Привет сандъкчии!
Искам да засегна една интересна тема – антенните тунери. Зная, че не много от нас тук са радиолюбители, но поради интригуващия проблем и свързаната с него схемотехника, решенията са гимнастика за ума от най-високо качество.
Както спменах в темата за моя АТ-150, антенния тунер или Антенното Съгласуващо Устройство (АСУ) представлява звено, изградено с реактивни елементи, чиято цел е да компенсира всякакви реактивни индуктивности и капацитети на една антена за определен честотен обхват по такъв начин, че предавателя да „вижда“ не тях, а колкото се може по чисто активно съпротивление от 50 ома, като по този начин се прехвърли максимално количество енергия към антената. Повечето транзисторни усилватели в предавателите са предвидени да развиват изходната си мощност в точно такъв товар и не толерират особенно други.
Предавателните антени (и въобще всички антени) имат честотнозависими размери и характеристики и повечето от тях не представляват „правилен“ товар за предавателя на други честоти, освен основната и може би нейните кратни (х2, х3 и т.н.). По тази причина немално радиолюбители вдигат антени „подрязани“ за определен обхат. По-сериозните и отдадени опъват няколко и ги превключват, а начинаещите с малко опит често опъват една за един обхват, най-често 7 или 14 мегахерца. При всички останали честоти антената представлява някаква произволна комбинация от активен и рекативен характер, т.е. комплексен импеданс с различни стойности и знак. Нека за пример дам 30 метров дипол, опънат хоризонтално на 15 метра над земята. Модела е от ARRL и е правен с EZNEC-3.
Обърнете внимание на графата Antenna Impedance. Може да видите, че той е изразен с реална и реактивна част от вида R +/- jX, където R е реалната част (активно съпротивление), а Х е реактивната. Там, където Х е със знак +, напрежението изпреварва тока, т.е. антента има индуктивен характер, а където е със знак – напрежението изостава от тока и антената е капацитивна. На следващото изображение може да видите много по-ясна картинка на импеданса, представен в полярни координати.
Може би забелязвате екстремните стойности в таблицата за някои честоти, особенно за 1.8МХц, където антената е къса. Дори захранена с коаксиал RG-213, който е с относително малки загуби на метър, КСВ откъм предавателя ще бъде чудовищно неприемливо и загубите ще са огромни. Ако импеданса на антената е 50 активни ома, то при дадените в примера 1500 вата напрежението би било 387.3 волта, идеалния случай. Поради реактивността на антената за различни честоти реалността обаче е друга – в последните две графи може да видите напреженията, които ще се развият в коаксиал и открита линия. Ако се опитате да „натикате“ 1500 вата на 1.8МХц в тази антена определено нещо, ако не и всичко, ще се подпали. На останалите честоти нещата също не са розови. Загубите там ще означават, че в крайна сметка не само ще имаме един претоварен предавател, но и надали ще излъчим нещо, защото цялата мощност ще се изгуби в линиите и въобще във всичко между предавателя и антената.
Има и още един факт, широко забравян от начинаещите – невъздушните захранващи линии са предвидени да работят с минимални загуби САМО АКО ИЗТОЧНИКА И ТОВАРА СА СЪГЛАСУВАНИ С ТЯХ! Т.е. загубите в един коаксиален кабел ще бъдат минмални само ако предавателя и антената са съгласувани. Това означава, че ако вашия антенен тунер се намира при предавателя, а между него и антената имате коаксиален кабел, нищо добро няма да следва от това. Тунера няма да компенсира импедансните отклонения на самата антена, а на системата антена+кабел, както се случи при мен в началото. Гледате на КСВ метъра 1:1, всичко изглежда ок, обаче тъй като коаксиалния кабел работи, например, при КСВ 5.5, загубите в него са толкова големи, че до антената ми я достигаха 10 вата, я не. А колко от тях са били излъчени, никой не знае. Надали много.
Как да постъпим тогава?
Има 2 варианта – или поставяме тунера в точката на захранване на антената, или го свързаме с нея с открита балансирана линия. Първия вариант е най-адекватен. При него разликите в импеданса на антената се компенсират от тунера директно при нея и коаксиалния кабел до предавателя работи с минимални загуби. Но не само че не всички тунери са създадени за това, но и не всички имаме достъп до опора в средната точка на антените си. Дори повечето от нас имат само двете крайни точки, между които сме ги опънали. Остава втория вариант – да захраним антената с открита линия, по която загубите са минимални дори при високо КСВ, след което да разположим тунера максимално близо до края ѝ. Аз дори това не успях да направя обаче. Живея в апартамент. Между радиото и и балкона има няколко метра коаксиален кабел, последван от БАЛУН 1:1 и трансформатор 1:4 (за да може шашавите импеданси на моята антена да се смъкнат в обхвата на тунера), после идва откритата линия до антената, някъде 7-8 метра. А тунера е при радиостанцията. След всички перипети, описани в темата за антената, успях да я докарам да се държи добре в тази конфигурация, но така и не зная колко точно излъчвам от моите 100 вата. За сега нещата а добре, имам връзка на 8000км.
Мислих, чудих се какво да купувам, какви пари да заделям. В крайна сметка се изнервих не само от цените на автоматичните тунери на пазара, но и от факта, че след бая четене по темата може би мога да си реша проблема и сам. Вече 3-4 месеца чета каквото мога да докопам по темата и започнах да осъзнавам и откривам някои тенденции. Разбрах че повечето антенни тунери са адски нескопосано направени. Осъзнах как е възможно военните да ползват без проблем ужасно смотани антени през цялото време и пак да успяват да правят връзки по цял свят. Проблема е основно в тунерите! Например царува мнението, че най-универсалния тунер е Т-звеното. Повечето любителски ААСУ на пазара са от този тип. А защо тогава професионалните и военните тунери използват масово пи-звено? Намерих някакви обяснения, че били скъпи, че била трудна настройката и т.н. А в същност повечето правят една и съща глупост – опитват се да настройват антените само по КСВ. А този параметър е много беден на информация. От него не се разбира нито с какъв знак е импеданса на антената, нито в каква абсолютна размерност, нито дали е под или над 50 ома реалната част, нито каква е разликата във фазите между тока и напрежението за дадена честота. И тъй като Т звената (и пи-звената също!) са триизмерно решение на двуизмерен проблем (3 променливи елемента за компенсиране на R и Х) винаги съществува опасността да настроите звеното на грешна комбинация от стойности. А това довежда до загуби в звеното, обикновенно в индуктивността. Гледате на метъра КСВ 1:1! Излъчвате 100 вата! Супер! А в същност 97 вата отиват в реалното съпротивление на индуктора, само 1-2 в антената! Осъзнах, че повечето истерии около „невероятните“ тунери са просто рекламни трикове. Те не винаги работят добре, не и във всякаква среда със всякакви (разумни, разбира се) антени. Къде е проблема?
За мен:
1) Липса на достатъчни на брой разнообразни и правилно разположени детектори на R, Z, ɸ, |Z|. Детекторите за права и отразена мощност са полезни, чрез тях се пресмята КСВ, но не са задължителни за недвусмислената настройка на едно съгласуващо звено.
2) Детекторите остават във веригата през цялото време, внасяйки постоянни загуби.
3) Няма никакви механизми за „тиха“ настройка, т.е. с малка мощност. Оператора трябва или да намали ръчно мощността по време на настройката или да настройва при пълна мощност, рискувайки и тунера, и предавателя. Сигналите се излъчват в ефир, създавайки смущения. И двата варианта са малоумни в тази ера на технологии. Аз правя точно така – свалям на 10 вата, настройвам, вдигам на 100 – предавам. Пълна простотия.
4) Т-звената с НЧ звена и пропускат над резонансната си честота. Това ознчава, че всички хармоници, генерирани от предавателя ще преминат безпрепятствено.
5) Няма никакъв механизъм, чрез който по време на настройката да се предотврати предавателя да „вижда“ високо КСВ, с което се рискува цялостта на крайното стъпало.
6) В повечето тунери няма защита от пренапрежения в антената, няма дори един ВЧ дросел на изхода поне да източва статичния заряд, който се натрупва в антента.
7) Немалко тунери използват вградени БАЛУН-и с доказано безумна конструкция, като например токов Ганела на едно ядро.
Нека сега съставим един списък с желания:
1) Широк обхват за настройка, не само като честоти, но и като обхват от импеданси.
2) Настройване на антената с пълна мощност от предавателя чрез механизъм за разсейване на излишната мощност в активен товар.
3) Тиха настройка с малка мощност към звеното.
4) Комбинация от детектори, осигуряваща недвусмислено правилна настройка на звеното във всички случаи.
5) Потискане на хармоничния състав на сигнала.
6) Напълно автоматизирана настройка на антената.
7) Защита на предавателя чрез осигуряване на ниско КСВ за него през целия процес на настройка.
Адекватен БАЛУН.
9) Заита от пренапрежения и статични заряди на изхода.
Вече мога да твърдя със сигурност, че горния списък МОЖЕ да бъде изпълнен без тунера да струва 10000 лева и без да ви е нужен екип инженери за изпълнението му. Може дори да се изпълни без микропроцесорен контрол и програмиране – само с твърда логика, въпреки че би било безумно от гледна точка на сложността на схемата за управление. Но с помощта на малък евтин микроконтролер, малко старание и много мислене, почти всеки с опит в конструирането на радиоапаратури може да се справи. Просто не трябва да се оставяме да бъдем убедени, че необходимото е недостъпно за нас, че е над нивото ни на разбиране, над възможностите ни. Е да, няма как да постигнем изключителни характеристики, но нека не забравяме, че не това е целта – ние сме любители.
В следващата публикация ще разгледаме един изключително ценен труд по темата от далечната 1973г. а по-натам ще се спрем на реализацията на един легендарен Български антенен тунер 03АТ на ACOM. Накрая ще се опитам да вплета най-доброто в един приемлив за повечето от нас вариант, едновременно достатъчно евтин и функционален. Пък да видим!
Начало
Активни теми
Търси
Вход
Регистрация
Тема: Антенни съгласуващи устройства - митове, легенди и възможности (Прочетена 6755 пъти)