После того как автор предлагаемой статьи обзавелся трансивером ICOM-706MK2G, встал вопрос о согласовании с ним несимметричного диполя, КСВ которого изменяется по диапазонам от 1,5 до 3. Было решено, что собирать и использовать ручной антенный тюнер в век всеобщей компьютеризации нецелесообразно. Так как в трансивере предусмотрен разъем для подключения автоматического антенного тюнера АН-4, было решено сконструировать именно автоматический тюнер.
     Посмотрев в Интернете описания нескольких тюнеров и не найдя в них ничего подходящего, я принялся за разработку тюнера собственной конструкции. В результате получился довольно простой аппарат, обладающий за счет связи с компьютером большими функциональными возможностями. Он имеет несимметричные вход и выход и выдерживает проходящую мощность до 100 Вт. Ее можно сделать и больше, если применить компоненты, рассчитанные на соответствующие значения высокочастотного напряжения и тока.
     Входное сопротивление тюнера (со стороны трансивера) — 50 Ом Он позволяет как автоматически, так и вручную согласовать с трансивером нагрузку комплексное сопротивление которой может находиться в широких пределах. Например, мою антенну — несимметричный четырехдиапазонный (80,40, 20 и 10 метров) диполь — тюнер автоматически согласовывает на всех перечисленных диапазонах до КСВ не более 1,3. В диапазоне 160 метров достигнут КСВ 1,8. В ручном режиме в большинстве случаев можно добиться и меньших значений КСВ, вплоть до 1. Продолжительность процедуры автоматического согласования не превышает 8 с.
     Тюнер подключается к трансиверу как по ВЧ, так и по цепям управления и питания аналогично предназначенному для трансиверов серии ICOM тюнеру АН-4. Его можно, конечно, использовать и с трансиверами других типов, в том числе самодельными
     Какие-либо органы ручного управления тюнером не предусмотрены, им управляют с помощью компьютера, работающего по специально разработанной мною программе Впрочем, наличие компьютера не обязательно, без него тюнер работает автономно в режиме автоматического согласования.
     Напряжение питания 13,8 В поступает на тюнер от трансивера, оборудованного специальным разъемом для его подключения. Таким, например, как схематически изображенный на рис. 1 разъем "Tuner" моего трансивера (вид со стороны задней панели). Номера контактов на рисунке условные, в тюнере они отсутствуют Но распределение цепей управления и питания по гнездам разъема соответствует действительности.
     Если в используемом трансивере такого разъема нет, напряжение питания на тюнер можно подать от любого источника Сигнал TSTR ("Старт тюнера") для тюнера входной. Импульсами низкого логического уровня на этом входе запускают или останавливают процесс автоматического согласования. Сформировать этот импульс можно с помощью обычной замыкающейся при нажатии кнопки. Ее контакты соединяют с входом TSTR и общим проводом. Низкий логический уровень формируемого тюнером сигнала TKEY ("Ключ тюнера") переключает трансивер на передачу.
     Схема ВЧ блока тюнера показана на рис. 2 Катушки L1—L8 и конденсаторы С5—С12 образуют Г-образный согласующий контур Параметры этих элементов выбраны так, что индуктивность (емкость) каждого из них в два раза больше или меньше, чем аналогичного соседнего элемента. Практика показала, что для нормальной работы тюнера особенно точного соблюдения этого закона не требуется. Достаточно установить конденсаторы с ближайшими к приведенным на схеме значениям емкости номиналами. Желательно, чтобы эти конденсаторы были слюдяными (например, КСО) и рассчитанными на напряжение на менее 250 В Число витков катушек индуктивности указано в таблице Все они бескаркасные намотаны витком к витку лакированным проводом диаметром 1,2 мм на оправке диаметром 15 мм.
     Задавая различные комбинации сработавших реле К1—К8 и К10—К17 можно получить по 256 различных значений индуктивности и емкости согласующего контура А с помощью реле К9 можно подключить набор конденсаторов параллельно антенне или параллельно выходу трансивера, что значительно расширяет интервал допустимых значений согласуемых импедансов нагрузки. Реле К1—К17 могут быть любыми достаточно высокочастотными и мощными с номинальным рабочим напряжением обмотки 12 В. Крайне желательно применить реле с минимальным временем срабатывания.
     Трансформатор тока TI1, конденсаторы С1—С4, резисторы R1, R2 и диоды VD1, VD2 образуют высокочастотный узел измерителя КСВ — датчик значений напряжения падающей и отраженной волн. От качества этого узла в значительной мере зависит точность согласования нагрузки в автоматическом режиме. Вторичная обмотка трансформатора (10+10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,3 мм) намотана на кольце внешним диаметром 8 мм из феррита 400НН. Первичная обмотка — одиночный провод, например, внутренний проводник коаксиального кабеля пропущенный сквозь кольцо с вторичной обмоткой.
     Схема блока управления тюнера изображена на рис. 3. Он собран на микроконтроллере PIC16F874 (DD1), в память которого должны быть загружены коды из прилагаемого к статье файла ATN_09_PIC16F874.hex. Допускается замена микроконтроллера на PIC16F877 или PIC16F877A. Каких-либо переделок в схеме не потребуется, но коды должны загружаться из файла ATN_09_PIC16F877A.hex. Микроконтроллер работает от внешнего тактового генератора G1. Это может быть любой интегральный кварцевый генератор на 16 МГц с напряжением питания 5 В.
     Сдвоенный ОУ DA2 усиливает перед подачей на аналоговые входы микроконтроллера сигналы падающей и отраженной волн, поступающие с ВЧ блока С подстроечного резистора R11 на встроенный АЦП микроконтроллера подается образцовое напряжение.
     Микросхема ADM202JN (DA1) служит для взаимного преобразования уровней сигналов интерфейса RS-232 (COM-порта компьютера) и микроконтроллера. Ее можно заменить одним из многочисленных аналогов, например МАХ232СРЕ При этом следует учитывать возможные различия в назначении выводов микросхем и рекомендуемых номиналах конденсаторов С1, С2, С4, С5.
     Печатная плата блока управления (рис. 4) — односторонняя Внешний вид тюнера показан на фотоснимке рис. 5. Он собран в металлическом корпусе от привода CD-ROM разделенном на два отсека перегородкой из фольгированного стеклотекстолита, и с передней и задней панелями из того же материала В одном отсеке находится ВЧ блок, а в другом — блок управления. На перегородке установлены проходные конденсаторы, через которые проходят все соединяющие блоки цепи.
     Высокочастотные разъемы, четырехконтактная вилка РС4Г управления и питания (Х1 на рис. 3). девятиконтактная розетка DB-9F интерфейса RS-232 (Х2 там же) установлены на задней панели. На его передней панели находятся светодиоды блока управления.
     Измерительный узел КСВ метра в этой конструкции размещен на общей плате ВЧ блока, однако крайне желательно выполнить его в виде отдельного экранированного модуля.
     Непосредственно после подачи на тюнер напряжения питания обмотки всех его реле обесточены. В течение 2 с мигают оба светодиода, сигнализируя об исправности микроконтроллера. В установленном по умолчанию автоматическом режиме при подаче импульса низкого логического уровня на вход TSTR (конт. 2 разъема Х1) будет установлен низкий уровень на выходе TKEY (конт. 1 разъема Х1), что должно переключить трансивер на передачу непрерывного сигнала. Его мощность должна быть заранее понижена приблизительно до 20 Вт
     Далее тюнер, убедившись в достаточном уровне сигнала на разъеме XW1 измеряет КСВ нагрузки. Если он более 1,1, начинается процесс согласования.
     Он прекращается при достижении КСВ=1 Включается зеленый светодиод HL1 а трансивер переходит на прием. Если идеального согласования получить не удается, процесс заканчивается при минимальном достигнутом значении КСВ. До автоматического завершения согласования можно повторно подать на вход TSTR низкий уровень, процесс будет прерван принудительно.
     Попытка выполнить автоматическое согласование при начальном КСВ менее 1,1 приведет лишь к кратковременному переходу трансивера на передачу и миганию светодиода HL1
     Тюнер заранее не определяет импеданс нагрузки, чтобы выяснить, к какому концу батареи катушек индуктивности L1 —L2 нужно подключить конденсаторы С5—С12, чтобы добиться оптимального согласования. Вместо этого он при каждом запуске процедуры согласования переводит реле К9 в противоположное состояние. По этой причине первая попытка автоматического согласования может не дать желаемого результата и ее придется повторить еще раз. Светодиод HL2 красного цвета свечения сигнализирует о состоянии реле К9
     В режиме ручного согласования, которое может быть выполнено только с помощью компьютера, первый импульс низкого уровня на входе TSTR лишь переключит трансивер на передачу, а повторный — на прием.
     Для управления тюнером я разработал программу-плагин к аппаратному журналу "Лоцман” (http://radiosoft.info/?Programmy:Locman_2009 ). Этот плагин находится на странице http://radiosoft.info/?Programmy:Locman_ 2009:Plaginy и позволяет:
—    управлять вручную индуктивностью и емкостью согласующего контура тюнера;
—    сохранять в памяти компьютера до двадцати вариантов настройки контура для каждого диапазона;
—    автоматически устанавливать хранящиеся в памяти варианты настройки контура при переходе с диапазона на диапазон;
—    автоматически устанавливать хранящиеся в памяти варианты настройки контура при перестройке трансивера в пределах диапазона (только при наличии CAT-системы и установленном плагине CAT, который также можно найти на странице http://radiosoft.info/?Programmy:Locman_ 2009:Plaginy);
—    отображать значения КСВ (при передаче);
—    отображать условный уровень сигнала передатчика.
     Обмен информацией между тюнером и компьютером происходит со скоростью 9600 Бод через физический или созданный с помощью переходника USB-COM виртуальный COM-порт компьютера На время выполнения автоматического согласования связь тюнера с компьютером прерывается.
     Для налаживания тюнера желательно иметь отдельный эталонный КСВ-метр. например, встроенный в трансивер. Налаживание сводится к балансировке КСВ-метра тюнера подстроечным конденсатором С1 (см. рис. 2). установке образцового напряжения АЦП микроконтроллера подстроенным резистором R11 (см. рис. 3) и установке уровней напряжения падающей и отраженной волн на входах RA0 и RA1 микроконтроллера соответственно подстроенными резисторами R1 и R2 (см. рис. 3).
     Соедините разъем XW1 тюнера с трансивером, а разъем XW2 — с эквивалентом антенны (резистором 50 Ом достаточной мощности). Уменьшите мощность передатчика трансивера до 10...20 Вт и переведите его на передачу непрерывного сигнала (в режиме CW или RTTY). Подключите вольтметр постоянного тока к выходу Uотр ВЧ блока или к соединенному с ним входу блока управления и подстроечным конденсатором С1 добейтесь нулевых показаний.
     Дальнейшее налаживание удобно производить с помощью программы Tuning" (http://radiosoft.info/?download=tunings.zip). Она не требует установки, достаточно запустить ее на выполнение. В окне программы следует указать СОМ-порт компьютера, к которому подключен тюнер. Когда связь с тюнером будет установлена, станут видны значения напряжения падающей и отраженной волн (в условных единицах) и КСВ.
     Подстроечным резистором R11 установите образцовое напряжение АЦП в пределах 3...4 В (измеряется на выв. 5 микроконтроллера). Подстроечным резистором R1 отрегулируйте уровень напряжения падающей волны на выв. 2 (RAO) микроконтроллера В окне программы он должен составлять 80—100 единиц, а непосредственно на выводе — около 0,6 В.
     Переведите трансивер на прием Увеличьте сопротивление нагрузки с 50 Ом до 100. .200 Ом, чтобы повысить КСВ. или, еще лучше, подключите к тюнеру реальную антенну с повышенным КСВ Вновь переведите трансивер на передачу (при пониженной мощности!).
     Подстроечным резистором R2 добейтесь, чтобы КСВ в окне программы стал равен показываемому образцовым КСВ-метром. Эту операцию рекомендуется повторить на всех диапазонах. Если от разности показаний избавиться не удается (это свидетельствует о низком качестве изготовления КСВ-метра тюнера или его высокочастотного блока), постарайтесь ее минимизировать. На этом налаживание тюнера можно считать законченным.
Материал взят из: Журнала Радио 2010 №2

В архиве прошивка для микроконтроллера

tuner.rar [6,6 Kb] (cкачиваний: 364)