hamradioshop.ro
Articole > Echipamente si constructii radio Litere mici Litere medii Litere mari     Comentati acest articol    Tipariti

Automatic Antenna Tuner... pentru oricine!

Marius Ciobanu YO6RK

     Desi ideal ar fi ca un emitator sa lucreze fara un adaptor de antena, realitatea face ca un astfel de accesoriu sa fie aproape obligatoriu. Cand vrem rapiditate si comoditate... alegem un antena tuner automat (ATU).

Primul meu tuner (pe care il am si acum) a fost o configuratie in Z-Match. Cu ceva timp in urma, am avut o tentativa de a-l face automat, dar... proiectul nu s-a mai finalizat.

Ulterior am mai avut ceva tentative de a construi un tuner automat, avand ca baza controlerele ATMEGA disponibile prin intermediul placutelor de dezvoltare ARDUINO. Cautand prin internet, am aflat ca prin toamna lui 2018, N7DDC - David, realizeaza un prim proiect de tuner automat, eu avand sa-l descoper anul urmator.
Tunerul este clasic, in retea L, comutat cu relee, comandat de un controler PIC. Pentru acest tuner, proiectul este disponibil complet ( https://github.com/Dfinitski/N7DDC-ATU-100-mini-and-extended-boards ), avand acces la schema, fisierele pentru PCB, dar mai ales la codul sursa pentru controler. Autorul a conceput tunerul in ideea de a fi montat la antena dar si langa statie. Acest tuner poate fi operat simplu, in mod manual, dar si automat, comandat de catre statie; este conceput pentru a fi conectat la transceiverele ICOM. Personal nu am incercat pe alte transceivere in afara de ICOM, nu am de unde sa stiu daca alte statii pot comanda si controla tunerul.


    Pentru realizare, am dat comanda pentru PCB la jlcpcb.com, urmand ca ulterior sa fie populat cu componentele necesare.



La primul test, am ramas putin blocat: tunerul reusise sa adapteze 6m de sarma in numai 2 secunde!

Dupa toate testele si incercarile, am trecut la diferite imbunatatiri. Pe forumul rusesc cqham.ru in topicul dedicat, sunt destul de multe informatii si diferite ramificatii pornind de la proiectul de baza.
Astfel a luat fiinta tunerul de 1KW,  variante de tuner cu un mic meniu dar si cu posibilitatea de a face un "acord manual fin".  Cu putina atentie mi-am facut propria versiune de firmware, modificand unii parametri dupa nevoile personale.

Acest tuner a devenit foarte popular, evident  a fost copiat de catre chinezi; totusi daca cumparati de la ei, trebuie avut in vedere ca de cele mai multe ori condensatorii din reteaua L si miezurile folosite in bobine, nu sunt de buna calitate!


     Pentru ca acest tuner nu este prea prietenos la alimentarea din baterii atunci cand este folosit in natura, autorul a dezvoltat o versiune de tuner cu relee latch si baterie inclusa in aceeasi carcasa.

Acest tuner are un mic modul step up cu pin de enable, astfel ca tunerul poate intra in sleep si consumul bateriei scade foarte mult. Si acest tuner este capabil de a suporta 100W ca si precedentul.

Operarea cu acest tuner se face numai in modul manual, adica tunerul se insereaza in circuitul antenei, iar pentru acord va trebui apasat butonul TUNE, acesta ramanand in stare de asteptare pana apare RF in puntea SWR.

Acest proiect, destul de putin cunoscut, nu este public (pe github), informatii despre aceasta versiune se gaseste numai pe forumul rusesc dar si pe site-ul personal al autorului.

Am construit si aceasta versiune, mai ales din dorinta de a avea un tuner pentru iesirile in /p, avand avantajul unei baterii incluse dar si consumul de curent destul de redus. Bateria inclusa (18650), la o folosire normala, ofera energie pentru cel putin o luna de zile.


In varianta originala, toate aceste tunere au nevoie de cel putin 10W pentru acord. Pentru a putea fi folosite in QRP, solutia este de a modifica puntea SWR pentru un raport de 1:5, dar si de modificarea in firmware. Pentru prima varianta, modificarea este foarte simpla, autorul oferind acces la diferiti parametri stocati in EEPROM, in varianta a doua din pacate doar modificarea in cod face posibila transformarea tunerului pentru qrp.

Cu amabilitate, autorul mi-a oferit o versiune de firmware modificat; recent am intrat si in posesia codul sursa, putand sa corectez si sa compilez ulterior un alt firmware ce poate fi folosit pentru un tuner QRP cu o putere minima de acord de numai 1W!
Cine doreste acest firmware, sa-mi trimita un mesaj si cu placere il voi ajuta!


     Ultima "generatie" de tuner proiectat de autor a aparut prin iunie 2021, si este gandit in special pentru transceiverul IC-705 (dar poate functiona si cu alte transceivere).


Acest tuner este destinat doar pentru QRP (max 15W poate suporta), fiind echipat cu relee latch, baterie interna dar si un procesor cu un consum de curent extrem de redus. In modul de operare tunerul consuma 12mA, in modul sleep, acesta consuma 170 μA, iar in modul OFF... consumul este de 37 μA! Dimensiunile sunt de portabil, PCB-ul are 100x70mm, practic mai mic decat un telefon mobil.

In grupul de discutie de pe groups.io este o sectiune separata pentru ATU-10. Fiindca pandemia de covid a cauzat si o criza de componente, procesoarele fiind destul de greu de gasit, pe grup au aparut diverse solutii, una fiind cea oferita de VK3PE ce a reproiectat PCB-ul pentru un procesor mai accesibil pe piata.

Deosebirea acestui PCB este ca foloseste un alt tip de capsula pentru controlere (mult mai usor de lipit), dar si posibilitatea de a introduce tunerul in trei modele de carcase. In PCB-ul original, microcontrolerul principal are 10x10 mm (cu 40 pini) iar controlerul responsabil cu upload-ul de firmware are doar 5x5 mm; toate aceste componente vor putea fi lipite doar cu aer cald.

Proiectul final este extrem de simpatic, tunerul este mai mic decat un smartphone.

Fata de celelalte variante nu sunt deosebiri prea mari, toate folosesc acelasi algoritm de acord.


     Dupa preambul, sa vorbim si de partea practica:
Constructia tunerelor nu este dificila dar cere componente de calitate si putina atentie in lucrul cu smd-uri. Am urmarit indeaproape principalele surse de informare unde este si autorul acestor tunere si am putut observa "din umbra" majoritatea problemelor intampinate de cei ce au dorit sa construiasca sau au cumparat acest tuner.

Din start trebuie pus accentul pe calitatea componentelor, in special in zona RF. Se vor folosi condensatori cu mica argintata sau SMD-uri cu dielect NP0 (C0G). Torurile folosite deasemenea vor trebui sa fie de calitate, miezurile "vopsite" dau batai de cap in exploatare.

Puntea SWR va trebui sa fie si ea de calitate; componentele sa fie in tolerante cat mai mici (max 1%). De remarcat si faptul ca tensiunea continua obtinuta pe ramurile FWD si REV este trecuta printr-un divizor rezistiv. Orice abatere de valori in aceasta zona (punte si divizor) va avea ca efect o alterare a rezultatelor afisate.

Programarea nu ar trebui sa puna probleme deosebite.
In primul tip de tuner care este si cel mai maleabil, in zona de EEPROM se definesc niste parametri. Aceste valori se pot schimba dupa necesitati (de exemplu valorile inductantelor, adresa afisajului, etc).

Pentru programare eu am folosit programatorul PICKIT 3 si am programat fara probleme primele doua versiuni de tuner. Pentru versiunea de qrp (atu-10) am fost nevoit sa fac update la pickit pentru a avea in lista de microcontrolere si PIC16F1454. O alta varianta pe care am si testat-o, a fost sa instalez pe PC si suita MPLAB IPE pentru a putea programa corespunzator PIC16F1454. Odata programat acest controler, firmware-ul tunerului se incarca cu ajutorul PC-ului printr-un proces simplu de "copy/paste"; practic orice imbunatatire/schimbare/modificare de firmware se face extrem de simplu, fara a mai conecta un programator in circuit.


     Imbunatatiri pe parcurs...
La fiecare varianta de tuner construita, dupa ce am constatat ca functioneaza conform asteptarilor, am trecut la cosmetizare dupa propriile dorinte.

Prima versiune (ATU-100) avand posibilitatea de setari in EEPROM, a devenit cea mai viabila pentru imbunatatiri. Astfel de aici se poate face un tuner cu putere mult mai mare, evident cu dimensionarea corespunzatoare a componentelor RF si a PCB-ului. La polul opus se afla transformarea tunerului atu-100 intr-un tuner pentru qrp (desi nu este destinat pentru aceasta). Chinezii au mers si pana in punctul de a produce tunere cu baterie interna. Trebuie mentionat ca aceasta varianta este cu relee clasice, consumul de curent este destul de mare atunci cand este folosit in /P.
Tot la aceasta versiune s-a mers cu dezvoltarea terta a codului, astfel tunerul poate avea un mic meniu, in care o parte din parametrii setati in eeprom se pot configura direct din cele trei butoane. O realizare a fost introducerea optiunii de "acord fin" a swr-ului obtinut (la reglarea automata), asta prin modificarea valorilor pentru inductante si capacitati.

Varianta a doua de tuner (cu baterie inclusa si relee latch) se evidentiaza prin posibilitatea de a fi transformat intr-un tuner pentru QRP doar prin modificarea fizica a raportului din tandem la 1:5 si recompilarea firmware-ului pentru aceasta valoare. Pentru a putea folosi tunerul la acord cu puteri sub 5W, a mai fost nevoie si de o alta mica modificare in cod, in final rezultand un tuner pentru qrp (cu baterie inclusa si relee latch) unde puterea minima de acord este de 1W. Puterea maxima de folosire este undeva in jur de 40W.

Ultima varianta de tuner, oficial pentru QRP (ATU-10) este cam fortat sa ramana in zona qrp din cauza componentelor dimensionate pentru puteri mici. Aici se folosesc relee de tipul IM-41, toruri mult mai mici, etc.  Acest tuner este facut sa opereze cu puteri de 1W minimum si maximum 15W. Peste aceasta putere, se pune in pericol porturile ADC ale controlerului.

Dupa o discutie cu un radioamator YO legat de puterea maxima aplicata acestui tuner, coroborat si cu faptul ca folosesc pentru iesiri in /p un mcHF (care in unele benzi are peste 20W), mi-am refacut tunerul pentru noua cerinta. Astfel, modificarea hardware a constat in refacerea puntii cu un raport de 1:6 si modificarea software in cod pentru noua valoare fizica din tandem match. Acum tunerul poate opera pana pe la 25...30W iar puterea minima de acord pleaca de pe la 1.5W. Pentru ca releele mi se par "firave", am pastrat protectia de a nu executa acord daca puterea depaseste 15W.


    In incheiere, constuirea acestor tunere a fost un bun exercitiu de a intelege mai bine unele probleme, dar si o placere de a construi ceva. In final mi-am dotat "coltul radio" cu cele necesare atat pentru stationar cat si pentru portabil.


    Succes tuturor ce abordeaza acest proiect!
73 de YO6RK - Marius

Marius Ciobanu YO6RK

Articol aparut la 18-3-2022

2808

Inapoi la inceputul articolului

Comentarii (12)  

  • Postat de Lucian DAMIAN - YO8SSB (yo8ssb) la 2022-03-19 18:01:55 (ora Romaniei)
  • Felicitari pentru articol si proiect!

    73 de YO8SSB!

  • Postat de Constantin - YO7FWS (yo7fws) la 2022-03-19 22:45:24 (ora Romaniei)
  • Excelent articol, felicitari! 73!

  • Postat de Cezar - YO3FHM (yo3fhm) la 2022-03-20 00:56:33 (ora Romaniei)
  • Salut Marius,
    Felicitari pentru realizare (realizari!) si preocuparile pentru ajustarea partii software!
    Ma bucur sa vad ca mai exista proiecte in care autorii nu se smochinesc pentru a lasa codul (mai ales sursa) la liber. Ii stiu pe unii care n-ar fi dat sursa nici pentru un divizor obosit, daramite pentru un ATU!
    Bravo tie, poate revii si cu alte impresii din sesiunile de utilizare!
    73 de Cezar YO3FHM

  • Postat de Liviu - YO6QCD (yo6qcd) la 2022-03-20 08:38:37 (ora Romaniei)
  • Foarte frumos articol. Abordarea modificarilor cu solutii elegante incita la lectura surselor si invita la experimentare. Multumim pentru open source, asta chiar este in spiritul radioamatorismului. Sa va bucurati de realizari si va rog respectuos sa primiti intreaga mea apreciere!

  • Postat de Liviu - YO6QCD (yo6qcd) la 2022-03-20 08:44:21 (ora Romaniei)
  • Sugestie: poate ar fi interesanta o versiune IP65 sau chiar IP67, buna de pus chiar sub balun. Aici problema n-ar fi cutiuta, cat comunicarea cu controllerul (comanda si displayul ar fi jos, la statie...). Se baga cineva?

  • Postat de Marius - YO6RK (yo6rk) la 2022-03-20 10:46:44 (ora Romaniei)
  • Multumesc tuturor pentru comentarii si felicitari. Meritul cel mare trebuie atribuit autorului, eu doar am executat, experimentat si pus pe o pagina impresiile personale, in ideea repetarii proiectului de catre oricine!

    Impresiile mele? Dupa ce am facut acest(e) tuner(e), vechiul LDG-100 e aruncat intr-un sertar. Nu este tunerul perfect, dar pentru simplitate si rapiditatea acordului, pentru mine acesta este cel mai preferat tuner.
    Acest tuner nu are memorie pentru a stoca valorile de acord gasite, dar nu are nevoie cand gaseste si acorda aproape orice sarma... numai in 2..3 secunde.
    Cine doreste si are cu ce sa-l masoare in toate punctele de vedere, e liber sa-l construiasca si sa-l supuna la orice :)

    Liviu, autorul a proiectat acest tuner (prima varianta) in ideea de a fi montat langa antena. In acest caz este gandit a lucra fara display si fara alte butoane. In loc de afisaj se poate pune un led bicolor pentru o "afisare sumara" a swr-ului gasit, iar pentru a executa acordul, in eeprom se seteaza tunerul in mod automat: cand tunerul are RF si SWR-ul nu este cel bun, va porni singur acordul.
    Unii radioamatori rusi au gasit o metoda de a "transporta" informatia display-ului de la antena pana langa statie folosind PCA9600 (pentru ca transportul I2C nu se poate face pe distante lungi).
    Daca doresti iti pot da doua foto cu schemele respective. Eu nu am incercat/experimentat... il folosesc doar in modul "pe masa".

    73!

  • Postat de Livadaru Emil - YO8OU (yo8ou) la 2022-03-28 08:22:03 (ora Romaniei)
  • felicitari,ca mai ai rabdare pt. constructii

  • Postat de Marius - YO6RK (yo6rk) la 2022-04-03 23:35:08 (ora Romaniei)
  • Recunosc ca ultimul tuner l-am facut mai mult din placerea de a construi; in mod normal, dupa primele doua tunere, aveam ce imi doream, un tuner pt 100W si unul de qrp. Apoi... fost o provocare pentru mine in a lucra cu componente mult mai mici, dar si lipiturile cu aer cald.
    Lipiturile componentelor pentru celelalte tunere le-am facut clasic cu letconul, dar ultimul, in special la procesoare... am fost nevoit sa apelez la aerul cald.
    Un alt imbold pentru a construi ultimul tuner fu si ideea ca autorul a facut public codul sursa, astfel puteam sa mai invat/intervin in cod, modificand dupa dorintele proprii. E altceva decat a scrie un firmware obisnuit si atat.

    73!

  • Postat de Nic - YO4LHR (yo4lhr) la 2022-07-14 11:01:05 (ora Romaniei)
  • Tovarășii chinezi au făcut o clona,tot după N7DDC, care indică și alte chestii : capacitatea și/sau inductanța folosita la acord, eficienta în procente și, implicit, valoarea puterii radiate.

  • Postat de Marius - YO6RK (yo6rk) la 2022-07-14 11:30:00 (ora Romaniei)
  • Salut Nic, da... chinezii copie tot, mai ales daca proiectul este liber; ce e frumos totusi... unii au lasat trimitere catre autor.

    Eficienta, valoarea puterii radiate, capacitatea si inductanta totala folosita... sunt in firmware-ul original al autorului.
    In ultima versiune oficiala 3.2 sunt si ceva poribilitati de a dezactiva releele cand statia este pe receptie (ajuta cand esti pe baterie), dar si posibilitatea de a introduce valoarea atenuarii cablului si implicit afisarea reala a puterii radiate in antena; default este zero.

    73's!

  • Postat de Daroczi Carol - YO2GL (yo2gl) la 2022-07-20 10:01:01 (ora Romaniei)
  • Excelent, felicitari, sanatate, 73!

  • Postat de Marius - YO6RK (yo6rk) la 2022-08-15 15:10:30 (ora Romaniei)
  • Autorul acestui tuner a definitivat o noua versiune de firmware (1.5). Desi nu am facut inca upgrade, unii utilizatori raporteaza ca este mult mai bun decat precedentul.

    Firmware-ul se poate descarca de aici: https://github.com/Dfinitski/ATU-10-10W-QRP-antenna-tuner/tree/main/Firmware
    Se poate alege varianta .zip direct compilata (.hex) sau pentru cine doreste sa-si compileze singur... exista si folderul cu codul sursa.

    Succes!

    Scrieti un mic comentariu la acest articol!  

    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "Automatic Antenna Tuner... pentru oricine!"
    Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse iar dupa caz se va ridica dreptul de a posta comentarii.
    Comentariu *
     
    Trebuie sa va autentificati pentru a putea adauga un comentariu.


    Opiniile exprimate în articole pe acest site aparţin autorilor şi nu reflectă neapărat punctul de vedere al redacţiei.

    Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
    Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Regulamentul portalului | Contact