...
Рассмотрим вариант 1100 Ом, C=50 пФ и 14 МГц. В теории Z=1100-j227 Ом, согласуется парой L=2.6 мкГн и С=45 пФ. Тюнер же дает L=2.44 мкГн и С=0 пФ. Предположим паразитную ёмкость реле или схемы в 48 пФ (!);
Рассмотрим вариант 1100 Ом, L=1 мкГн и 14 МГц. В теории Z=1100+j88 Ом, согласуется парой L=2.56 мкГн и С=49 пФ. Тюнер же дает L=2.76 мкГн и С=0 пФ. Предположим паразитную ёмкость реле или схемы в 48 пФ (!);
Рассмотрим вариант 1100 Ом, L=1 мкГн и 18.1 МГц. В теории Z=1100+j114 Ом, согласуется парой L=2 мкГн и С=38 пФ. Тюнер же дает L=1.34 мкГн и С=0 пФ.
2. Вариант с нагрузкой 50 Ом, Реактивности С=50 пФ, L=1 мкГн. Проведем серии измерений, а результаты поместим в таблицу.
Ожидаю, что Вариант с чистыми 50 Ом, должен приводить тюнер в режим "пропускания/by-pass" без задействования реактивных элементов.
Вариант 50 Ом + С, должен задействовать только индуктивный элемент настройки, (т.к. оба последовательно)
Вариант 50 Ом + L, должен задействовать оба элемента настройки. (индуктивность Z последовательная, компенсирующая емкость параллельно)
Рассмотрим вариант 50 Ом, C=50 пФ и 7 МГц. В теории Z=50-j454 Ом, согласуется парой L=10.27 мкГн и С=0 пФ. Тюнер же дает L=5.74 мкГн и С=0 пФ. Что соответствует Z=50-j250;
Рассмотрим вариант 50 Ом, C=50 пФ и 14 МГц. В теории Z=50-j227 Ом, согласуется парой L=2.6 мкГн и С=0 пФ. Тюнер же дает L=1.34 мкГн и С=147 пФ. Что соответствует Z=50-j90;
Рассмотрим вариант 50 Ом, C=50 пФ и 24.9 МГц. В теории Z=50-j128 Ом, согласуется парой L=0.8 мкГн и С=0 пФ. Тюнер же дает L=0.44 мкГн и С=47 пФ. Что соответствует Z=50-j50;
Рассмотрим вариант 50 Ом, L=1 мкГн и 14 МГц. В теории Z=50+j88 Ом, согласуется парой L=0.99 мкГн и С=196 пФ. Тюнер же дает L=0.9 мкГн и С=100 пФ. Что не соответствует никакому Z. Предположим паразитную ёмкость реле или схемы в 96 пФ (!);
3. Вариант с нагрузкой 5.6 Ом, Реактивности С=50 пФ, L=1 мкГн. Проведем серии измерений, а результаты поместим в таблицу. Ожидаю, что тюнер будет массово использовать схему Low-Z
Рассмотрим вариант 5.6 Ом и 7 МГц. В теории Z=5.6 Ом, согласуется парой L=0.36 мкГн и С=1264 пФ (low-Z). Тюнер же дает L=0 мкГн и С=790 пФ Что не соответствует никакому Z.
Рассмотрим вариант 5.6 Ом и 14 МГц. В теории Z=5.6 Ом, согласуется парой L=0.18 мкГн и С=633 пФ (low-Z). Тюнер же дает L=0 мкГн и С=367 пФ Что не соответствует никакому Z.
Рассмотрим вариант 5.6 Ом, C=50 пФ и 14 МГц. В теории Z=5.6-j227 Ом, согласуется парой L=2.77 мкГн и С=569 пФ. Тюнер же дает L=1.34 мкГн и С=320 пФ. Что соответствует Z=50-j250 Что не соответствует никакому Z.;
Рассмотрим вариант 5.6 Ом, L=1 мкГн и 1.8 МГц. В теории Z=5.6+j11 Ом, согласуется парой L=1.4 мкГн и С=4900 пФ (Low-Z). Тюнер же дает L=0.76 мкГн и С=1790 пФ (Low-Z). Что не соответствует никакому Z.
Рассмотрим вариант 5.6 Ом, L=1 мкГн и 3.5 МГц. В теории Z=5.6+j22 Ом, согласуется парой L=2 мкГн и С=2400 пФ (Hi-Z). Тюнер же дает L=2 мкГн и С=1690 пФ (Hi-Z). Что не соответствует никакому Z.
Рассмотрим вариант 5.6 Ом, L=1 мкГн и 28 МГц. В теории Z=5.6+j176 Ом, согласуется парой L=2.87 мкГн и С=43 пФ (Hi-Z). Тюнер же дает L=7.3 мкГн и С=147 пФ (Hi-Z). Что не соответствует никакому Z.
Фраза никакому Z не совсем точна, я имею ввиду никакому jX при заданном R. (считаем, что фокусов с R быть не должно)
А может ли тюнер согласовать всовсем экзотические импедансы? Ограничусь рассмотрением большого R=5100 и малого R=1 Ом.
4. Вариант с нагрузкой 1 Ом
Согласование получено только на частоте 28 МГц, возможно, засчет неучтенных реактивностей. Low-Z
В теории Z=1 Ом, согласуется парой L=0.04 мкГн и С=778 пФ (Low-Z). Тюнер же дает L=7.3 мкГн и С=0 пФ (Low-Z). Что не соответствует никакому Z.
5. Вариант с нагрузкой 5100 Ом. Согласование получено в 30% случаев.
Рассмотрим вариант 5100 Ом на частоте 14 МГц.
В теории Z=5100 Ом, согласуется парой L=5.5 мкГн и С=23 пФ. Тюнер же дает L=2.76 мкГн и С=0 пФ. (также как и на R=1100 Ом).
В целом теорию и практику совместить не удалось. Остались неучтенные реактивности, искажающие результаты эксперимента. И ни какой магии.
На частотах выше 14 МГц, наблюдаю зависания тюнера. Они появляются, при значениях напряжения датчика тока оплетки более 4.5 В. После зависания тюнер нужно отключить по питанию.
.jpeg)
Несколько раз сталкивался, что тюнер может настроиться по-разному для однйо и той же нагрузки, вплоть до смены варианта Hi-Z/Low-Z!
Как он рассчитывает КПД и мощность, мне не совсем понятно.
Перейдем к реальным испытаниям.
Что показала реальная работа с моим лучом на 40М?
1800 МГц - согласует, причем по схеме Hi-Z (странно, т.к. я ожидаю зедсь R около 20-30 Ом);
L=16.3 (макс), С=147, Pa=3.4, Pin=6.3, SWR=1.0, n=41%
3500 КГц - не согласует (это печаль);
7000 КГц - Hi-Z
L=6.84 (макс), С=10, Pa=3.6, Pin=8.3, SWR=1.67, n=?%
10100 КГц и выше - глючит, зависает тюнер..
Подключение "НЧ" земли от арматуры здания вопрос не решило, согласования на 3500 нет, зависания продолжаются.
Выводы:
1. Подключить дополнительную катушку 5-10 мкГн, последовательно входу от трансивера, для проверки гипотезы "нехватки индуктивности" на 80М диапазон;
2. Укоротить или убрать провода к кнопкам, чтобы избежать зависаний,
3. Укоротить или пропустить через ферритовое кольцо шлейф к экрану, чтобы избежать зависаний.
4. Рассматривая полученные таблицы отмечу, что минимальная используемая тюнером индуктивность составляет 0.22 мкГн! Можно предположить, что вместо минимальной заложенной разработчиком 0.05 мкГн (которую я заменил на 0.1 мкГн), можно использовать даже 0.2 мкГн, т.е. увеличить все индуктивности в 4 раза!
5. Максимальный ток тюнера 0.16 А, минимальный ток в режиме By-Pass (50 ом на выходе), равен 0.04 А. Если считать, что при 0.04 А все реле отжаты, то в худшем случае тюнер задействует (0.16-0.04)/0.024 = 5 Реле. Возможно алгоритм тюнера учитывает, чтоб он не использовал активацию большего числа реле, жертвуя точностью настройки.
Дополнение 14.03.2023
1. Подключить катушку последовательную нельзя, т.к. она попадает перед измерительным мостом, а нужна после него. Проверил с катушкой 4 мкГн. Не работает, мощность не проходит в тюнер.
.jpeg)
3. Оптимизация длин проводов.
Было:
Одна особенность - мне нужны коннекторы слева, а подача питания справа. В текущей компоновке, экран вышел верх ногами. Если его перевернуть, шлейф экрана надо увеличивать, что может снова вернуть глюки. Ну и кнопки "Авто" и "By-Pass" я исключил.
Вывод 2:
Тюнер с максимальной L около 16 мкГн и емкостью 1800 нФ согласует мой луч длиной 40-41 метр на диапазонах: 160, 30, 20, 17, 15, 12, 10 метров. Не согласует: 40М, КСВ около 3, и 80М, КСВ более 3.5 =( (2 из 3 основных диапазонов не охватывает). Земля ВЧЗ или НЧЗ принципиальной роли здесь не оказывает.
Неужели все еще не хватает индуктивности?!
Дополнение 15.03.2023
Сказано - сделано, переделал тюнер, увеличив текущие номиналы L в 2 раза (или исходные в 4 раза). Получился регистровый сдвиг (там есть некоторая нестыковка, т.к. в исходном ряду номиналы росли не ровно в 2 раза, но, похоже, это сейчас уже не важно). Все катушки перемещаю влево на 1 шаг, и добавляю новую, на колечке из китайского KIT тюнера - Т106-2, 36 витков, проводом 0.5 мм, для получения индуктивности 17.6 мкГн. Определенные сложности есть, т.к. приходится ставить более крупные катушки в места не предназначенные для них. Хорошо, если есть небольшой запас длины лапок, и их толщина 0.5, а не 0.7 мм. (у меня этого не было). У катушки 4.4 > 8.8 d=0.5, 2хТ68-2, 28 витков, пришлось один виток сбросить, значит получилось 27 витков и 8,6 мкГн (вместо 8.8 мкГн). Думаю, здесь уже это тоже не принципиально. Вообще было бы хорошо сделать анализ, какая допустимая погрешность установки индуктивности, в зависимости от рабочей частоты (!)
Сразу же проверяю работу на эквивалентах. Упрощенно, результаты в таблице.
Хорошо, видно, что не хватает градаций малых индуктивностей, либо 0.2, либо 0 мкГн.
Почти не согласуется ВЧ КВ на нагрузке 1100 Ом. Это странно, т.к. ранее для этого использовались индуктивности в 0.9-1 мкГн, которые и сейчас имеются в тюнере.
Не понятен и разворот схемы с Low-Z на Hi-Z в зоне 14 - 24.9 МГц!
Здесь же и результат для работы с реальным лучом длиной примерно 40.5 метров.
Я просто указал есть или нет согласования. Земля как ВЧЗ (изолированная), так и НЧЗ (арматура здания). Немного критики описания: http://r4n.su/?page_id=1319
"Уникальный умный алгоритм, используемый в устройстве позволяет в большинстве случаев произвести настройку за 0.1 — 0.5 секунд а максимальное время, потраченное на поиск наилучшей комбинации не превышает 2-х секунд." - у меня почти всегда занимает 5-10 секунд. Ну и по поводу уникальности - а с чем сравнивали, и какие еще бывают алгоритмы? =)
"Минимальная мощность, необходимая для начала настройки: 1 Ватт" - у меня эта мощность получилась 8 Вт! При делителе моста 1к10, как и у авторов статьи и тюнера. Мне кажется, это много, и трансивер без защиты можно спокойно испортить, при этом FT-817 не может "раскачать" тюнер для настройки.
Важное: "При подаче питания на устройство со всеми тремя нажатыми кнопками Tune, Bypass и Auto, включается режим Fast Test. В этом режиме устройство подает питание на все реле, что позволяет быстро определить неисправности связанные с транзисторными ключами или недостатками пайки. При подаче питания на устройство с нажатыми кнопками Bypass и Auto, устройство переходит в тестовый режим Test Mode. В этом режиме можно вручную, пошагово, с помощью кнопок Bypass и Auto переключать значение емкости или индуктивности. Длинное нажатие на кнопку Tune позволяет выбрать какие элементы будут перебираться в данный момент, а короткое нажатие изменяет точку подключения конденсатора."
Вывод 3: К сожалению 80М так и остался несогласованным, при этом ушло и согласование ВЧ КВ от 18 до 28 МГц. Придется возвращать схему тюнера c Lx2.
Видео работы тюнера N7DDC:
Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA
для связи позывной + @ + mail.ru
Комментариев нет:
Отправить комментарий