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

1810