Антенный тьюнер
При помощи антенного тьюнера, приведенного на рис.1 можно определять сопротивление антенны, измерять выходную и проходящую в антенну мощность, настраивать П – контур трансивера или усилителя мощности по минимальному КСВ на эквивалент нагрузки, приводить сопротивление антенны к сопротивлению трансивера. Все это делается в абсолютно безопасном для трансивера режиме. В случае, если длина фидера, питающего антенну, равна целому числу полуволн (с учетом коэффициента укорочения), то антенну можно настроить в резонанс.
Антенный тьюнер состоит из нескольких основных узлов: эквивалента антенны, выполненного в виде аттенюатора на 17 дБ (50 раз по мощности), который имеет входное и выходное сопротивления равными 50 Ом. При подаваемой мощности 100 Вт на вход высокочастотного моста поступает 2 Вт. При этом на резисторе R2 рассеивается 75,3 Вт, на R4 – 21.25Ввт, на R4 -2,0 Вт. Этот способ (настройка при помощи аттенюатора) хорош тем, что в случае обрыва антенны или ее короткого замыкания, коэффициент стоячей волны (КСВ) на выходе трансивера не превысит 1,042 , что абсолютно безопасно для любого усилителя мощности в трансивере. Когда мы настраиваем согласующее устройство (СУ) и изменяем величину катушки индуктивности, ролик, который катится по ее виткам, может встретиться с неоднородностью, контакт на мгновение пропадет, но это также ничем не грозит трансиверу. Многие импортные трансиверы выпуска прошлых лет, или современные недорогие, не имеют автоматического антенного тьюнера, поэтому для них тоже желательно настраивать СУ посредством аттенюатора. Даже если у Вас СУ настраивается при помощи КСВ-метра, а не ВЧ-моста, аттенюатор очень полезен. Надо просто изменить степень ослабления. При степени ослабления равной 6 дБ, это четыре раза по мощности, на вход КСВ-метра поступит 25 Вт, при 100 Вт выходной мощности трансивера. В самых худших случаях, при оборванной или короткозамкнутой антенне, величина КСВ не превысит 1,67, что также совершенно безопасно для любого современного импортного трансивера. Для этого случая величины R2 и R4 равняются по 150,5 Ом, а R3 - 37,3 Ом. Разъем ХР2 предназначен для проведения измерений, например измерения частоты, или подключения осциллографа для проверки линейности выходного каскада трансивера. Это осуществляется при помощи петли связи и резистора R1, величина которого подбирается. Резистор R5 предназначен для снятия с антенны статического электричества, конденсатор С6 состоит из шести параллельно включенных конденсаторов КСО-8 по 3600 пФ каждый. Конденсатор С6 предназначен для защиты трансивера от атмосферного электричества. В состав СУ входит высокочастотный вольтметр, при помощи которого при срабатывании реле К5 можно измерять выходную мощность трансивера или усилителя, в зависимости от мощности примененного эквивалента нагрузки. При замыкании контактов реле К6 он служит индикатором выхода, проходящей в антенну мощности и исправности антенно- фидерной системы. Если величина КСВ В АНТЕННЕ НЕ ПРЕВЫШАЕТ 1,5, то с достаточной для радиолюбительских целей точностью им можно измерять проходящую в антенну мощность, величина которой вычисляется по формуле:
P = U2 / R
Собственно согласующее устройство, приведенное на рис.2, состоит из катушки с переменной индуктивностью L1, переменных конденсаторов С16 и С17, к которым при помощи релеК7…К16 подключаются дополнительные конденсаторы С11…22. Переменные конденсаторы применены небольшого размера, с воздушным зазором между пластинами равным 2.5 мм, что позволяет согласовывать трансивер с антеннами имеющими значительный КСВ (коэффициент стоячей волны).
Схема управления полудискретными конденсаторами переменной емкости приведена на рис3. Как следует из рисунка, в положении 1 переключателя S1, включены только переменные конденсаторы С16 и С17, в положении 2 – параллельно к ним добавляются соответственно С11 и С18, подключаемые при помощи реле К7 и К12. В положении 3 –
к уже подключенным параллельно к переменным конденсаторам С11 и С18 добавляются конденсаторы С12 и С19 и пределы перестройки переменных конденсаторов С16 и С17 составят от 380 до 560 пФ. Перекрытие по емкости во всех положениях переключателя S1
небольшое и одинаковое, составляет 180 пФ, что дает некоторое дополнительное удобство, так как настройка плавная, как бы с электрическим верньером. Как вариант, дополнительные конденсаторы можно подключать галетным переключателем, но тогда емкость каждого последующего конденсатора должна быть больше предыдущего на 180 пф (на величину перекрытия переменных конденсаторов по емкости: 200-20 =180).При величине КСВ не превышающей трех можно применить переменные конденсаторы от старых типов радиоприемников «Балтика», «ТПС», и т. д., с воздушным зазором между пластинами равным 0,5 мм. В этом случае подключать дополнительные конденсаторы не надо, так как максимальная емкость будет равна 1000…1500 пФ. П – образная схема согласующего устройства выбрана неслучайно, ведь она, как и П – контур в ламповом усилителе мощности, дает ослабление высших гармоник на 40…45 дБ, что позволяет работать с полной мощностью в зоне неуверенного прима телевидения. Дефицитной деталью является катушка переменной индуктивности, которую можно применить от радиостанций « РСБ-5»,»Микрон», и т.п. Можно применить и дискретную катушку переменной индуктивности, величина индуктивности которой изменяется при помощи реле, аналогично как изменялась величина емкости в СУ на рис.2. Конечно, такой плавной регулировки величины индуктивности в этом случае не будет, если только не применить в качестве одной из катушек небольшую катушку с переменной индуктивностью, а при помощи реле только увеличивать ее величину.
Антенный тьюнер, схема которого приведена на рис.1, может работать в шести режимах, приведенных в таблице 1. Управление режимом работ приведено на рисунке 4.
Табл. 1
|
Позиция |
Режим |
Включенные реле |
|
1 |
Измерение, Rant |
|
|
2 |
Настройка П-к TX |
К5 |
|
3 |
Измеренеи Pвых TX |
К5 |
|
4 |
Настройка СУ по минимуму КСВ |
К2, К3, К4 |
|
5 |
RX, прием |
К1, К3 |
|
6 |
TX, передача, индикация выхода, измерение Pант |
К1, К3, К6 |
Основной частью тьюнера является ВЧ- мост, схема которого приведена на рисунке 5 , так как он может быть изготовлен отдельно, независимо от антенного тьюнера. Схема моста была найдена в старом Наndbook-е [1]. Основное требование при изготовлении моста- жесткость, максимально возможная компактность, экранировка. Расстояние между его входом (точка1), и его выходом (точка2), не должно превышать 30…40 мм. Если будет выполнена отдельная конструкция ВЧ – моста, то это расстояние между входным и выходным разъемами. Это довольно удачная конструкция, так как конденсатор переменной емкости недефицитен, его гораздо легче найти, чем хороший переменный резистор с подавленной реактивностью и графитовым токосъемом. Кроме того, он гораздо более долговечен, стабилен во времени, измерения при его помощи более точные. Как и «Антенноскоп» из К. Ротхаммеля [2], он позволяет измерять полные, (комплексные) сопротивления, или другими словами импеданс от 5 до 400 Ом . Высокочастотный мост работоспособен до 50…60 мгц.
Мощность высокочастотных колебаний приходящих на его вход должна находиться в пределах 0,5…2 Вт. Сдвоенный переменный конденсатор дифференциального типа (бабочка), но можно применить и обычный сдвоенный переменный конденсатор, что возможно даже лучше, так как угол его поворота будет равен 180 градусов, против 90 у конденсатора типа «бабочка». СДВОЕНЫЙ ПЕРЕМЕНЫЙ КОНДЕНСАТОР ДОЛЖЕН БЫТЬ ЗАКРЕПЛЕН НА ПЛАСТИНЕ ИЗ ХОРОШЕГО ДИЭЛЕКТРИКА, НАПРИМЕР ИЗ СТЕЛОТЕКСТОЛИТА, КОТОРАЯ В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ ДОЛЖНА БЫТЬ ЗАКРЕПЛЕНА НА РАССТОЯНИИ 20…25 ММ ОТ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЕРЕДНЕЙ ПАНЕЛИ. ВЫВЕДЕНАЯ НА ПЕРЕДНЮЮ ПАНЕЛЬ ОСЬ ТАКЖЕ ДОЛЖНА БЫТЬ ИЗ ХОРОШЕГО ИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА. Это важный момент в конструктивном исполнении мостового измерителя сопротивлений. Кроме этого, необходимо проверить равенство величин емкостей обоих секций переменного конденсатора при различных углах поворота ротора. В случаях несовпадения, при помощи крайних, разрезанных на отдельные сектора пластин, уравнять величины емкостей в обеих секциях.
Градуировка (калибровка) ВЧ- моста производится при подключении к разъему ХР3 безиндукционных сопротивлений с известными номиналами от 5 до 400 Ом, величина которых измерена при помощо цифрового мультиметра. В качестве калибровочных сопротивлений могут быть применены резисторы типа С2-10, С2-34. Когда мост настроен, то на индикаторе наблюдается провал, величина которого зависит от наличия реактивности. Если стрелка индикатора ложится на ноль, реактивность отсутствует. Калибровку желательно провести на всех диапазонах, затем сравнить полученные результаты, но можно ограничиться и одним. Эквивалент нагрузки следует выполнить в виде «беличьего колеса», припаяв параллельно его входу компенсирующий конденсатор С1, величина которого подбирается при помощи хорошо откалиброванного КСВ-метра на 28 МГц . Ориентировочно его величина равна 10 пФ.
Если длина фидера, питающего антенну, равняется целому числу полуволн, то при помощи ВЧ-моста можно не только согласовывать сопротивления антенны и трансивера, но и изменением величин элементов СУ убирать реактивную составляющую, то есть настраивать антенну в резонанс.
Литература
1. The radio amateurs handbook 1957 year.
2. К. Ротхаммель «Антенны» 1998 Санкт - Петербург
Александр Кузьменко (RV4LK).