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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sintonizador de antena semiautomático. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Antenas. Mediciones, ajuste, coordinación ¿Quién entre los radioaficionados no quería salir al aire en la naturaleza o simplemente desde un estacionamiento? Es bueno tener un dispositivo sólido de marca con un sintonizador de antena automático, pero ¿qué pasa si no tienes uno y no hay forma de implementar una antena de tamaño completo? Evidentemente, es necesario utilizar un dispositivo compatible. El sintonizador de antena propuesto está equipado con memoria, lo que facilita su uso. Cuando el transceptor funciona con una carga inigualable, es inevitable el reemplazo periódico de los transistores de salida del transmisor. Pero incluso si usa un sintonizador de antena, es poco probable que le deleite la necesidad de girar constantemente las perillas KPI y la bobina de inductancia variable (VIC), e incluso hacer clic en una docena de interruptores al pasar de una banda a otra y de una antena. a la antena. Para evitar ajustes manuales rutinarios, intenté crear un dispositivo que pudiera recordar los parámetros establecidos en cada banda y volver a ellos en el momento adecuado. La conmutación de condensadores y bobinas se realiza mediante relés, se controlan electrónicamente y mediante botones. Es importante señalar aquí que el sintonizador no puede seleccionar por sí solo los valores óptimos de capacitancia e inductancia (esto debe hacerse manualmente usando un medidor de ROE), sino que solo recuerda la configuración para cada rango. Por eso se llama semiautomático. El elemento de memoria utilizado es la memoria FLASH, que se encuentra dentro de casi cualquier microcomputadora moderna de un solo chip, por ejemplo, PIC16F84. Su bajo coste y disponibilidad de documentación de programación simplifica la tarea. En la fig. 1 muestra un esquema simplificado del dispositivo de adaptación.
El método binario se utiliza para formar el condensador variable y la inductancia variable. Ocho condensadores con una capacitancia cercana a la fila 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 pF, conmutados mediante el método binario, forman KPI de 4 a 1020 pF en pasos de 4 pF. Esto es suficiente para combinar en cualquier rango. Lo mismo ocurre con la inductancia variable. Al cambiar la profundidad de la broca y la capacidad del paso, puede obtener KPI y KPI, cambiando en casi cualquier rango y con cualquier precisión. Si ahora escribimos los códigos binarios equivalentes de capacitancia, inductancia y código de modo de funcionamiento en la ROM, al cambiar el rango, todos los valores configurados en cada rango se restaurarán automáticamente. El uso de interruptores sin contacto, por ejemplo diodos pin, es muy problemático debido a la alta potencia en los circuitos de conmutación. Además, como saben, cualquier diodo es una fuente (más bien un generador) de ruido y no linealidad. Cuando se utilizan interruptores de diodos, es necesario utilizar circuitos de filtro para normalizar la pureza espectral de la señal, y la antena, que no siempre tiene resonancia incluso cerca de la frecuencia de funcionamiento, no es tal elemento... Por lo tanto, y también para Por razones económicas, se utilizan relés para la conmutación. Dependiendo de la potencia, solo es necesario elegir el diseño correcto de relés, condensadores e inductores (con una potencia de hasta 60 W, RES49 fue suficiente para mí). El sintonizador consta de dos bloques: una unidad de control y una unidad de relé. El diagrama de la unidad de control se muestra en la Fig. 2. PIC1F16 se utiliza como controlador (DD84), los expansores de puertos se fabrican utilizando los registros DD2-DD5. La potencia de los elementos buffer (inversores de chips DD6-DD8) es suficiente para controlar la mayoría de los relés de 12 V.
Salida "Ind.-dir." diseñado para controlar un relé que cambia el microamperímetro del medidor ROE al medidor de corriente en la antena. El circuito "L-Rele" desenergiza todos los relés mientras los puertos están conmutando y, al mismo tiempo, se suministra un voltaje de 12 V a través de la resistencia R12 al circuito ALC del transmisor, reduciendo la potencia de salida de este último a un mínimo. Esto proporciona un modo de conmutación de relé seguro tanto desde el punto de vista de los transistores de salida del transmisor como desde el punto de vista de los contactos del relé, que no se pueden conmutar bajo tensión de RF. Los indicadores digitales HG1 y HG2 muestran la frecuencia del rango seleccionado en megahercios o símbolos en modo de programación (esto se discutirá a continuación). Durante el cambio de información, se corta la energía de los indicadores para eliminar fallas en los registros y la iluminación de la indicación. Utilice los botones SB1-SB4 para cambiar de banda, modo indicador (medidor SWR/medidor de corriente de antena) y también programar el sintonizador. Los puentes SA1 - SA4 están diseñados para permitir la programación del controlador soldado a la placa. El diagrama de bloques del relé se muestra en la Fig. 3. El sintonizador en sí está formado por ocho condensadores y un inductor con derivaciones. Están controlados por 16 relés. Los condensadores se conmutan mediante contactos de relé normalmente abiertos y las bobinas, mediante contactos normalmente cerrados. Además, un relé conecta la unidad de control a uno u otro punto del dispositivo correspondiente, y otro controla la derivación del sintonizador. La derivación del sintonizador se configura automáticamente cuando se apaga la alimentación.
El inductor está fabricado sobre un marco fluoroplástico con unas dimensiones de 140x10x30 mm. Ocho secciones se enrollan en una fila con nueve terminales utilizando cable PEL 1,5. La sección de orden inferior tiene dos vueltas. Cada sección posterior debe tener un número de vueltas 1,4 veces mayor que la anterior (la inductancia aproximadamente se duplica). Por razones prácticas, el número de vueltas de las secciones de la bobina se seleccionó redondeado a media vuelta a partir de los valores calculados: 2; 3; 4; 5,5; 8; once; 11; 15,5. La media vuelta se retira a través de un orificio en el marco fluoroplástico. Las vueltas de la siguiente sección se cuentan desde el punto de toma. Es recomendable incluir lo siguiente entre las características de diseño. Lo más importante es elegir el relé adecuado. Deben estar diseñados para conmutar señales de RF, tener un diseño sellado y la potencia de contacto requerida. Cuando utilice relés desconocidos, es mejor abrir uno de ellos y analizar el diseño. Es especialmente importante que el contacto conmutado no tenga conexión galvánica con el inducido del relé (esto ocurre a menudo en relés de baja frecuencia). Para una potencia de 50...60 W es suficiente RES49, para potencias de hasta 100...150 W se puede recomendar RES47. Aunque otros relés son adecuados para su uso, es importante que cumplan con los requisitos descritos anteriormente. El relé de derivación K19 y el relé de conmutación KPE K17 tienen dos grupos de contactos conmutables. Ambos grupos de contactos del relé K17 están conectados en paralelo para reducir pérdidas. De lo contrario, estos relés están sujetos a los requisitos descritos anteriormente. La versión del autor utiliza relés M4-12N. Al elegir los condensadores que forman el CPI, es necesario tener en cuenta la potencia de la etapa de salida adaptada del transmisor. A bajas potencias (50...60 W), se aceptan los condensadores KD-1 y KM-2-KM-5. En este caso, es conveniente montar cada condensador a partir de dos o tres idénticos en conexión en paralelo, para aumentar la potencia reactiva y reducir la inductancia de fuga de este último. A una potencia de 100...150 W, se recomienda utilizar condensadores KSO. Si los conductores de señal de RF se fabrican mediante cableado impreso, entonces no deben ser más estrechos que 5 mm, y es recomendable reforzarlos con una barra colectora de cobre del mismo ancho, soldada en la parte superior de las pistas. Esto es muy importante en frecuencias superiores a 10 MHz. El resonador de cuarzo ZQ1 en la unidad de control puede estar en cualquier frecuencia que esté dentro del rango operativo del controlador (normalmente 1...5 MHz). Cabezal dinámico BA1: cualquier tamaño pequeño con una resistencia de 8...32 ohmios. No importa cuán hermoso sea el diseño de un dispositivo en un microcontrolador, si no se le adjunta software, nadie necesitará dicho dispositivo durante cien años. Adjunto dos versiones de firmware: tuner.bin (tuner.hex) y tuner_1.bin (tuner_1.hex). La primera versión está destinada al uso de relés que conmutan secciones del KPI con contactos normalmente cerrados (es decir, cuando se aplica voltaje a la bobina de estos relés, sus contactos se abren). La segunda versión es para contactos de relé normalmente abiertos que controlan el CPI (cuando se aplica voltaje a la bobina de estos relés, sus contactos se cierran). La palabra de configuración para programar PIC16F84 es 3FFA. El sintonizador está convenientemente equipado con un medidor de ROE automático y un medidor de corriente de antena con cambio automático de rango (Fig. 4).
La información sobre la corriente de la antena y la ROE se ve bien en los indicadores de barra LED, y es conveniente tener solo un indicador de cuadrante y cambiarlo a ROE o corriente de la antena para una medición más precisa. El medidor ROE automático no fue desarrollado por mí, sino que simplemente lo adapté a mi diseño. Puede obtener información detallada sobre el medidor ROE en la página de Internet <krasnodar.online.ru/hamradio/un7gm_swr.htm>. El indicador de corriente de la antena tiene cinco subrangos de medición. Al pasar a cada subrango siguiente, la flecha indicadora regresa a la posición cero y el siguiente segmento del indicador de escala se ilumina. Al mismo tiempo, el divisor resistivo en el circuito del indicador de cuadrante conmuta, asegurando así la sensibilidad requerida del miliamperímetro a la corriente medida en la antena. Cuando se utiliza un medidor ROE automático, no se necesitan el relé K18 ni el indicador PA1 en la unidad de relé. Los transformadores de corriente del medidor de ROE y del medidor de corriente de antena se fabrican según el método tradicional sobre anillos de ferrita. El conductor central del cable pasa dentro del anillo, los devanados colectores de corriente se enrollan en forma toroidal en el anillo. L1, L2 -15+15 vueltas en dos cables PEL 0,2 en un anillo K7x4x2 hecho de ferrita 1000HH. La bobina L4 contiene 15 vueltas del mismo cable en el mismo anillo. De lo contrario, es necesario tener en cuenta los requisitos generales para la instalación de equipos de alta frecuencia. El uso de dos resistencias conectadas en serie (R37, R38, etc.) se debe a las características de diseño del medidor ROE. Ahora pasemos a configurarlo. Tendrás que seleccionar la resistencia R12 en la unidad de control. Es mejor hacer lo siguiente: conecte una resistencia variable de 12...5 kOhm entre el circuito de +10 V y la entrada ALC de su transmisor. Encienda la transmisión y gire el control deslizante de esta resistencia para lograr la potencia mínima del transmisor. Después de eso, reemplácelo por uno permanente. Si la resistencia de esta resistencia es inferior a 300 ohmios, el transistor VT4 de la unidad de control debe instalarse más potente, por ejemplo, KT829A, y la resistencia R12 debe tener una disipación de potencia de 0,5...1 W. La unidad de relé no requiere ajuste. En un medidor de ROE automático, la resistencia R28 equilibra el puente de medición. La resistencia R5 combina el rango de medición del indicador de escala LED con el valor SWR, y la resistencia R1 combina el rango de lecturas del indicador de cuadrante y el valor SWR. En un molinete de antena automático, es necesario ajustar R34 hasta que la posición máxima de la flecha PA1 coincida con el momento de cambiar al siguiente subrango de medición. Es posible utilizar un miliamperímetro con un drenaje de desviación total del puntero distinto de 1 mA; esto requerirá la selección de resistencias marcadas con un asterisco para mantener la precisión de conmutación de subrangos de medición de corriente en la antena. El voltaje máximo del sensor de corriente en la antena no debe exceder el suministro menos 0,5 V, en nuestro caso - 8,5 V. Se puede ajustar mediante el número de vueltas del transformador de corriente L4 o seleccionando la resistencia R61. Pero no debe elegir esta resistencia con una resistencia de más de 300 ohmios, ya que existirá la posibilidad de resonancia, lo que provocará una marcada no linealidad del sensor de corriente. Cabe señalar que si el voltaje de entrada excede el nivel de 8,5 V, el transistor VT1 dejará de funcionar como seguidor del transistor. En este caso, la sensibilidad disminuye drásticamente, pero las lecturas continúan cambiando. Esto es muy conveniente: en caso de que una señal de entrada inesperada abandone el rango de medición seleccionado, la funcionalidad del molinete automático en la antena se mantiene en un rango bastante grande. Al seleccionar la resistencia R55, puede asegurarse de que este momento ocurra en el último subrango de medición, preferiblemente en el primer tercio de la escala del microamperímetro, luego la parte restante de la escala se convierte en el siguiente (quinto) rango de medición, con una muy alta (hasta 30...40 V) límite para la tensión de entrada. Visualmente, la transición a este subrango se produce de forma lineal, sin saltos. Explotación. En modo normal, los indicadores digitales muestran megahercios de la banda seleccionada, incluido WARC. Seleccione el rango usando los botones SB3 (siguiente) y SB4 (anterior). Cuando el sintonizador está encendido, el alcance se establece en 160 metros. El botón SB2 cambia el indicador de cuadrante entre la ROE y el medidor de corriente de la antena. En este caso, los indicadores digitales forman las palabras “SW” o “JA” durante dos segundos y luego se restablece la indicación del rango seleccionado. El botón SB1 se utiliza para ingresar al modo de programación, en este caso primero se debe presionar el botón SB1 y, mientras lo mantiene presionado, presionar el botón SB2, mantenerlos juntos por 2 s hasta que aparezca una señal sonora y la inscripción “Pr”. Después de soltar los botones, aparecerá “Cx”, donde x es un número de O a F (forma hexadecimal), correspondiente al valor KPI equivalente leído de la memoria. Un paso de cambio de KPI corresponde a 4 pF (4...1020 pF). Entonces, ingresamos al modo de programación. Hay tres variables programables para cada rango. El botón SB3 selecciona secuencialmente estas variables, mostradas por indicadores digitales usando los símbolos Cx, Lx, Mx. Hay un parámetro más: Wc, que no es una variable programable, pero que también se puede seleccionar con el botón SB3. Indica que el controlador está listo para escribir información en la ROM interna. Para Cx y Lx, este es el valor equivalente digital en forma hexadecimal (0-F) leído desde la ROM interna. Además, sólo se muestra la tétrada más significativa del byte numérico, es decir, un cambio en uno corresponde a 16 pasos de KPI o control de KPI. Esta precisión de indicación es suficiente para el funcionamiento normal del sintonizador. La introducción de una indicación de la tétrada más baja no está justificada debido a la complejidad del control visual del proceso de programación debido al pequeño número de elementos de indicación. Las variables se modifican mediante pulsaciones sucesivas de los botones SB1 o SB2. El botón SB1 aumenta el valor de la variable en 1, el botón SB2 lo disminuye en 1. Para Mx, x es el modo de funcionamiento y se indica con los símbolos: El primer símbolo muestra el modo de derivación (el sintonizador no se usa en este rango), el segundo y tercero: el sintonizador está encendido, el KPI está conectado a uno u otro pin del KPI. El modo también se selecciona usando los botones SB1 y SB2. Wc - modo de grabación en ROM interna Para grabar, debe presionar el botón SB2 y mantenerlo presionado durante 2 segundos hasta que aparezca la señal de sonido y la palabra "Wo". Salir de la programación - botón SB4, también es necesario mantenerlo presionado durante 2 s. Después de salir, se restaurará la indicación de megahercios del rango seleccionado y el estado del sintonizador se establecerá de acuerdo con la entrada de la ROM. Si no se registraron cambios en el modo de programación, se restaurará el estado anterior a la programación (muy conveniente al experimentar). Para cada uno de los diez rangos (1,8; 3,5; 7; 10; 14; 18; 21; 24; 28; 29 MHz), se utilizan tres celdas de la ROM interna del controlador. Veamos un ejemplo. Digamos que queremos hacer coincidir una antena (u otra carga) en la banda de 21 MHz. Encienda el sintonizador. Se muestra “1,8” en el indicador, que corresponde al sintonizador encendido en la banda de 160 metros en el modo correspondiente a los datos leídos de la ROM (si la ROM en esta banda no fue programada, entonces la configuración del sintonizador ser indefinido). Configuramos el rango de 3 MHz presionando sucesivamente el botón SB21. Luego presione el botón SB1 y, sin soltarlo, presione el botón SB2. Después de aproximadamente 2 s, los indicadores mostrarán "Pr". Soltemos todos los botones. La indicación cambió a Cx, donde x es el valor KPI equivalente leído (ver arriba). Pulsando sucesivamente el botón SB3 llegamos a la aparición de la indicación “Mx”. Usando el botón SB1 seleccionamos, por ejemplo, el segmento superior. Pulsando el botón SB3 vamos a Lx y utilizamos los botones SB1 y SB2 para seleccionar el valor de la inductancia. Ahora presionando el botón SB3 nos dirigimos a Cx y usando los botones SB1 y SB2 seleccionamos el valor de capacitancia. Si la coordinación no mejora, entonces use el botón SB3 para regresar a Mx (modo) y cambie el punto de conexión del KPI al KPI con el botón SB1. El segmento inferior se iluminará. Repetimos el proceso de selección de KPIs y KPIs hasta obtener un resultado aceptable. El proceso de emparejamiento se controla mediante indicadores de escala y puntero. En el modo de programación, el indicador de cuadrante no cambia (el botón tiene una función diferente), pero conserva el estado que tenía antes de ingresar al modo de programación. Si no se requiere coincidencia, entonces en Mx configuramos con el botón SB1 o SB2 solo el segmento medio (modo bypass: no se usa el sintonizador). El botón SB2 activa inmediatamente este modo y el botón SB1 cambia las opciones en un anillo. Ahora solo queda escribir en la memoria lo que hemos configurado. Pulsando sucesivamente el botón SB3 llegamos a la indicación “Wc”, pulsamos el botón SB2 y lo mantenemos hasta que cambie la indicación (ver arriba para más detalles). Finalizada la grabación, salimos del modo programación con el botón SB4 manteniéndolo pulsado durante 2 s. Los indicadores muestran “21” nuevamente y el sintonizador está listo para operar en esta banda. ¡Atención! Si en el modo de programación en la etapa Wc el botón SB2 no se mantuvo presionado durante 2 s, o más precisamente si la inscripción "Wo" no apareció en los indicadores, entonces no se realizó la entrada en la memoria y después de salir del modo de programación El estado del sintonizador seguirá siendo original. En conclusión, me gustaría señalar que al utilizar el sintonizador incluso en condiciones estacionarias con un dipolo para un alcance de 40 metros, fue posible abandonar por completo el amplificador de potencia en las bandas HF para las comunicaciones cotidianas. Debido a una correcta coordinación, por ejemplo a 10 metros, el informe del corresponsal cambió de 56 a 59 más 10. Al mismo tiempo, la temperatura de los transistores de salida del transmisor disminuyó significativamente. Autor: A.Semichev, ES4MF
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