Numele de transmatch vine de la Matching Transformer, “transformer” = transformator si “to match” = a adapta, deci un transmatch este un transformator de adaptare a impedantelor. Alt? denumire pentru cuplorul de anten? sau transmatch este “antenna tuner” sau ATU, de la “antenna tuner unit”. În acest articol voi utiliza toate aceste denumiri, în functie de context.

 

A. Amplasarea transmatch-ului la intrarea în linia de transmisie

 

Cea mai utilizat? schem? de amplasare a transmatch-ului este cea din Fig.1, unde transmatchul este amplasat între emit?tor si intrarea în linia de alimentare a antenei, dar lâng? emit?tor, adic? în laboratorul radioamatorului.

 

La transceiver-ele moderne cuplorul de anten? (transmatch-ul) si reflectometrul sunt amplasate în interiorul transceiver-ului.

 

Buc?tile de cablu coaxial dintre emit?tor si reflectometru (SWR-meter = Standing Wave Ratio - meter) si dintre reflectometru si transmatch, sunt buc?ti scurte, de maxim 0.5 m.

 

Linia de alimentare poate fi coaxial?, bifilar? sau monofilar?.

 

În schema de amplasare din Fig. 1, transmatch-ul (cuplorul de anten?) face adaptarea între impedanta intern? (uneori numit? si impedanta de iesire) a emit?torului si impedanta de intrare în linia de alimentare a antenei.

 

Adaptarea este indicat? de SWR-metru (reflectometru) care, la o adaptare perfect? între impedanta intern? a emit?torului si impedanta de intrare în linia de alimentare, va ar?ta c? tensiunea (sau curentul) din unda reflectat? este zero, sau aproape de zero, adic? raportul de und? stationar? este de 1:1 sau aproape de 1:1.

Pe buc?tile de cablu coaxial dintre emit?tor si reflectometru si dintre reflectometru si transmatch, raportul de und? stationar? este sc?zut, sau chiar 1:1, adic? nu exist? unde reflectate.

 

Pe linia de transmisie (între transmatch si anten?), raportul de und? stationar? poate fi sc?zut, în cazul unei bune adapt?ri între linia de transmisie si anten?, sau poate fi ridicat în cazul unei neadapt?ri între aceleasi elemente. De aceea în Fig.1 s-a f?cut mentiunea c? pe linia de transmisie poate fi un “SWR ridicat, sau un SWR sc?zut”.

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.1 Amplasarea transmatch-ului în circuitul c?tre anten?, în laboratorul radioamatorului.

Transmatch-ul, asa cum este amplasat în Fig.1, nu are nici-o influent? asupra unei eventuale neadapt?ri dintre linia de transmisie si anten?. În caz de neadaptare între linia de transmisie si anten?, pe linia de transmisie vor exista unde stationare, chiar dac? pe portiunea dintre emit?tor si transmatch acestea au fost eliminate cu ajutorul transmatch-ului. Existenta undelor stationare pe linia de transmisie vor putea fi puse în evident? cu un alt reflectometru amplasat între transmatch si intrarea în linia de transmisie.

 

Ca s? nu se foloseasc? dou? reflectometre, dup? ce s-a f?cut acordul cu transmatch-ul, nu se mai modific? pozitia “butoanelor”, se îndep?rteaz? reflectometrul din pozitia sa, se reface linia dintre emit?tor si transmatch si se reamplaseaz? reflectometrul între transmatch si intrarea în linia de transmisie, dac? aceasta este coaxial? sau monofilar?. Dac? linia este bifilar?, atunci reflectometrul se va amplasa la intrarea în balun (transformator de simetrizare; numele de balun vine de la cuvintele balanced-unbalanced, adic? o trecere de la o conexiune simetric? la o conexiune asimetric?). Veti constata cu surprindere c? pe linia de transmisie c?tre anten? vor exista unde stationare.

 

Multi radioamatori spun “am un transmatch si cu ajutorul lui antena mi se acordeaz? perfect”. Aceast? afirmatie este în majoritatea cazurilor fals?. Am spus în majoritatea cazurilor, pentru c? în cazurile particulare în care impedanta linei de transmisie si impedanta antenei sunt apropiate, atunci va fi o bun? adaptare si nu vor fi unde stationare pe linia de transmisie.

 

Faptul c? transmatch-ul nu elimin? undele stationare de pe linia de transmisie dintre transmatch si anten? nu înseamn? c? transmatch-ul nu este util. Dac? nu s-ar folosi transmatch-ul atunci nu s-ar putea transfera un maxim de putere c?tre anten? si în plus curentul de anod, de colector, sau de dren? din amplificatoarele de putere ale emit?toarelor ar creste peste limitele admise, conducând la deteriorarea acestor elemente active. Pentru mentinerea curentului de dren? (sau de colector) în limitele permise, transceiver-ele moderne, care au transmatch-ul si reflectometrul încorporate, limiteaz? puterea transferat? c?tre anten?.

 

Acest lucru l-am constatat personal prin dou? experimente:

 

Experimentul Nr. 1

Am conectat un bec de 100 W, printr-o bucat? scurt? de cablu coaxial, la borna de anten? a transceiver-ului FT-250. Cu emit?torul pe 3.65 MHz, pe pozitia TUNE, am încercat s? reglez condensatoarele “Plate” si “Load” ale filtrului din transceiver, astfel încât s? aprind becul la luminozitate maxim?. Nu am g?sit nici-o combinatie a celor dou? butoane de reglaj astfel încât becul s? ard? cu luminozitate maxim?. Luminozitatea becului a fost foarte slab?.

Apoi am introdus transmatch-ul între emit?tor si bec. Becul s-a aprins la o luminozitate mai mare decât dac? ar fi fost conectat direct la retea. Concluzia: f?r? transmatch nu se poate transfera un maxim de putere c?tre sarcin?.

 

Experimentul Nr. 2

Antena mea, un dipol alimentat lateral fat? de centru, care are un transformator de simetrizare (balun) pe tor de ferit? si un cablului coaxial de 50, s-a deteriorat. Pân? la deteriorare, raportul de und? stationar? pe banda de 80 m era destul de bun, 2.5:1 (pe 20 m era de 1:1). Dup? deteriorare, acest raport a crescut la cca. 10:1. Am încercat s? emit cu noul meu transceiver FT-1000MP Mark V, folosind antena deteriorat?, cu raportul 10:1. Pentru c? antenna tuner-ul din FT-1000MP poate lucra numai cu antene al c?ror SWR este de maxim 3:1, puterea trimis? spre anten? a fost limitat?. Mi-a ap?rut pe afisajul transceiver-ului mesajul de limitare. Atunci am conectat la iesirea din emit?tor un transmatch exterior, iar la acesta am conectat feeder-ul antenei. F?când reglajele la transmatch-ul exterior, cât si la cel din transceiver, am obtinut un SWR de 1:1 pe portiunea dintre emit?tor si transmatch-ul exterior, raport indicat de reflectometrul din transceiver. Nu mi-a mai ap?rut mesajul de limitare a puterii si astfel am putut transfera putere mai mare în anten?.

 

Cazul cel mai frecvent este cel în care radioamatorii nu dau nici-o important? adapt?rii dintre linia de alimentare si anten?, pentru c?, spun ei, folosesc un transmatch. Problema ar fi simpl? dac? antena ar fi pentru o singur? band?, dar pentru antene multiband este dificil de f?cut aceast? adaptare.

 

În cartea “Antene de unde scurte pentru radioamatori”, autor Iosif Remete, YO2CJ, Editura Tehnic? 1994, la paginile 106 si 107 este descris un mod interesant de adaptare a liniei de transmisie la o anten? VS1AA si este dat? si o figur?, notat? în acest articol cu Fig.2. Voi reproduce din paginile respective modul în care se face aceast? adaptare:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.2 Metod? de adaptare a liniei de alimentare la anten?; figura este copiat? din cartea domnului Iosif Remete

 

Pentru adaptarea corect? a conductorului la vibrator, m?car pentru frecventa fundamental? a antenei, firul orizontal al acesteia se ancoreaz? la în?ltimea definitiv?, conductorul de alimentare conectându-se provizoriu de vibrator prin intermediul unei cleme tip crocodil, de care s-au legat în prealabil dou? sfori pentru a-l putea muta spre unul sau cel?lalt cap?t al firului vibrator. Conductorul, care trebuie s? ajung? de la vibrator la borna de intrare în emit?tor, se va prelungi cu un alt conductor cu dimensiunea unui sfert de lungime de und? () pentru frecventa de baz? a antenei. Apoi se debiteaz? energie de radiofrecvent? din emit?tor- cu putere diminuat? –

verificând cu un voltmetreu electronic sau, mai simplu, cu un bec cu neon variatia tensiunii electrice de-a lungul segmentului . În cazul în care voltmetrul electronic indic? tensiuni variate sau becul cu neon lumineaz? cu intensit?ti diferite, este semn c? pe linia de alimentare sunt unde stationare. În acest caz, cu ajutorul celor dou? sfori se va muta clema din pozitia initial? într-un sens sau altul. Se vor repeta aceste operatiuni, pân? când de-a lungul segmentului de lungime voltmetrul electronic va indica aceeasi tensiune, respectiv becul cu neon arde cu aceeasi intensitate luminoas?, demonstrând c? pe segment si linia de alimentare s-au format unde progresive. Prin intermediul scripetelui de ancorare se coboar? firul orizontal, cositorindu-se conductorul de alimentare în locul în care a fost anterior clema. Dup? ridicarea antenei se mai face o verificare pentru constatarea undelor c?l?toare si dac? totul este în regul? se îndep?rteaz? segmentul de lungime , cuplând de-acum fiderul la borna de iesire a emit?torului.

 

O solutie asem?n?toare a fost descris? de domnul Alexandru Farkas, YO5AMF la adresa de web http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=189 , în articolul “Anten? dipol multiband”.

 

 

Fig.3. Antena multiband, descris? de Alexandru Farkas, YO5AMF

Schita antenei respective este reprodus? în figura 3. Adaptarea între linia de transmisie si anten? se face deplasând la stânga sau la dreapta punctul de alimentare al antenei.

 

 

B. Amplasarea transmatch-ului la sfârsitul liniei de transmisie

Dac? nu avem posibilitatea s? instal?m antene ca cele din Fig.2 sau Fig.3, la care s? se poat? face adaptarea dintre linia de transmisie si anten?, atunci o solutie o constituie amplasarea transmatch-ului între sfârsitul liniei de transmisie si anten?.

 

 

 

 

Fig.4 Transmatch amplasat la intrarea în anten?

 

În Fig.4 este prezentat? schita amplas?rii transmatch-ului la sfârsitul liniei de transmisie. O astfel de amplasare avantajaz? transceiver-ele care au cuploare de anten? încorporate, pentru c? vor fi de fapt dou? cuploare, un cuplor de anten? la intrarea în linie si altul la sfârsitul liniei, o situatie ideal?.

 

Compania american? SGC produce cuploare de anten? inteligente (smart tuners) care se pot amplasa la sfârsitul liniei de alimentare. Aceste cuploare de anten? asigur? un raport de und? stationar?, pe linia de transmisie, mai mic de 2:1. Un tabel cu comparatia caracteristicilor tehnice, inclusiv preturi, ale cuploarelor de anten? produse de compania SGC poate fi g?sit la adresa de web: http://www.sgcworld.com/SmartunerComparisonPage.html . Alte informatii despre produsele firmei SGC pot fi g?site la http://www.sgcworld.com/ .

 

 

C. Impedanta intern? a amplificatoarelor de putere de RF

Majoritatea amplificatoarele de RF de putere se pot clasifica si dup? tipul elementelor active: cu tuburi electronice sau cu tranzistoare MOSFET. Cele cu tuburi electronice folosesc câte dou? pentode în paralel.

 

S? analiz?m cum lucreaz? o pentod?. Pentru acest lucru se conecteaz? o pentod? într-un circuit ca cel din Fig.5.

 

 

Fig.5 Circuit folosit la determinarea caracteristicilor unei pentode

 

În Fig.5 nu este ar?tat circuitul de încalzire a filamentului. Potentiometrul P3 regleaz? tensiunea grilei ecran ca s? fie egal? cu cea din catalogul tubului respectiv. Dup? aceea se stabileste succesiv câte o valoare a tensiunii de pe grila de comand? Ug1, si se urm?reste cum variaz? curentul anodic în functie de diverse valori ale tensiunii anodice Ua. Se obtine astfel graficul din Fig.6.

 

 

 

 

Fig.6 Graficul curentului anodic în functie de tensiunea anodic?, pentru

 

În Fig.5, tensiunea grilei de comand? se m?soar? cu voltmetrul V1, tensiunea grilei ecran cu voltmetrul V2, tensiunea anodic? cu voltmetrul V3 si curentul anodic cu miliampermetrul mA1.

 

Pentru o anumit? tensiune a grilei de comand?, de exemplu , se defineste rezistenta intern? a pentodei, ca fiind raportul dintre variatia tensiunii anodice si variatia corespunz?toare a curentului anodic, pentru o tensiune constant? a grilei de comand?. Rezult?:

 

[], pentru (1)

 

 

 

 

 

Fig. 7 Graficul curentului anodic în functie de tensiunea anodic?, pentru , utilizat la determinarea pantei unei pentode.

 

Un alt parametru al pentodei este panta, sau conductanta mutual?, sau transconductanta, care ne arat? cu cât se modific? curentul anodic în cazul modific?rii tensiunii grilei de comand?, pentru o tensiune anodic? constant?. Conducta mutual? se noteaz? cu si panta cu S (de la slope) si se m?soar? in amperi/volt, unitate de m?sur? numit? siemens (se citeste zimens), care are simbolul S.

 

[S], pentru (2)

 

Un alt parametru al pentodei este factorul de amplificare, notat cu litera greceasc? (miu) si care ne arat? cu cât variaz? tensiunea anodic? pentru o anumit? variatie a tensiunii grilei de comand?, pentru un curent anodic constant.

 

 

 

 

 

Fig. 8 Grafic pentru definirea coeficientului de amplificare

 

 

, f?r? dimensiuni, (3)

 

Semnul – (minus) din relatia (3) ne arat? c? pentru a mentine curentul anodic constant, la o crestere a tensiunii anodice, tensiunea grilei de comand? trebuie s? scad? si invers.

 

Un alt grafic pentru pentode este cel din Fig. 9, în care se vede variatia curentului anodic în functie de tensiunea grilei de comand?, pentru tensiuni constante ale grilei ecran. Graficul este “didactic”. Aş fi vrut s? reprezint un asemenea grafic pentru tubul 6JS6C, cu care este echipat (dou? tuburi în paralel) etajul final al transceiver-ului FT-250, dar nu am caracteristicele tubului respectiv.

 

În Fig. 10, pentru o anumit? tensiune de negativare a grilei de comand? si pentru o anumit? tensiune a grilei ecran, se poate vedea variatia curentului anodic, respectiv a componentei alternative a curentului anodic, , în cazul în care, prin intermediul condensatorului C_1, se aplic? pe grila de comand? o tensiune alternativ? care se doreste a fi amplificat?.

Componenta alternativ? a curentului anodic oscileaz? în jurul valorii medii a curentului anodic . Curentul anodic poate fi considerat ca suma dintre componenta continu? si componenta alternativ? :

 

(4)

 

 

Astfel, pe rezistenta de sarcin? din fig.5 va apare componenta alternativ? a tensiunii anodice:

(5)

 

unde si sunt valorile momentane ale tensiunii utile, de pe rezistenta de sarcin? , si a componentei alternative a curentului anodic.

 

Folosind factorul de amplificare se poate scrie:

 

(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 9 Dependenta curentului anodic în functie de tensiunea grilei de comand?, pentru tensiuni de gril? ecran constante

 

 

 

 

Fig.10 Variatia curentului anodic în functie de tensiunea alternativ? aplicat? pe grila de comand?.

 

Din cele prezentate pân? acum trebuie retinut c? o pentod? are o rezistent? intern? R_i definit? de relatia (1).

 

Deasemenea, s-a v?zut c? tensiunea util? se obtine de pe rezistenta de sarcin? , vezi Fig. 5.

 

Folosind definitiile anterioare, se poate reprezenta schema simplificat? a unei pentode amplificatoare de tensiune, vezi Fig.11. În Fig.11 nu apar capacit?tile anod-gril? de comand?, anod–gril? ecran si anod-catod. Deasemenea, nu apar inductantele conductoarelor de leg?tur?.

 

 

 

 

Fig. 11 Schema echivalent? a unei pentode amplificatoare de tensiune

 

În Fig. 11, în serie cu rezistenta intern? R_i apare o tensiune electromotoatre . De pe rezistenta de sarcin? se culege tensiunea amplificat? .

În montajele de amplificatoare de putere de RF nu mai apare în mod explicit o rezistent? de sarcin? , ca în Fig.5. Aceasta este înlocuit? de sistemul “linie de transmisie-anten?”, sistem care este cuplat la etajul final printr-un filtru , vezi Fig.12. În Fig.12 este reprezentat? schema simplificat? a etajului final al transceiver-ului FT-250. Se vede c? sunt dou? pentode în paralel.

 

 

 

Fig.12 Schema simplificat? a etajului final al transceiver-ului FT-250.

 

Dac? fiecare pentod? are o rezistent? R_i, rezistenta intern? a celor dou? pentode în paralel va fi jum?tate din R_i, adic? R_i/2.

La adresa de web http://www.qsl.net/nw2m/ft101.html#history#history , la capitolul “Construction”, aliniatul al doilea, am g?sit c? cele dou? pentode 6JS6C conectate în paralel, în etajul final al transceiver-ului FT-101, au rezistenta intern? de 3000 .

 

Transceiver-ele moderne au în etajul final dou? (sau mai multe) tranzistoare MOSFET care lucreaz? în contratimp (push-pull).

Curbele curentului de dren? în functie de tensiunea gril?-surs? sunt ar?tate în Fig.13. Se vede c? acestea sunt similare cu ale unei pentode, deci si rezistenta intern? a lor este mare, chiar mai mare ca la amplificatoarele cu pentode; acest lucru rezult? din faptul c?, curbele curentului de dren? în functie de tensiunea dren?-surs? sunt aproape orizontale.

 

 

 

 

Fig.13 Curbele curentului de dren? în functie de tensiunea dren?-surs? pentru un tranzistor MOSFET

 

Schema simplificat? a unui etaj de amplificare de putere cu MOSFET este identic? cu cea din Fig. 11. Singura deosebire const? în faptul c? etajul amplificator de putere, cu cele dou? tranzistoare MOSFET în contratimp, are ca element final un transformator, vezi Fig.14. Cu ajutorul transformatorului se face o prim? adaptare de la impedanta intern? ridicat? a amplificatorului la valoarea de 50 ohmi, valoare ce ar putea fi g?sit? la intrarea într-o linie de transmisie coaxial?, dac? si antena ar avea o rezistent? de radiaite tot de 50 ohm si în plus, ar fi la rezonant?. În manualul de operare al transceiver-ului FT-1000MP Mk V, referitor la impedant? este mentionat doar c? “Antenna Impedance = 50 ohms, unbalanced”. La sfârsitul articolului este dat un exemplu de adaptare de impedante folosind un transformator electric de separare. Sunt si metode pentru determinarea rezistentei (impedantei) interne a amplificatoarelor.

 

 

 

 

 

Fig. 14 Etajul final al transceiver-ului FT-1000MP Mark V

 

O metod? de m?surare a impedantei interne este ar?tat? în Fig.15.

 

 

 

 

Fig. 15 Metod? de m?surare a impedantei interne a etajului final

 

În Fig. 15 s-a considerat schema echivalent? a unui amplificator de putere pentru RF. S-a considerat, deasemenea, c? pe lâng? rezistenta intern?, amplificatorul are si o reactant? intern? (fie inductiv?, fie capacitiv?). Din acest motiv în schema din Fig. 15 apare impedanta intern? Z_i. În Fig. 15a voltmetrul V de RF m?soar? tensiunea efectiv? în gol a amplificatorului de putere, între terminalele 1 si 2. Aceast? tensiune va fi egal? chiar cu tensiunea electromotoare U_e (valoare efectiv?) a amplificatorului. Dup? m?surarea tensiunii în gol a amplificatorului se conecteaz? la terminalele 1 si 2 ale acestuia o rezistent? de sarcin? R de putere si de valoare cunoscut?, preferabil o sarcin? arificial? de 50 , “a dumy load”. Se citeste din nou tensiunea la terminalele de iesire 1 si 2 ale amplificatorului. Fie valoarea efectiv? a acestei tensiuni U_b. Se vede cu usurint? c? . C?derea de tensiune pe impedanta intern? este . Se poate scrie:

 

, apoi , rezult?:

 

(7)

 

În acest fel, adic? prin m?sur?tori, a fost determinat? valoarea absolut? a impedantei interne a amplificatorului de putere. Se poate merge si mai departe si se poate determina si reactanta intern?, dar scopul acestui articol este altul.

 

Concluzia acestui subcapitol este c? amplificatoarele finale au o schem? echivalent? ca cea din Fig. 11

 

Se pune problema adapt?rii rezistentei interne a etajului final cu rezistenta de sarcin?.

 

 

D. Sistemul “linie de transmisie-anten?” ca rezistent? de sarcin?

Pentru usurarea calculelor se vor lua în considerare numai linii de transmisie f?r? pierderi. În acest caz impedanta caracteristic? a liniilor de transmisie este pur rezistiv? si va fi notat? cu . Liniile coaxiale au impedanta caracteristic? de 50 (mai rar 75 ) si cele bifilare de 300 (450 si chiar 600 ).

 

Dac? se ia în considerare un cablu coaxial cu impedanta caracteristic? de 50 ohm si dac? se încearc? s? se m?soare cu un ohmetru rezistenta dintre ecran si firul central, nu se va g?si valoarea de 50 ohm, ohmetrul va ar?ta un circuit deschis.

Dac? la intrarea unui cablu coaxial, de lungime , se aplic?, pentru un moment foarte scurt, o tensiune continu? între firul central si ecran, aceast? stare de electrizare de la începutul liniei se va transmite c?tre sfârsitul liniei, cu o anumit? vitez?, numit? vitez? de und?. Când acest front de tensiune ajunge la sfârsitul liniei el se va reîntoarce c?tre cap?tul de început al liniei si asa mai departe. Vor apare unde reflectate. Dac? s-ar putea m?suara tensiunea dintre cele dou? conductoare ale liniei, într-o sectiune oarecare aflat? la o anumit? distan? fat? de intrare, si curentul din sectiunea respectiv?, pân? s? apar? unda reflectat? si dac? s-ar face raportul dintre tensiunea si curentul din frontul de und?, atunci s-ar obtine valoarea de 50 ohm. Acesta este sensul impedantei caracteristice de 50 ohm. Din acest motiv impedanta caracteristic? se mai numeste si impedant? de und?.

 

O anten? are un circuit echivalent ca cel din Fig.16.

 

 

 

 

 

Fig. 16 Schema echivalent? unei antene

 

rezistenta de radiatie a antenei, [];

reactanta inductiv? a antenei, [];

reactanta capacitiv? a antenei, [];

pulsatia tensiunii care alimenteaz? antena, [rad/s];

frecventa tensiunii care alimenteaz? antena, [Hz]

reactanta net? a unei antene, [].

 

Dac? pentru o anumit? frecvent? de lucru a antenei reactanta inductiv? este mai mare decât reactanta capacitiv? , atunci schema antenei este cea din Fig.16b. Dac? situatia este invers?, , atunci schema echivalent? a antenei este cea din fig. 16c.

 

În planul complex impedanta unei antene se scrie:

 

(8)

 

Cât timp reactanta net? a antenei este inductiv? impedanta ei va fi ; în momentul în care reactanta net? devine capacitiv?, impedanta se va scrie .

Valoarea absolut? a impedantei antenei este dat? de relatia:

 

(9)

 

O anten? are si o frecvent? pentru care reactanta inductiv? a sa va fi egal? cu reactanta capacitiv?, acestea se vor anula reciproc si va r?mâne numai rezistenta de radiatie , iar impedanta va deveni . Se spune c? antena este la rezonant?.

 

Schema de conexiuni dintre emit?tor, linia de transmisie si anten? este ar?tat? în Fgi.17.

 

 

 

Fig.17 Conexiunea emit?torului la anten?, prin intermediul liniei de transmisie

 

Emit?torul are rezistenta intern? si reactanta intern? , care poate fi inductiv? (), capacitiv? (), sau zero . Valoarea efectiv? a tensiunii electromotoare (în gol) emit?torului este notat? cu , care în planul complex se scrie . Valoarea efectiv? a tensiunii la bornele emit?torului (în sarcin?) este , care în planul complex se scrie . Antena are rezistenta de radiatie si o reactant? fie inductiv? (), fie capacitiv? (), sau zero .

Reamintesc c? unitatea imaginar? a fost notat? cu litera , deci . Un num?r de forma se numeste num?r imaginar, . Exemplu: . Un num?r de forma se numeste num?r complex, care este format din suma dintre un num?r real si un num?r imaginar . Num?rul se numeste partea real? a num?rului complex , iar num?rul se numeste partea imaginar? a num?rului complex . Modulul (valoarea absolut?) acestui num?r complex este . Exemplu: este un num?r complex, care are modulul (valoarea absolut?) egal cu . Modulul num?rului este tot .

Folosirea numerelor complexe simplific? mult calculele în circuitele electrice. Dac? o impedant? apare scris? ca înseamn? c? este vorba de o rezistent? în serie cu o bobin? care are reactant? inductiv? . Dac? impedanta apare scris? ca înseamn? c? este vorba de o rezistent? în serie cu o un condensator, care are reactant? capacitiv? .

 

În Fig. 17 viteza de propagare a undelor c?l?toare pe linia de transmisie a fost notat? cu v_u (viteza de und?). Se vede c? linia de transmisie are impedanta caracteristic? . Cu toate acestea, atunci când linia de transmisie este conectat? la o anten? cu impedanta (unde poate fi pozitiv sau negativ) la intrarea în linia de transmisie nu se va g?si valoarea , adic? 50 , cât este impedanta caracteristic? a unei linii de transmisie coaxiale. La intrarea în linia de transmisie emit?torul va “vedea” o rezistent? de intrare si o reactant? de intrare . Aceste valori depind de frecventa de lucru, de lungimea liniei de transmisie, de impedanta caracteristic? a liniei de transmisie si de impedanta antenei. Multi radioamatori afirm? pe band? c? “au de adaptat emit?torul cu cei 50 de ohmi prezenti la intrarea cablului coaxial”, afirmatie fals? în majoritatea cazurilor. Afirmatia este adev?rat? numai dac? la sfârsitul liniei de transmisie se conecteaz? o sarcin? cu rezistenta 50 .

 

Dac? impedanta antenei este , iar impedanta liniei de transmisie este , atunci relatiile de calcul ale rezistentei de intrare si ale reactantei de intrare în linia de transmisie sunt urm?toarele:

 

(10)

(11)

unde:

 

lungimea liniei de transmisie, [m];

constanta de faz?, m?surat? în [];

viteza de und? (viteza de propagare a undelor c?l?toare prin linia de transmisie), [m/s].

Expresiile (10) si (11) sunt complicate. Acestea devin foarte simple în cazul în care lungimea liniei de transmisie este egal? cu jum?tate din lungimea de und? corespunz?toare frecventei de lucru. Dac? atunci la cap?tul de intrare în linia de alimentare se va reg?si exact impedanta antenei, adic?:

 

, sau si (12)

 

Exemplu:

Fie o antent? care la frecventa 3.7 MHz are urm?toarea impedant?: . Modulul acestei impedante este 53.60 si rezult? din relatia . Dac? linia are impedanta caracteristic? de 50 si lungimea egal? cu jum?tate din lungimea de und?, atunci rezistenta la intrarea în linia de transmisie este , iar reactanta la intrarea în linia de transmisie este . Acest exemplu este un caz ideal. Linia este aproape perfect adaptat? la anten?.

 

 

E.Cum face transmatch-ul adaptarea?

În Fig. 18 se arat? elementele între care trebuie s? se fac? adaptarea.

 

 

Fig.18 Emit?torul, transmatch-ul, linia de transmisie si antena

 

Pentru simplificarea calculelor, s? presupunem un caz ideal: linia de transmisie are impedanta caracteristic? de 50 si lungimea egal? cu jum?tate din lungimea de und?. Antena este la rezonant? si are numai rezistent? de radiatie 50 . Deasemenea, s? presupunem c? emit?torul este cu tuburi, nu are reactant? intern?, ci doar rezistent? intern? egal? cu 3000 .

Cu presupunerile f?cute, conform teoremei transferului maxim de putere activ? ar trebui ca rezistenta intern? a emit?torului s? fie egal? cu rezistenta de radiatie a antenei.

 

Simplificând si mai mult schema din Fig.18 se obtine figura 19, unde se vede c? trebuie f?cut? o adaptare între o rezistent? de 3000 si o alt? rezistent? de 50 .

Fig. 19 Rezistentele care trebuiesc adaptate

Cel mai simplu circuit de adaptare este un circuit format dintr-un condensator si o bobin?, vezi Fig.20. Trebuie retinut c? bobinele si condensatorii conectati în circuite cu tensiuni alternative nu consum? putere activ?. Într-o jum?tate de perioad?, energia de la surs? se înmagazineaz? în câmpul magnetic al bobinei, sau în câmpul electric dintre arm?turile condensatorului si în cealalt? jum?tate de perioad? aceste energii se reîntorc la surs?.

 

 

Fig. 20 Cel mai simplu circuit de adaptare dintre dou? rezistente

 

S? presupunem, la întâmplare, c? frecventa pe care emite emit?torul este .

Vom analiza succesiv impedanta elementelor circuitului din Fig.20.

Se consider? prima dat? circuitul din Fig. 21. Acest circuit paralel se poate transforma într-un circuit serie, care are o impedant? echivalent? cu a circuitului initial.

 

 

Fig. 21 Circuit paralel format cu rezistenta Ri si condensatorul C

Impedanta circuitului din fig 21 este calculat? mai jos. Calculul se face în complex. Cei care nu cunosc calculul cu m?rimi complexe pot citi doar rezultatul.

 

 

Dup? separarea p?rtii reale de cea imaginar? rezult?:

 

(13)

 

Facem urm?toarele notatii:

 

si (14)

 

Rezult? , adic? o rezistent? în serie cu un condensator.

 

Cu notatiile din relatia (14) rezult? c? circuitul paralel din Fig.21 este echivalent cu un circuit serie, prezentat în figura 22.

 

Se pune conditia ca rezistenta R1 din circuitul ar?tat în Fig.22 s? fie egal? cu rezistenta R de radiatie a antenei, adic?:

 

(15)

 

Rezolvând aceast? ecuatie în raport cu se obtine:

 

(16)

 

 

 

Fig. 22 Circuit serie echivalent cu circuitul paralel din Fig.21

Înlocuind si rezult? .

Pentru frecventa de lucru, aleas? la întâmplare,, rezult?:

 

Deci condensatorul din Fig. 21 are valoarea

 

Cu ajutorul relatiei (14) se poate acum calcula reactanta din Fig. 22. Se obtine:

 

Rezult?:

 

 

Rezistenta si condensatorul nu exist? în realitate. Repet, circuitul din Fig.21, în care si este echivalent cu circuitul din Fig.22 în care si . Fizic exist? doar rezistenta intern? si condensatorul , în paralel cu .

 

Se alege acum o bobin? cu reactanta inductiv? egal? cu 384.05 , care va anula reactanta capacitiv? . Bobina exist? fizic. Din se obtine:

 

 

Dac? în serie cu condensatorul din Fig. 22, care are reactanta , se conecteaz? o bobin? cu inductanta si care va avea reactanta inductiv? , cele dou? reactante se vor anula reciproc si în circuit vor r?mâne dou? rezistente egale . Se obtine astfel circuitul din figura 23. S-a obtinut astfel ca rezistenta intern? a unu etaj amplificator de putere s? fie egal? cu rezistenta de radiatie a antenei pe care o alimenteaz? cu RF. În acest fel s-a obtinut conditia exprimat? de teorema transferului maxim de putere activ? (rezistenta intern? a sursei s? fie egal? cu rezistenta sarcinii).

 

 

 

 

 

 

Fig. 23 Ad?ugarea unei reactante inductive în serie cu reactanta capacitiv?

 

În Fig.23 ,

 

Este evident c? în cazul unui circuit de adaptare real, cu elementele ar?tate în Fig.20, condensatorl C va fi un condensator variabil, iar inductanta L ar fi de dorit s? fie tot reglabil?, dac? nu în mod continuu, cel putin în trepte si circuitul va avea configuratia din Fig.24.

 

 

 

 

 

Fig.24 Circuit de adaptare

 

 

În cazul în care rezistenta intern? a emit?torului este mai mic? decât rezistenta de radiatie a antenei, circuitul se va modifica ca în Fig. 25.

 

 

 

 

Fig. 25 Circuit de adaptare pentru

 

În cazurile reale, resistenta de radiatie a antenei nu este egal? cu impedanta caracteristic? a liniei de transmisie si deasemenea, antena va avea si reactant? (inductiv? sau capacitiv?). Linia de transmisie va prezenta la intrarea sa o reziztent? de intrare si o reactant? de intrare , date de relatiile (10) si (11). Etajul final de putere, pe lâng? rezistent? intern? va avea si reactant? intern?. La etajele cu tuburi va fi predominant? reactanta intern? capacitiv?, datorat? capacit?tilor anod-catod ale tuburilor, iar la cele cu tranzistoare în contratimp si transformator de iesire va predomina reactanta intern? inductiv?.

 

În astfel de situatii calculele se vor complica foarte mult si din aceast? cauz? trebuie acceptat c? un transmatch va face ca rezistenta intern? a etajului final s? devin? egal? cu rezistenta de la intrarea în linia de transmisie si reactanta intern? a etajului final s? fie egal? si opus? cu reactanta prezent? la intrarea în linia de transmisie.

 

 

F. Transmatch-ul meu

 

 

 

 

Fig. 26 Schema de principiu a transmatch-ului pe care îl folosesc

 

 

Transmatch-ul pe care îl folosesc nu a fost proiectat de mine. Pur si simplu am experimentat un transmatch care a fost descris în “The Radio Amateur’s Handbook” editia 1978, sau în “ Antene pentru traficul de radioamatori”, autor Gheorghe St?nciulescu, editia 1977, sau în revista “Sport si tehnic?” Nr.9/1973, într-un articol scris de Lucian Grideanu, YO9AIH.

 

 

Schema de principiu a transmatch-ului meu este ar?tat? în Fig.26. Nu am dorit s? utilizez un reflectometru încorporat.

 

 

 

 

Fig.27 P?rtile componente ale transmatch-ului meu

 

Condensatorul C1 este dublu dar cu rotorul izolat fat? de mas?. O sectiune a unui stator este conectat? la mas?, iar cealalt? este izolat? fat? de mas?. Radiofrecventa se aplic? pe rotorul condensatorului C1. Condensatorul C2 a fost montat pe suporti din teflon. Deasemenea, axul condensatorului C2 a fost prelungit în afara carcasei printr-un ax din teflon. La C2 se intr? pe rotor si se iese de pe stator. Ambele condensatoare au distanta între pl?ci 1.8 pân? la 2 mm (nu toate distantele dintre pl?ci sunt egale). Condensatorul C2 are arm?turile argintate, iar C1 are arm?turile din aluminiu.

Pentru inductanta variabil? am folosit o bobin? cu rol? care are sârma argintat?. La transmatch se poate conecta linie coaxial? si monofilar? (pentru antene long, etc.) la conectorul CO2, de tip SO-239, vezi fig.26, sau o linie bifilar?. Pentru iesirea simetric? am utilizat un balun cu miez din ferit? pe care am bobinat 2x10 spire, uniform distribuite, cu sârm? de Cu-emailat . Miezul de ferit? a fost în prealabil acoperit cu o folie subtire din teflon, ca s? protejez izolatia de email s? nu se deterioreze în contact cu miezul de ferit?. Miezul de ferit? a fost fixat pe un cilindru de teflon (se vede în fotografie). Am prev?zut întrerup?torul S1 (Fig.26) ca s? deconectez balunul în cazul lucrului cu cablu coaxial, dar am constatat c? nu era necesar, pentru c? se poate lucra cu balunul conectat în circuit chiar în cazul lucrului cu cablu coaxial. Reactanta înf?sur?rii balunului este destul de mare si nu pune la mas? firul central al conectorului SO-239. Voi înl?tura întrerup?torul din circuit si voi l?sa balunul conectat în permanent?, va ajuta la punerea la mas? a sarcinilor electrostatice induse în anten?.

Carcasa transmatch-ului are un surub fixat pentru conectarea la priza de p?mânt. Am mutat leg?tura de punere la p?mânt de la transceiver la transmatch. Conductorii de leg?tur? dintre elementele transmatch-ului sunt din Cu neizolat cu diametru de 2.2 mm.

În jurul g?urilor de prindere a capacului am îndep?rtat vopseaua ca s? existe un contact bun între capac si carcas?.

Torul de ferit? folosit de mine este ferit? perminvar Elferit FD6, pe care l-am cump?rat de la F.R.R. Torul are diametru exterior 46 mm, diametrul interior 28 mm si în?ltimea 25 mm. Torul lucreaz? bine pentru un domeniu de frecvente de la 3 MHz la 30 MHz si se zice c? poate transfera maxim 1 kW putere spre anten?. Dimensiunile transmatch-ului au rezultat în functie de dimensiunile elementelor componente. Am p?strat o distant? de cel putin 1.5 cm între elementele cu RF si carcas?, ca s? micsorez capacit?tile parazite. Din aceast? cauz? dimensiunile transmatch-ului sunt aproape cât ale transceiver-ului.

 

Nu orice transmatch poate face adaptarea între un emit?tor si un sistem “linie de transmisie-anten?”. Fiecare transmatch are un domeniu al impedantelor între care poate face adaptarea. Numai prin experiment?ri se poate alege transmatch-ul optim, sau evident, si prin proiectare.

 

Mai multe scheme de cuploare de anten? pot fi g?site la adresa de web:

http://www.cebik.com/link/link0.html unde L.B. Cebik, W4RNL prezint? o lucrare în cinci p?rti, intitulat? “Link-Coupled Antenna Tuners: A Tutorial”.

 

 

G. Transformatorul electric folosit ca adaptor de impedante

La terminarea acestui articol mi-am adus aminte c? si un transformator electric poate fi folosit ca un adaptor de impedante. Ar fi trebuit s? prezint mai întâi transformatorul electric ca un dispozitiv care face adaptarea între impedante. Îmi cer scuze pentru faptul c? îl prezint acum.

 

 

 

 

Fig.28 Schema unui transformator electric ideal

 

 

S? consider?m un transformator electric ideal, adic? un transformator la care pierderile în miezul magnetic si în înf?sur?rile de cupru sunt neglijabile si la care nu exist? flux magnetic de dispersie, adic? tot fluxul magnetic este comun atât pentru înf?surarea primar? cât si pentru cea secundar?. Aceste presupuneri nu sunt departe de realitate. Cu aceste presupuneri se poate spune c? tensiunea indus? în primar este proportional? cu num?rul de spire din primar si tensiunea indus? în secundar este proportional? cu num?rul de spire din secundar.

 

Schema unui transformator electric idealizat este reprezentat? în Fig.28.

 

U= valoarea efectiv? a tensiunii sursei de alimentare, [V];

E_P= valoarea efectiv? a tensiunii indus? în primar, [V];

E_S= valoarea efectiv? a tensiunii indus? în secundar, [V];

I_P= valoarea efectiv? a curentului din primar, [A];

I_S= valoarea efectiv? a curentului din secundar, [A];

N_P= num?rul de spire din primar;

N_S= num?rul de spire din secundar.

 

Tensiunea E_P, indus? în primar, este egal? dar opus? tensunii de la surs?, U. F?r? a tine seama de semne se poate scrie U=E_P. Impedanta primarului este impedanta “v?zut?” de surs? si este dat? de relatia:

 

[]; [V] (17)

 

Impedanta “v?zut?” de înf?surarea secundar? este dat? de relatia:

 

[]; [V] (18)

 

; (19)

 

unde este tensiunea indus? într-o spir?, m?surat în volt/spir?. Dac? se face raportul dintre si se obtine:

 

(20)

 

În relatia (20) este numit raportul de transformare.

 

Tensiunea magnetomotoare care produce fluxul comun este dat? de relatia:

 

(21)

 

Din relatia (21) se vede c?:

 

(22)

Se poate scrie:

 

(23)

; (24)

 

Cum se foloseste relatia (24)?

Ar trebui s? dau un exemplu tot din domeniul adapt?rilor între impedantele emit?toarelor si ale antenelor, dar subiectul ar fi prea complicat, asa c? dau un alt exemplu mai comod.

 

S? presupunem c? un amplificator audio cu un tub electronic (poate fi si cu un MOSFET), necesit? pentru performante optime o sarcin? de 6000 . Amplificatorul trebuie conectat la un difuzor cu impedanta de 16 . Pentru acest lucru se va folosi un transformator de separare, care va trebui s? aib? urm?torul raport de transformare:

 

 

Va trebui deci ca primarul s? aib? de 19.36 ori spire mai multe decât secundarul.