čtvrtek 6. září 2012

Anténní L-článek nejen k FT-817



                          
                                                                Finální L-článek:


   K nedávno znovu pořízené FT-817 jsem potřeboval nějaký anténní tunner pro vyladění drátových antén.
Blížila se dovolená a já si zapůjčil na otestování MFJ- 904:


 Byla to zápůjčka s tím, že pokud se mi to bude líbit, tak byla možnost odprodeje za nějakou rozumnou cenu. Na chalupě jsem zkoušel vyladit 40m drátovou LW. Rezonanční délky jsou co účinnosti antén LW ideální, nepotřebují tak kvalitní protiváhy. Neboli na nekvalitní zemi nejsou takové ztráty.
  A tady jsem narazil. Pokud byla anténa délky λ/2, nebo násobky, MFJ-904 nefungoval. Lepší to bylo, pokud jsem použil vnitřní balun 1:4 ale stále to nebylo ono. Prostě se to nedalo vyladit, výrazně pomohlo zkrácení 40m na 30m. Pak bylo vyladění bezproblémové.
   Jenomže já chtěl právě rezonanční délky, wýkon na rozdávání u QRP není, ztráty byť i 30 procent jsou nežádoucí.  Tedy  jsem koukal na web a našel nějaké úpravy tohoto tuneru právě kvůli 80m bandu, kde bývají s MFJ-904 problémy. Buď z toho dělají L-článek a zvětšují kapacity a indukčnosti , nebo se předělává na Π článek. Viz:
  Já ale  nechtěl do půjčeného zařízení vrtat. Také už na MFJ zlobil  přesuvný přepínač „byphas“  a jeden z kondenzátorů měl poměrně velkou vůli. I měření SWR bylo nějaké divné  a minimum se nekrylo s maximem signálu na vzdáleném SDR přijímači na webu, kterým jsem antény testoval. Na vině byl možná malý výkon z TRXu.
  
Na webu OK1CPR jsem  našel fotografii vnitřního uspořádání  ( foto úpravy ):


Není mi moc jasné co je na tom MFJ tuneru tak drahé. Koukal jsem na cenu nového a v GESu ho momentálně mají za 3290kč. V Ddamteku dokonce 3800kč!!  Už vůbec nechápu, že to někdo za ty peníze koupí :-(
Jen tak mimochodem....přepínač použitý na přepínání odboček indukčnosti je v MFJ podle fotografie tento:
V GESu lze dohledat datasheet : http://www.ges.cz/cz/ds-1-GES06503788.html
                                                  http://www.ges.cz/sheets/d/ds2pc.pdf

                ...kde se mimo jiné uvádí ..... 250V  0,15A !!!
  MFJ-904 se pyšní možným zatížením 150W ! Průměrně zdatný radioamatér si dokáže spočítat, kolikrát může být proud kontaktem přepínače překročen.  Už tahle skutečnost mi docela sklamala, u značkového modelu tuneru navíc za poměrně velké peníze jsem čekal solidnější provedení. Možná ale výrobce má nějakou jinou řadu přepínačů.... Každopádně ale napětí na kondíku s mezerami mezi plechy maximálně 1mm při 100W výkonu  a nastavené  vysoké výstupní impedanci určitě způsobí sršení a výboj mezi deskami. Prostě tunery na 150W výkonu vypadají trochu jinak. Jo možná ještě tak kdyby na tuneru bylo max. 20W vypadalo by to mnohem věrohodněji. Už proto jsem se rozhodnul, že MFJ-904 určitě ne a rád jsem ho vrátil majiteli.
    Co tedy ale jiného? Postavit nějaký L-článek!

Na webu jsem našel spoustu inspirace:

Mezi dalšími i  malý sympatický  tuner Altodis:
http://kd1jv.qrpradio.com/alt/ALT.HTM
  Sice určený až od 40m bandu výše, ale pokud bych dal větší L a C, mělo by to chodit. Poskládal jsem na stole L článek ve stylu vrabčí hnízdo. Místo propojkami nastavovanou indukčností jsem použil kulový variometr s cívkami v sérii , jako kapacitu dva styroflexové ladící kondenzárory z torza nějakých radiobudíku. Byly použité v AM/FM tunneru a mely kapacitu 2x160 + 2x 18 pF. Oba paralelně pak „uměly“ cca 670pF a minimální kapacity byla 48pF.  Test dopadl výborně, vyladění 40m drátu se povedlo s indukčností cca 17 μH a kapacitou asi 345pF. Na vzdáleném SDR jednoznačně nejlepší signál. Při zkoušce na 7 MHz se ale zakouřilo z jednoho kondíku. Na obvodu míst, kde  jsou proložené rotorové lístky izolačními podložkami se objevilo sršení a styroflexová izolace se zkroutila a zčernala. Bohužel nejspíš nevydržel napětí , které může být i při malém výkonu 5W okolo 150V.  Určitě už ale kond. měl svoje nejlepší léta za sebou. I ten druhý, který přežil, při ladění skokově měnil hodnoty.  Ale pro vyzkoušení to stačilo, bylo rozhodnuto L-článek je ta správná volba! Nakonec jsem se o výhodách L-článku dozvěděl na webu OK2BUH, doporučuji k prostudování: http://ok2buh.nagano.cz/first/Antenni%20tunery.html

   Teď to ještě zabalit do nějaké malé krabičky. Tím pádem jsem odepsal kulový variometr, jehož rozměry jsou větší, než vlastní TRX FT-817. Podmínka byla rozměry celého modulu přispůsobení co nejmenší a když už to člověk dělá, možnost vyladit i půlvlnné vysokoimpedanční antény v pásmu 160m.
  Nepostradatelná věc bude malý ladicí kond, nejlépe ve vzduchovém provedení. K styroflexovým kondíkům už nějak nemám důvěru, i když kdyby byl nový, asi by nebyl problém. Pěkný robustní  vzduchový kondenzátor za velmi pěknou cenu 39 kč  jsem objevil ve firmě Denkl Electronic.
( http://www.denkl.cz/eshop/kond.lad.360-320%2B2x14.7-6821 )  
 Kapacita 320 + 380 pF ( na webu špatně uvedeno 320+360 )   je ideální, kondenzátor má uvnitř i malou převodovku, vymezení vůle v převodu dvojitým rotorovým ozubením s pružinkou.:
 Obě sekce jsem spojil paralelně, výsledná kapacita je  při měření 16-710pF.

 S proměnnou indukčností už to je horší, nic hotového není kromě různých rollšpulí a variometrů velkých rozměrů k dispozici. Tovární zařízení používají převážně vícepolohový přepínač, který přepíná odbočky na cívce. ( viz MFJ-904 ) Šel jsem stejnou cestou, jako základ posloužil pěkný 18-ti polohový přepínač získaný od Franty OK1FKT na původně úplně jiný projekt. Bylo třeba upravit - změkčit aretaci zkrácením tlačných pružinek, přepínač šel velmi ztěžka. Pro daný účela QRP ale vyhoví i běžně dostupný 12-ti polohový přepínač z GESu, vetší krok mezi jednotlivými polohami by neměl vadit. Hlavní indukčnost jsem namotal na toroid Amidon typ T130-2. Má 30 závitů obyčejným pocínovaným nesmaltovaným drátem o průměru 0,8mm. Na vnitřní straně toroidu je  na závity navlečená původní izolace drátu, aby se závity blízko sebe nedotýkaly, zbytek je obnažený:


 Na vnější část jsou rovnou připájené jednotlivé odbočky přepínače:


 Odbočky jsou volené tak, aby krok  při přepínání indukčnosti byl pokud možno stejný. Popis závitů/odbočku je přehledně popsán v tabulce pod celkovým schématem. Pro ladění na spodních KV pásmech je indukčnost 10μH malá. Proto jsem využil páčkový přepínač s  třetí prostřední tzv. mrtvou polohou ( typ zap./vyp./zap. ) a tím připojuji/zkratuji další indukčnost 10/20 μH. Ta je navinuta na dalším toroidu T130-2 a má 23+15 závitů. To při pohledu na různé závity obou sekcí vypadá nesmyslně, ale je tomu tak. S přibývajícími závity neroste totiž indukčnost lineárně, proto je na další sekci závitů méně. Orientaci L-článku neboli přesně řečeno to, jestli ladicí kapacita bude na vstupu nebo na výstupu zajišťuje další třípolohový přepínač. Takováto koncepce L-článku teoreticky pokreje celý rozsah možných impedancí zátěže, praktický rozsah přeladění je to dán minimální a maximální použitelnou kapacitou a indukčností. Prostřední poloha přepínače pak kapacitu odpojuje úplně, mezi vstupem a výstupem je pouze proměnná indukčnost.
  Další třetí  přepínač pak k proměnnému kondenzátoru připojuje paralelně další kondenzátor s kapacitou 680pF a rozšiřuje tak rozsah přeladění na cca 700-1400pF.   Celý L-článek jsem pak vestavěl do krabičky UKP, kterou jsem ale zkrátil. Odříznul jsem část tak, aby hloubka krabičky byla jen 75mm.  Celková velikost pak vychází 90x40x75mm  ( ŠxVxH ) Vzdálenost mezi předním a zadním panelem je dána délkou ladicího kondenzátoru – 66mm, výška krabičky je původní a daná velikostí toroidu T130-2 včetně vinutí.  V této konfiguraci jsem pak L-článek ještě řádně otestoval před odjezdem na dovolenou. Vše fungovalo výtečně, testy ukázaly možnost použití od 1,8 - 50MHz.
  
  Během dovolené jsem při praktickém provozu zjistil, že ladění pomocí vestavěného PSV metru na FT-817 je poměrně nepraktické. Samozřejmě to fungovalo,  ale největší problém byl v momentě, kdy byl L-článek umístěn dál od TRXu. Pak je vyladění antény časově a „logisticky“ náročné. Další věc je, že TRX v průběhu ladění antény většinou ukazoval „HIGH PSW“ a raději jsem přepínal na nejnižší výkon, aby to nějak rádiu neublížilo. V poslední řadě pak nebylo možné podle indikace SWR na TRXu zjistit,  „jakým směrem ladit“ aby se přispůsobení vylepšilo. Indikace – barograf byl stále plný…. Prostě a jednoduše -  absence  měření přispůsobení na L-článku mě vadila.
  
  Z výše uvedených důvodů a také proto, že předpokládám budoucí využití L-článku k nějakému „homemade“ TRX vlastní výroby (plánuji si postavit ANTEK 80) jsem doma L-článek rozebral a chtěl udělat jiný s vestavěným SWR metrem. Protože mě bylo líto už vyrobené krabičky....


 ....a hlavně po zjištění, že LED-kový SWR metr použitý v Altodis tuneru (a vyzkoušený na stole) naprosto vyhovuje, jsem vyrobil pouze jiný přední panel. Na ten jsem přidal další přepínač  a dvě LED-diody, takže proti původnímu přibyly další otvory....


 Přepínače bylo nutno uspořádat v matici 2x2 a jsou těsně vedle sebe aby se na panel vešly:



Další přidaný přepínač zapíná funkci SWR – metru a LED diody indikují naladění L-článku. Zhasnutí modré indikuje pokes PSV pod cca 1:4 a zhasnutí červené indikuje právě vyladěnou anténu. Využívá se při tom různé napětí pro rozsvícení červené (1,3V) a modré (3,6V) LEDky.  Celý SVR metr využívá odporový můstek, což zajišťuje, že při ladění bude TRX zatížen vždy minimálně alespoň 100Ω odporem a SWR nepřekročí hodnotu 1:2.  Výhoda pro TRX, určitě už na FT-817 při ladění antény neuvidím nápis„HIGH PSW“, který mě „znepokojoval“
  Přední štítek je v rychlosti nakreslen v programu „malování“, který je součástí windows. Do programu jsem nejprve importoval oscanovaný přední panel, abych mohl jednodušeji rozmístit potřebné popisky.....



  Štítek jsem vytisknul  na papírovou samolepku, ta je ještě přelepena průhlednou tenkou fólií. Po sestaveni L-článku ještě před namontováním přepínačů jsem štítek nalepil na přední desku panelu.
Schéma zapojení celého L-článku s SWR metrem: ( pro zvětšení klikni na schéma )


 V úhlopříčce meřicího můstku je transformátor TR1 s převodem nahoru, aby bylo možné indikovat LED-kou i malá napětí (nevyvážení)  Celou indikaci jsem pak ještě doplnil o akustickou signalizaci pomocí malé piezosirénky KPE 242 – dodává např. GM electronic.
(   http://www.gme.cz/cz/kpe242-p641-023/ ) . Akustická signalizace povyšuje komfort SWR metru ještě o „level“ výše. Je totiž možnost ladit třeba i za prudkého slunečního dne kdy světlo LED je obtížně čitelné. Ladění na minimum – zánik tónu piezosirénky je opravdu luxusní  doplněk.
  Navíc minimální napětí, při kterém piezosirénka ještě píská je cca 0,8V a tedy indikuje i tehdy, když už je i červená LED-ka zhasnutá. I při napájení cca 10V má jen velmi malý odběr a neovlivňuje indikaci pomocí LED-diod.  Jediná malá vada na kráse je, že sirénka nemění výšku tónu (jen v malých mezích) v závislosti na napájecím napětí, ale jen hlasitost. Ale neměl by být problém navrhnout napětím laděný nf oscilátor například s oblíbenou 555.   Já už na to neměl místo, navíc by to asi chtělo ext. napájení. Ale věřím, že se někdo v budoucnu  mým nápadem inspiruje a takovou tónovou signalizaci SWR změnou výšky tónu vyřeší. Ale jak jsem si prakticky vyzkoušel i ladění se sirénkou KPE 242 je velmi pohodlné.  ( Pozn. Letos v Holicích byly k mání sirénky za cca 5 kč podstatně větších rozměrů než KPE 242 ovšem některé pracují již od 0,65V! )
 V celé konstrukci L-článku jsem udělal ještě jenu změnu oproti původní konstrukci bez SWR měření. Obyčejný přepínač, kterým připojuji paralelně k ladicímu kondíku kapacitu 680pF jsem nahradil také dvojitým třípolohovým typem (zap./vyp./zap.) Další polohu „zadarmo“pak využívám pro zařazení kondenzátoru 220pF do série s ladicím kondem. Na vyšších kmitočtech se totiž využívá jen malá část z kapacity kondenzátoru ( cca do 150pF ) a sérová kapacita roztáhne rozsah ladění. To je pak na vyšších pásmech méně ostré a pohodlnější. Navíc to odlehčí napěťovému namáhání otočného kondenzátoru a vf napětí se rozloží v obráceném poměru obou sériových kapacit. Obě přídavné kapacity jsou kvalitní slídové typy WK71413.

Vlastní konstrukce  a vnitřní uspořádání celého L-článku je patrné z fotografií:




Přední a zadní panel je z oboustranného kuprextitu, mechanicky jsou oba panely přišroubované k ladicímu kondenzátoru a na opačné straně pak distancí z 2mm závitové tyčky a trubičky.


   Toroidní jádra jsem povrchově upravil namotáním jedné vrstvy teflonové pásky:



 Tato úprava je praktická, kromě dobrých izolačních vlastností totiž na jádru drát neklouže a pěkně se utahuje do měkkého teflonového povrchu. Použití pásky je praktické i na feritové  toroidy, které mají ostré hrany. Páska  zamezí k prodírání izolace na vinutí. Teflonová páska se dá se pořídit v instalatérských potřebách a je původně určená k těsnění závitových spojů. Doporučuji pořídit širší provedení – páska má větší tloušťku. V případě použití na malé toroidy lze podélně rozříznout třeba skalpelem a použít k namotání užší pásek.
 Měricí odporový můstek je postaven na zvláštní desce plošných spojů, kde jsou vyleptané jen můstky:



Deska je přišroubovaná k ladicímu kondenzátoru a s indikačními LED propojena kablíkem. Blokovací kondíky v SMD provedení jsou přiletované rovnou na LED, stejně tak sériové odpory 1kΩ a 10kΩ. Obě LED diody mají čiré – průhledné pouzdro. Odpory 50Ω jsou sestavené vždy ze dvou 100Ω/2W metaloxydových odporů, jak je patrné z obrázku.
   Předřadný odpor u modré LED je 10x větší, aby byla zachovaná stejná svítivost jako červené LED. Modré (bílé) LED s 3,6V napájením totiž obecně svítí velmi dobře už i při malých proudech. Celé je to uvnitř „vydrátované“ měděným izolovaným drátem 0,8mm s PVC izolací. Dva takové vodiče se pohodlně vejdou do pájecích oček na páčkových přepínačích.
Toroid L1 nemá žádné uchycení, drží samonosně pomocí  18-ti naletovaných odboček na přepínači, Toroid L2 je přichycen stahovací páskou k originálnímu plastovému sloupku v krabičce, který slouží jako distance při sešroubování obou dílů:



 Malý toroid TR1 je k desce spojů přichycen tavným lepidlem.  V zadním panelu je třeba vyvrtat otvor, kterým prochází hlavní osa otočného kondenzátoru. Bohužel trochu vyčuhuje, ale ničemu to nevadí:



 Zkracovat tuto osu nedoporučuji, těsně vedle je kuličkové ložisko a nemuselo by se mu to líbit.
Hlavní hřídelku ale bylo třeba zkrátit cca na 6mm délky. Udělal jsem to tak, že jsem celý kondenzátor zabalil do igelitového pytlíku a nechal koukat jen osu. Přebytečný konec jsem upnul  do svěráku a opatrně odříznul pilkou na železo. Přes to, že je otočný  kondenzátor zakrytovaný plastovými díly....


..... je nutné dbát, aby se do kondu nedostal žádný prach! Mezery mezi deskami jsou malé, prach by mohl způsobit zkraty.
 Vstup a výstup L-článku jsem z hlediska rozměrů a možnosti jednoduchého a rychlého  připojení kabeláže vybavil panelovými BNC konektory. Pro připojení drátové antény využívám BNC adaptér, který se jen prostě nasune na BNC panelovou zásuvku:



Při transportu se pak  redukce jednoduše vysune čímž se krabička L- článku stane skladnější:


... a lépe se vejde do " přepravního cestovního radioamatérského portable QRP " kufříku:





                                              LW 40m + svorka na "přizemnění na něco"


pokračování příště......

2 komentáře:

  1. Moc pekna konstrukce. Nejlepsi QRP co jsem videl. Uz mam vse krome prepinace. Asi pouziju klasicky 12 poloh. Vlada

    OdpovědětVymazat
  2. Hledal jsem inspiraci pro anténní tuner k QRP. Už už nemusím, dík. Jarda ok1cjb

    OdpovědětVymazat

Pokud budete cokoliv psát, prosím zdržte se vulgárních výrazu. Vše ostatní se dá akceptovat :-)