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

Transmatch de unde scurte – o realizare practică

ing. Mihai Stocec YO3AYX

 

1 Introducere

Articolul vine în completarea celui precedent, cu titlul “Transmatch de unde scurte – o abordare mai amanunţită”, şi prezintă transpunerea în practică a principiilor enunţate anterior, şi anume, obţinerea unui circuit de adaptare cu o bandă de lucru maxim realizabilă. In articolul precedent s-au evidenţiat limitele de bandă pe care le poate susţine un circuit de adaptare cu transceiver-ul pentru o antenă dată. Scopul acestei analize este acela de a realiza un circuit de adaptare cu banda cât mai mare, fără să mai fie nevoie, dacă rezultatele permit, să se realize un acord permanent.

Pentru a proba acest deziderat am proiectat un transmatch pentru antena staţiei mele, şi care este de tip Dublu V-întors dimensiontă pentru benzile 80 m şi 40 m.

Măsurătorile statice şi cele cu staţia au confirmat conceptul care poate fi aplicat pentru realizarea unui transmatch “home made” dedicat benzilor de radioamatori, cu costuri minime şi performanţe bune, cât şi pentru elaborarea unor algoritmi de acord pentru o implemtare automată.

 

2 Alegerea circuitului de adaptare

Sunt posibile multe topologii de circuite. In cazul benzilor de radioamatori, sunt utlizate reţele de adaptare cu 2 şi 3 poli reactivi, cele mai utilizate sunt fiind în configuraţie “T” sau “π”. Aceste reţele au fie un inductor şi două capacităţi, fie un capacitor şi două inductoare. Aceste configuraţii sunt bine descrise în literatură, iar alegerea unui tip este în funcţie de gama rezistenţei de adaptat cât şi de considerente tehnologice, este mai uşor de realizat un adaptor doar cu un singur inductor variabil.

Pentru alegerea configuraţiei potrivite, trebuie determinată mai întâi variaţia impedanţei antenei în toată gama de lucru. Precizez, că, de fapt am măsurat impedanţa la capătul dinspre staţie al fiderului, pentru că în acel punct se va face adaptarea. Evident, o parte din putere se va pierde pe fider atât ohmic, prin căldură, cât şi datorită dezadaptării de la capetele fiderului. Deoarece montarea unui transmatch la bornele antenei este dificilă, am ales varianta ca transmatch-ul sa fie montat lângă staţie.

Impedanţa antenei am măsurat­-o cu un voltmetru VNA, alura acestei mărimi fiind prezentată în Fig 1.

 

Fig. 1

In Fig 2 este prezentată variaţia coeficientului de unde staţionare.

 

 

Fig. 2

Am extras din măsurători, sub formă tabelară, valorile impedanţei serie în jurul frecvenţelor utilizate pentru traficul radioamatorilor.

 

Tabel 1 – Impedanţa antenei Dublu V-Intors

Nr

Frecvenţa

MHz

Rezistenţa serie echivalentă

Reactanţa serie echivalentă

1

1.810

7.49

-21.5

2

1.850

7.44

-20.4

3

1.900

7.22

-18.8

4

1.950

7.17

-17.2

5

2.000

7.00

-15.6

6

3.500

10.2

40.5

7

3.600

11.4

46.7

8

3.700

13.5

53.4

9

3.800

15.9

61.0

10

7.000

8.31

-12.7

11

7.100

8.27

-9.58

12

7.200

8.33

-6.73

13

10.100

108

-133.0

14

10.150

90.9

-125.0

15

14.000

29.8

69.3

16

14.100

37.0

78.3

17

14.150

40.9

83.8

18

14.200

46.9

88.2

19

14.300

61.1

99.0

20

14.350

69.9

104.0

21

18.000

15.1

20.8

22

18.100

15.8

23.9

23

18.150

16.2

25.6

24

21.000

27.1

-44.2

25

21.250

21.5

-31.5

26

21.450

19.1

-23.7

27

24.900

189

8.9

28

28.000

22.3

20.6

29

28.450

30.8

34.6

30

28.850

47.7

49.2

31

29.300

88.3

52.5

32

29.700

127.0

12.8

 

Alegerea unei reţele de adaptare se face în funcţie de gama de variaţie  părţilor reale şi imaginare ale inductanţei văzută la capătul fiderului. In cazul acestei antene avem:

Rs = 7.0 ÷ 127.0 Ω şi Xs = -133.0 ÷ 104.0 Ω

Sunt posibile mai multe configuraţii de reţele şi un articol al firmei Freescale Semicinductor Inc. (Ex. Motorola), cu titlul “Matching Network Design with Computer Solutions”, a fost studiat în alegerea unei configuraţii adecvate.

Articolul prezintă câteva configuraţii şi valori ale componentelor sub formă tabelară. Urmând această cale, am selectat configuraţia din Fig.3, care este indicată pentru valori mici ale impedanţei.

Fig.3

Semnificaţia notaţiilor este următoarea:

Notaţie

Semnificaţie

R1

Rezistenţa echivalentă a antenei compusă din rezistenţa de radiaţie şi rezistenţa de piederi

Zout

Reactanţa echivalentă a antenei la frecvenţa de lucru

XL1

Reactanţa inductanţei reţelei de adaptare

XC1

Reactanţa Capacitorului C1

XC2

Reactanţa Capacitorului C2

RL

Rezistenţa de sarcină

 

3 Calculul reţelei de adaptare

Reţeaua absoarbe reactanţa antenei Zout şi transformă R1 în 50Ω. Relaţiile între mărimile reţelei sunt următoarele:

·        

·        

·        

·        

·        

·        

Ordinea de calcul este următoarea:

·         Se tabelează relaţiile pentru diverse valori ale lui Q (de regulă între 1 şi 10)

·         Se alege o valoare pentru Q

·         Pentru un Q ales, şi un R1 dat, se aleg din tabel reactanţele XL1, XC1 şi XC2

Trebuie menţionat faptul că XL1 este o reactanţă echivalentă care înglobează şi reactanţa antenei XCout, astfel încât, reactanţa XL1 se va înlocui cu o reactanţă XL1’ care satisface relaţia XL1’ + XCout = XL1.

Am aplicat această metodă la dimensionarea circuitului de adaptare pentru antena Dublu V-întors în gama de frecvenţe 1.8 – 30 MHz.

Rezultatele sunt prezentate în tabelul următor.

Observaţie: pentru banda de 7 MHz valoarea reactanţei XL este negativă. Soluţie: se înlocuieşte cu un condensator de aceeaşi reactanţă: C=66 nF

 

Tabel 2 – Valorile reţelei de adaptare

F(KHz)

R1(Ω)

Xa(Ω)

Q

R1

XL1

XC1

XC2

XL1'

C1(pF)

C2(pF)

L1'(uH)

1850

9.30

-5.24

3

9.5

28.5

46.2

47.3

33.7

1862

1820

2.90

3600

11.1

48.2

3

11.0

33.0

57.8

54.8

-15.2

765

807

-0.67

7015

8.82

-12.6

3

9.0

27.0

42.7

44.7

39.6

531

508

0.90

7105

8.40

-9.9

3

8.5

25.5

39.5

41.7

35.4

567

537

0.79

18100

15.8

23.9

3

15.5

46.5

99.9

72.5

22.5

88

121

0.20

21250

21.8

-31.1

2

22.0

44.0

122

55.0

75.1

170

61

0.56

24900

47.0

11.6

1

47.0

47.0

1609

47.0

35.0

136

4

0.23

28450

31.4

34.9

1

32.0

32.0

136

65.0

-3.0

175

41

-0.02

29700

32.2

17.5

1

32.0

32.0

136

26.5

15.0

167

39

0.08

 

Au fost reţinute valorile componentelor pentru asigurarea unui factor de calitate Q, al reţelei, cât mai mic posibil, în concordanţă cu concluzia din articolul precedent şi anume  că, pentru o valoarea asumată a coeficientului de reflexie, ρ, între dezacordul generalizat, β, şi factorul de calitate, Q, există o interdependenţă şi anume:

Bandă de Adaptare Mai Mare Presupune un Factor de Calitate mai Mic

Impunând un coeficient de reflexie şi o bandă de frecvenţă prin dezacordul generalizat, β, se determină valoarea maximă pentru factorul de calitate Q, care definesc reactanţele reţelei. Sau, cu alte cuvinte, plecând de la tabelul cu lărgimile de bandă necesare pentru fiecare subgamă, stabilim Q-ul minim care trebuie asigurat de reţaua de adaptare pentru a nu depăşi factorul de unde staţionare asumat.

 

(1)   

Pentru σ<2, avem relaţia simplificată

(2)   

Unde BW semnifică lărgimea de bandă

 

Tabel 3 – Valorile lărgimilor de bandă şi Q-ul minim necesar pentru reţea

Nr

Banda
m

Limite frecventa
KHz

Frecventa
centrala
KHz

Banda
necesară
KHz

Qmin

1

160

1810 - 2000

1902.6

190

7

2

80

3500 - 3800

3647.9

300

8.6

3

40

7000 - 7200

7099.3

200

25

4

20

10100 - 10150

10124.9

50

143

5

21

14000 - 14350

14173.9

350

28

6

16

18068 - 18168

18117.9

100

128

7

14

21000 - 21450

21223.8

450

33

8

12

24890 - 24990

24939.9

100

176

9

10

28000 - 29700

28837.5

1700

12

 

Se observă din Tabelul 2 că valorile lui Q selectate pentru realizare sunt sub valorile minime prevăzute în Tabelul 3.

Trebuie să menţionez că metoda de proiectare este aplicabilă pentru orice antenă şi orice reţea de adaptare.

Măsurătorile şi calculele au fost făcute însă pentru antena proprie Dublu V-intors şi toate benzile lucru.

 

Pentru a testa metoda de proiectare am realizat un montaj experimental cu schema electrică prezentată în Fig. 4. Măsurătorile au fost efectuate cu un MiniVNA, la ieşirea din adaptor. Cu ajutorul condensatorilor variabili C1 şi C2 s-a ajustat banda de trecere. Valorile obţinute sunt prezentate în Tabelul 4.

Intrucât la momentul realizării montajului nu am avut la dispoziţie valorile exacte pentru condensatorii C1 şi C2, s-au montat în paralel doi condensatori variabili cu care s-a compensat abaterea de la valoarea nominală a condensatorilor dar şi, pentru a determina valoarea optimă a condensatorilor C1 şi C2. De asemenea s-au ajustat bobinele la voaloarea determinată prin calcul.

Montajul a fost realizat pe un plan de masă obţinut prin placarea unei plăci de PVC de 3 mm grosime cu bandă de cupru auto-adezivă. Secţiunile aferente unei benzi de lucru sunt comutate cu relee. Din lipsa spaţiului pe placa de test s-au putut monta 5 secţiuni de adaptare pentru benzile 160 m, 80 m, 40 m, 20 m şi 10 m. Cu ajutorul unui comutator cu mai multe pozitii se acţionează corespunzător releele.

 

Tabel 4 – rezultate obţinute

Nr

Banda
m

Limite frecventa
KHz

Banda necesară
KHz

Banda obinută

KHz

1

160

1810 - 2000

190

190

2

80

3500 - 3800

300

350

3

40

7000 - 7200

200

250

4

20

10100 - 10150

50

200

5

21

14000 - 14350

350

400

Observaţie: Banda de trecere a fost măsurată în condiţiile SWR<2

 

4 Concluzii

Rezultatele obţinute, validează conceptul de proiectare. Ceea ce aduce nou acest articol este selecţia soluţiei de acord din multitudinea pe care teoria le susţine. Procedura este alegera unei configuraţii pentru care elementele celulei de adaptare asigură bandă de trecre cât mai mare.

In felul acesta, se poate realiza un adaptor de impedanţe care nu mai are nevoie de elemente mecanice în mişcare pentru acord.

Ca un dezavantaj, se poate remarca faptul că schema acestui montaj necesită valori mai mari pentru condensatoarele de acord.

Pentru o soluţie completă, montajul experimental trebuie asistat de un măsurător SWR.

Schema se pretează la o realizare cu acord digital, cu care se poate obţine un acord mai precis.

Partea mai grea este elaborarea unui algoritm de acord prin care să se obţină banda dorită pentru un SWR admis, în cazul nostru, 2.

Aceasta este o temă pentru cei care doresc să perfecţioneze conceptul.

 

 

5 Bibliografie

1.       AN267 – Matching Network Design with Computer Solutions, Freescale Semiconductor(Ex. Motorola) by Frank Davis, 1993

2.       AN271 – Impedance Matching Networks Applied to RF Power Transistors, Freescale Semiconductor(Ex. Motorola) by B. Becciolini, Oct. 2005

3.       Transmatch de unde scurte – o abordare mai amănunţită, https://www.radioamator.ro/, August 2024

Ing. Mihai Stocec

 

August 2024


Fig. 4 – Schema electrică montaj experimental

 

 

In Fig. 5 prezint o poză a montajului experimental

ing. Mihai Stocec YO3AYX

Articol aparut la 6-9-2024

1760

Inapoi la inceputul articolului

Comentarii (9)  

  • Postat de Adrian - YO3HJV (yo3hjv) la 2024-09-06 23:22:06 (ora Romaniei)
  • Salut Mihai, interesanta abordarea, in contrast cu variantele comerciale.
    Relativ la acestea (configuratie L sau T), varianta prezentata de tine inteleg ca are valorile circuitelor de adaptare deja calculate pentru caracteristicile antenei tale; este el potrivit pentru alte tipuri de antena cu alti parametri ai reactantei? Sau este necesara o "pre-calculare" a acestora, urmand ca, in functie de banda aleasa pentru operare, sa fie selectat circuitul potrivit?
    Mersi,
    73, Adrian

  • Postat de Codrut Alecsandrescu - YO8RAC (yo8rac) la 2024-09-07 01:49:53 (ora Romaniei)
  • Apar ceva erori in tabele 3 si 4 in coloana "Banda in metri" relativ la "Limite frecventa"

  • Postat de MIHAI - YO3AYX (yo3ayx) la 2024-09-07 10:58:52 (ora Romaniei)
  • Salut prieteni, YO3HJV si YO8RAC.
    Codrut,
    Multumesc pt observatia ref la banda/frecventa. Benzii de 10 Meg ii corespunde banda de 30m. Voi modifica in articol.
    Adrian,
    Teoria prezentata este valabila pt orice tip de antena, eu am particularizat formulele pt antena mea si pentru realizarea unui experiment ca sa verific daca se poate obtine o banda de adaptare mai mare, in conditiile unui sigma acceptat.
    Se procedeaza astfel:
    - se masoara impedanta antenei, real+imaginar, in banda de interes; masuratoarea se face la capatul fiderului care intra in statie
    - se tabeleaza masuratorile
    - se descarca articolul https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN267.pdf
    - se alege una din configuratiile prezentate in functie de partea reala a impedantei masurate(eu am ales configuratia din articol pt ca, cu 2 exceptii, partea reala era mai mica de 50 ohmi)
    - se alege o valoare R1 incepand cu Q cat mai mic pana cand se gaseste un set realizabil pt care valoarea este mai mica de 50 ohmi
    Asta este tot. Se trece apoi la realizare.
    Daca vreau ca antena sa lucreze pe mai multe benzi, este posibil ca o configuratie sa nu corespunda. In aceasta situatie, trebuie folosita alta configuratie sau, aplicat un artificiu pt scaderea impedantei. Eu intercalat pt benzile de 10 Meg si 14 Meg cate un traf 4:1 debanda larga. Solutia a functionat.
    Pentru alte detalii tel 0722 281 011 sau mihai.stocec@gmail.com
    Sa auzim numai de bine.
    73, Mihai

  • Postat de Florin - YO8CRZ (yo8crz) la 2024-09-08 20:42:41 (ora Romaniei)
  • Ma bucur să văd un articol care încearcă să îmbine teoria cu practica. Am insă câteva nelămuriri:

    1. Tabelul 3, probabil nu este Q-ul minim necesar pentru rețeaua de adaptare ci de fapt Q-ul maxim?

    2. Referitor la Tab. 1, dacă antena folosită este un dublu Inv V, tăiat pentru benzile de 80 si 40m, cum se explică impedanța măsurată la capătul coaxialului ce corespunde la un SWR-ul de cca. 8:1 (Z=11.4+j46) la 3.6MHz, respectiv SWR cca. 6 :1 la 7MHz?

    3. Pentru operarea pe banda de 1.8MHz, Tab.4 precizează că banda operațională (SWR<2) rezultată după rețeaua de adaptare este de 190kHz. A fost folosită în trafic această antenă, pe aceasta bandă, cu ce putere și ce rezultate?

    73, Florin
      Comentariu modificat de autor.

  • Postat de MIHAI - YO3AYX (yo3ayx) la 2024-09-09 08:12:32 (ora Romaniei)
  • Buna Florin-YO8CRZ.
    Raspund pe rand observatiilor.
    1.Corecta observatia, argumentatia se refera la Q maxim. Ideea este sa se utilizeze un Q cat mai mic. A fost o exprimare neadecvata!
    2.Explicatia este urmatoarea: prin legarea in paralel a celor doua antene, au aparut rezonante noi, pe de o parte, iar pe de alta parte, fiderul a rasucit impedanta de la bornele antenei, spre stanga, diferit in functie de frecventa, astfel ca s-a obtinut la capatul de jos al fiderului o impedanta destul de ciudata, cu 2 rezonante paralel. In unele benzi, frecventa de lucru cadea pe un flanc destul de abrupt al reactantei. Toate acestea au facut destul de dificila proiectarea retelei de adaptare. Dupa acest experiment am concluzionat ca antenele nu trebuiau puse in paralel ci, mai degraba conectate la acelasi fider printr-un diplexer. Poate ca separarea era mai buna. Ideea o s-o aplic la urmatorul experiment.
    3. Am verificat doar emisia care, se incadreaza referitor la banda in valorile previzionate. Eu fact trafic mai putin, timpul pe care il am la dispozitie il consum mai mult pe cercetare si experimentare.
    Concluzia acestui experiment este ca se pot obtine benzi de lucru mai mari cu configuratiile cunoscute de retele.
    Dezavantajul acestei arhitecturi este ca necesita condensatori de acord mai mari care, eventual se pot obtine din baterii fixe si mobile comutate mecanic sau cu relee.
    73, Mihai

  • Postat de Florin - YO8CRZ (yo8crz) la 2024-09-09 21:57:24 (ora Romaniei)
  • Mulțumesc pentru răspuns. Referitor la #2, în mod evident antena dublu Inv V folosită are o problemă serioasă care trebuie neapărat rezolvată. Altfel, circuitul de adaptare nu face altceva decât să mascheze problema.

    În mod normal la un circuit de adaptare pentru o instalație de emisie trebuie făcută și o evaluare a pierderilor, ca și în tot sistemul (în special în fider). De aceea am pus întrebarea #3 referitoare la banda de 160m, pentru că SWR-ul enorm de pe linia de transmisie coaxială generează pierderi semnificative și în final prea puțină putere ajunge să mai fie radiată de antenă.

    Sigur, putem adapta pe orice impedanță la ieșirea din transceiver, dacă folosim un circuit adecvat, însă analiza pierderilor rămâne un pas esențial. Așa putem elimina unele soluții care nu au valoare practică. Altfel, am făcut doar un exercițiu academic pentru că partea de analiză referitoare la pierderi a fost ignorată.

    73, Florin

  • Postat de MIHAI - YO3AYX (yo3ayx) la 2024-09-10 09:20:12 (ora Romaniei)
  • Buna ziua Florin-YO8CRZ.
    Observatia este corecta, nu am analizat si pierderile pe fider in situatia unui SWR>1. Lucrez la un adendum pe aceasta tema si revin aici sau in revista cu rezultatele.
    O zi buna,
    73, Mihai

  • Postat de Florin - YO8CRZ (yo8crz) la 2024-09-10 20:28:36 (ora Romaniei)
  • Dată fiind importanța analizei pierderilor, cred că subiectul ar merita să fi tratat separat și nu într-un addendum.

    Referitor la impedanțele măsurate, nu știu dacă e aplicabil în acest caz, însă poate trebuie menționat că acuratețea măsurătorilor cu un mini-VNA/nano-VNA, poate fi compromisă dacă în antenă este indusă o tensiune RF semnificativă, de la un emițător de radiodifuziune pe unde medii aflat în zonă. În acest caz valorile măsurate pentru impedanță pot avea o eroare substanțială. Personal, am asemenea probleme datorită unui emițător local pe unde medii. Sensibilitatea instrumentelor la acest gen de interferență diferă, din acest motiv eu prefer un RigExpert AA55 Zoom.

    73, Florin
      Comentariu modificat de autor.

  • Postat de MIHAI - YO3AYX (yo3ayx) la 2024-09-11 08:12:40 (ora Romaniei)
  • Observatia este corecta. Eu locuiesc la Snagov si am la 6Km emitatorul de la Tancabesti. Am introdus un filtru trece-sus la bornele VNA pentru rezolvare si protectie la descarcari electrostatice. Sunt mai periculoase decat interferentele. Am prajit 2 VNA-uri pana acum din cauza lor. Masuratorile pe o antena filara sunt dificile si merita si ele o analiza si o solutie.
    Acum documentez pierderile pe lantul de antena si incerc sa le sistematizez. Multumesc pt observatii si info. O zi buna.
    73, Mihai

    Scrieti un mic comentariu la acest articol!  

    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "Transmatch de unde scurte – o realizare practică"
    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