"Тихий" тюнер

Постановка задачи

Всем, работающим с DX знакома печальная в своей повторяемости ситуация: помехи из-за того, что кто-то настраивает РА и/или антенный тюнер на частоте DX. Конечно, в норме делать этого нельзя, надо сначала найти чистую частоту, перестроится туда, уменьшить мощность до минимума, настроить РА и тюнер, а затем вернуться на частоту DX. Но многие по лени этим пренебрегают: дескать мне неохота делать лишние движения, я быстренько тут настроюсь полной мощностью, за 20 секунд не сильно помешаю. Это, конечно, свинство (представьте, что DX отвечает вам после нескольких часов зова, а тут очередной "джигит" настраивается на частоте DX и вы не можете принять ответ и подтверждение). И даже если настройка была сделана в стороне от частоты DX не факт, что на той, другой частоте не было другой DX станции. В результате проблема помех от настройки на частоте DХ очень остра.

И организационными мерами она слабо решается (просто почитайте кластер, когда работает серьезная DXpedition). Попробуем если не совсем решить, то сильно ослабить эту проблему техническими средствами.

Если оставить в стороне моральную сторону дела, то РА и тюнер (или отдельный, если антенна многодиапазонная с внешним тюнером на столе, или П-контур в РА) настроить все-таки надо.

Но делать это полной мощностью нельзя. В лучшем случае нас справедливо обзовут поросенком, в худшем - покрепче. Значит остается только один вариант - делать это на мощности во много сотен раз меньшей номинальной. Тогда помеха от нас будет либо вообще ниже шума, либо едва слышна и не помешает другим.

Но если тюнер еще можно настроить на малой мощности, то РА должен быть настроен на полной мощности: положение конденсаторов и катушки П-контура зависят не только от частоты, но и от мощности (меняется выходное сопротивление лампы, и, соответственно, требования к коэффициенту трансформации П- контура).

Поэтому РА надо настраивать на эквиваленте нагрузки, выдерживающем полную мощность РА. Такой эквивалент у вас, надеюсь, есть? А если нет - приобретите, штука нужная и удобная.

Но внешний тюнер на эквивалент не настроишь. Он же согласовывает произвольное сопротивление антенны, да еще и трансформированное линией (обычно двухпроводной).

В принципе, можно настроить тюнер и на очень малой мощности передатчика. Но потребуется очень чувствительный измеритель КСВ на входе тюнера. Намного более чувствительный, чем при штатной работе.

Поясню примером. Допустим, у нас РА 400 Вт. И мы желаем настроить антенну при мощности в ней не более 1 Вт (это вряд ли кому заметно помешает). При снижении мощности в 400 раз, напряжения понижаются в 20 раз. Т.е. детекторы и индикаторы КСВ-метра должны обеспечивать терпимую работу при сигналах в 20 раз меньших, чем при нормальной работе. А это мало того, что трудно (надо обеспечить линейность детектирования совсем малых сигналов и последующее их последующее усиление после детектирования), так еще требует дополнительного переключения чувствительности КСВ-метра, что делает такую настройку длинной и неудобной. Считаем операции:

  1. переключить РА на эквивалент

  2. настроить РА

  3. переключить настроенный РА на тюнер

  4. сильно убавить мощность

  5. переключить КСВ-метр на высокую чувствительность

  6. настроить тюнер по минимуму отраженной волны между РА и входом тюнера

  7. переключить КСВ-метр на нормальную чувствительность

  8. вернуть мощность РА до полной.

И так каждый раз при переходе на новый диапазон. Нудный список. Попробуем укоротить его.

КСВ-метр на направленном ответвителе и его реверсирование

В предыдущей статье описан КСВ-метр на направленном ответвителе, сделанном на ферритовом "бинокле"(там же приведены тип сердечника и намоточные данные).

Анализируя работу этого КСВ-метра в предыдущей статье мы отмечали, что для его баланса (нуля отраженной волны при КСВ = 1) мало подключить нагрузку с чистыми 50 Ом к выходу (порту 2). Необходимо еще, чтобы нагрузки на ответвляемых портах 3 и 4 также были бы чисто активными по 50 Ом.

Если не выполнить последнее условие (т.е. к любому из ответвляемых портов 3 или 4 вместо 50 Ом подключить иную нагрузку, например, резонансную), то показания отраженной волны уже не будут нулевыми. Иначе говоря, выход отраженной волны реагирует не только на КСВ основной нагрузки (на порту 2), но и на КСВ нагрузки детекторов слаботочных, ответвляемых выходов 3 и 4.

На этом основано очень интересное и полезное для нашей задачи свойство частичного реверсирования такого КСВ-метра. Что это такое, проще всего понять посмотрев на следующую схему. Она отличается от предыдущей только тем, что в ней поменяны местами внешние цепи, подключенные к портам 1 и 3.

Посмотрим как работает эта схема .

Практически вся мощность РА через через 1 виток-перемычку между портами 3 и 4 выделяется в эквиваленте нагрузки R1 (он, конечно, должен выдерживать полную мощность РА). Можно спокойно настраивать РА на полной мощности.

1/400 (в квадрат отношения числа витков) часть выходной мощности РА (т.е. всего 1 ватт) ответвляется в порты 2 и 1. Ноль напряжения на выходе отраженной волны (который теперь на порту 1) будет в единственном случае: если импеданс, подключенный к порту 2 будет чисто активным и равным 50 Ом.

А к порту 2 у нас подключен вход тюнера, нагруженного на антенну. И 50 Ом там будет только тогда, когда тюнер точно согласовал антенну. При любом другом импедансе на порту 2 в направленном ответвителе возникает разбаланс и на порту 1 (т.е. выходе отраженной волны) появляется сигнал, пропорциональный КСВ нагрузки на порту 2 (т.е. текущему КСВ системы антенна + тюнер). Математику этого я опущу, она не очень проста.

Самое интересное в том, что сигнал отраженной волны на порту 1 будет большим. Точно таким же, как и в первой схеме при штатной работе КСВ-метра. Но в данном случае у нас на антенне в 400 раз (в квадрат отношения числа витков) меньшая мощность! А РА нагружен на эквивалент нагрузки и не "чувствует" процесса настройки тюнера.

Поэтому режим частичного реверса КСВ-метра на направленном ответвителе, показанный на предыдущей схеме очень удобен для настройки РА и тюнера: РА "видит" стабильные 50 Ом, а антенна в эфир излучает в 400 раз меньшую мощность, а чувствительность датчика обратной волны переключать не надо - сигнал с него такой же, как при обычной работе.

Причем достигается всё это простым переключением портов направленного ответвителя.

Измерения

Ниже приведены измерения направленного ответвителя в двух режимах.

Первый: к порту 2 подключен кабель антенны 7MHz, к порту 4 – нагрузка 50 Ом, к порту – 1 выход генератора измерителя АЧХ, к порту 3 (отраженная волна) – 50-ти омный вход измерителя АЧХ.

Т.е. проще говоря, изучался коэффициент передачи от порта 1 к порту 3, когда на порту 2 антенна, а на порту 4 резистор 50 Ом. Результат приведен на следующем скриншоте:

Видна типичная картина панорамного измерения КСВ: на резонансной частот е антенны (где она согласована с КСВ = 1) виден глубокий минимум отраженной волны. А на всех остальных частотах отраженная волна максимальна (–26 dB это коэффициент передачи нашего направленного ответвителя) и соответствует очень большому КСВ.

 

Второй режим: порты 2 и 4 без изменений (т.е. антенна и её эквивалент подключены также), а вот выход генератора измерителя АЧХ перемещен на порт 3, а измеритель отраженной волны (вход измерителя АЧХ) - на порт 1. Результат на скриншоте:

Картинка практически не отличается от предыдущей, ни по частоте, ни по уровням. Т.е. измеритель отраженной волны показывает в обоих режимах одно и то же.

И это самое интересное. Ведь в первом режиме на антенну приходит весь сигнал с генератора, а во втором - только 1/400 часть его мощности. А показания отраженной волны совершенно одинаковы. Т.е. во втором режиме можно комфортно (с большими сигналами на измерителе отраженной волны) настраивать антенну (или тюнер) при малой мощности излучаемой в эфир.

Схема тихого тюнера

Гибрид структурной и принципиальной схем тихого тюнера с описываемым КСВ-метром показан ниже:

В показанном на схеме положении "Работа" переключателя (или реле) S1 происходит нормальная работа в эфире: 399 ватт из 400 проходят в уже настроенный тюнер и через него в антенну. На подключенном к порту 3 резисторе 50 ом (обратная волна) выделяется от 0 ватт (когда тюнер точно согласован) до 1 ватта (когда тюнер совсем рассогласован). Измеритель отраженной волны при этом показывает от 0 до 10 В (если у него пиковый детектор и он выделяет амплитуду).

При переводе S1 в положение "Настройка" к почти вся мощность РА (399 ватт из 400) уходит в резистор эквивалента нагрузки. А оставшийся 1 ватт перераспределяется между входом тюнера и портом 1, к которому теперь подключен измеритель отраженной волны.

В этом режиме до антенны доходит не более 1 ватта, но невзирая на это измеритель КСВ будет показывать точно такой же диапазон напряжений, как и при нормальной работе: от 0 вольт при КСВ входа тюнера 1, до 10 В при полном рассогласовании входа тюнера. Т.е. не требуется переключать чувствительность измерителя КСВ.

Процедура настройки теперь выглядит так:

  1. переключить S1 в положение "Настройка"

  2. настроить РА (предполагается, что в нём есть свои измерительные приборы для этого). Если нет, то подключите соответствующий делитель с детектором к эквиваленту нагрузки и отградуируйте его в единицах выходной мощности.

  3. настроить тюнер (он может быть любым, устраивающим вас, например, Т-тюнер) по минимуму отраженной волны между РА и входом тюнера

  4. переключить S1 в положение "Работа"

Осталось 4 операции, вместо исходных 8-ми.

Переключатель (или реле) S1 должен:

Если в тюнере имеется питание, то имеет большой смысл в качестве S1 применить реле, которое переключается в режим "Работа" подачей питания на обмотку реле. Тогда при отключении радиостанции выход трансивера или РА автоматически отключится от антенны и переключится на резистор эквивалента. Это, в принципе, положено делать всегда при отключении радиостанции (чтобы в ваше отсутствие не повредить приемник близкими разрядами гроз), но об этом часто забывают или ленятся, а потом ремонтируют сгоревший вход приемника. С описанным включением реле антенна никогда не останется подключенной к приемнику, когда радиостанция выключена.



Beer Sheeba, 28.03.2016

На главную - Main page