Tuner de antenă - Antenna tuner

Un tuner de antenă (și oricare dintre numele din lista de mai jos) este un dispozitiv care este introdus între un emițător radio și antena acestuia ; atunci când acestea sunt reglate corect (reglate) îmbunătățește transferul de putere de potrivire impedanța de radio la impedanța antenei, așa cum apare la sfârșitul feedline conectat la tunerul de antenă , cu celălalt capăt de conectare la antena. (Călătoria printr-o linie de alimentare determină, de obicei, ca impedanța de la ambele capete ale liniei de alimentare să fie diferită.)

Următoarele nume sunt echivalente:

• Tuner de antenă
• rețea potrivită
• (antenă) unitate de potrivire a impedanței
• cutie de chibrituri
• transmatch
• unitate de reglare a antenei ( ATU )
• cuplaj antenă
• cuplaj linie de alimentare

Jargonul tehnic în limba engleză nu face nicio distincție între termeni.

Tunerele de antenă sunt deosebit de importante pentru utilizarea cu emițătoare. Transmițătoarele sunt de obicei proiectate pentru a alimenta puterea într-o sarcină rezistivă fără reactanță , cu o valoare specifică: 50  Ohmi , prin convenție modernă. Cu toate acestea, impedanța antenei și a liniei de alimentare poate varia în funcție de frecvență și de alți factori. În plus față de reducerea puterii radiate de antenă, nepotrivirea poate distorsiona semnalul, iar emițătorii de mare putere pot supraîncălzi transmițătorul.

Pentru a evita posibilele daune care sunt o consecință a aplicării puterii nepotrivirii, ATU-urile sunt o parte standard a aproape tuturor sistemelor de transmisie radio. Dacă emițătorul detectează o impedanță de sarcină care se îndepărtează de sarcina proiectată, circuitele emițătoarelor moderne reduc automat puterea de ieșire pentru a proteja echipamentul de consecințele nepotrivirii impedanței .

Sistemul ATU poate fi un circuit încorporat în emițător în sine sau un echipament separat conectat oriunde între emițător și antenă sau o combinație a mai multor dintre acestea. În sistemele de transmisie cu o antenă îndepărtată de emițător și conectată la aceasta printr-o linie lungă de transmisie ( linia de alimentare ), în plus față de un ATU în care linia de alimentare se conectează la emițător poate exista o a doua rețea de potrivire (sau ATU) la antenă, pentru a se potrivi impedanței liniei de transmisie cu cea a antenei.

Prezentare generală

Tunerele de antenă sunt deosebit de importante pentru utilizarea cu emițătoare. Transmițătoarele sunt proiectate pentru a alimenta puterea într-o sarcină rezistivă cu o anumită valoare, de foarte multe ori 50  Ohmi . Dacă impedanța văzută de emițător se îndepărtează de această valoare de proiectare din cauza reglării necorespunzătoare a liniei de alimentare și antenei combinate, poate apărea supraîncălzirea etapei finale a emițătorului, distorsiunea sau pierderea puterii de ieșire.

Utilizare în emițătoare

Tunerele de antenă sunt utilizate aproape universal cu transmițătoarele. Fără un ATU, pe lângă reducerea puterii radiate de antenă, curentul reflectat poate supraîncălzi nucleele transformatorului și poate provoca distorsionarea semnalului. În transmițătoarele de mare putere, acesta poate supraîncălzi amplificatorul de ieșire al emițătorului. Atunci când este detectată puterea reflectată, circuitele de auto-protecție ale emițătoarelor moderne reduc automat puterea la niveluri sigure, reducând astfel puterea semnalului care părăsește antena și mai mult.

Din această cauză, ATU-urile sunt o parte standard a aproape tuturor sistemelor de transmisie radio. Acestea pot fi un circuit încorporat în emițător în sine sau un echipament separat conectat între emițător și antenă. În sistemele de transmisie cu o antenă separată de emițător și conectată la aceasta printr-o linie de transmisie ( linia de alimentare ), poate exista o altă rețea de potrivire (sau ATU) la antenă care se potrivește cu impedanța liniei de transmisie cu antena.

Transmițătoarele cu bandă îngustă din telefoanele mobile și walkie-talkies au un circuit ATU în interior setat permanent pentru a funcționa cu antena instalată. În stațiile de comunicații cu frecvență multiplă, cum ar fi stațiile de radio amatori și emițătoarele de mare putere, cum ar fi stațiile de radiodifuziune , ATU este reglabil pentru a se potrivi schimbărilor sistemului de transmisie sau a mediului său. Instrumentele precum contoare SWR , analizoare de antenă sau punți de impedanță sunt utilizate pentru a măsura gradul de potrivire sau nepotrivire. Reglarea ATU pentru a se potrivi emițătorului cu linia de alimentare și antenă este o procedură importantă efectuată după ce orice schimbare perturbă sistemul antenei sau mediul său.

Transmițătoarele de mare putere, cum ar fi stațiile de radiodifuziune , au o unitate potrivită care este reglabilă pentru a se potrivi schimbărilor în frecvența de transmisie, unitatea de transmisie, antenă sau mediul antenei. Reglarea ATU pentru a se potrivi emițătorului cu antena este o procedură importantă care se face după ce se efectuează orice lucru pe emițător sau antenă sau orice schimbare drastică a vremii care afectează antena (de exemplu, îngheț sau furtuni de praf ).

Efectul acestei ajustări este de obicei măsurat folosind un instrument numit contor SWR , care indică nepotrivirea agregată între o impedanță de referință (de obicei aceeași cu emițătorul: 50 + j 0 Ohm ) și impedanța complexă la punctul de inserare a Contor SWR . Alte instrumente, cum ar fi analizoarele de antenă sau punțile de impedanță , oferă informații mai detaliate, cum ar fi nepotrivirile separate ale părților rezistive și reactive ale impedanței de pe laturile de intrare și ieșire ale ATU.

Ce reglează de fapt un „tuner de antenă”

În ciuda numelui său, un tuner „antenă” nu reglează de fapt antena. Se potrivește impedanței rezistive ( reale ) a transmițătorului cu impedanța rezistivă complexă + reactivă prezentată de capătul apropiat al liniei de alimentare. Linia de transmisie va arăta o impedanță de intrare diferită de impedanța caracteristică a liniei de alimentare , dacă impedanța antenei de la celălalt capăt al liniei nu este potrivită cu impedanța caracteristică a liniei.

Consecința nepotrivirii este creșterea undelor staționare de tensiune și a undelor staționare de curent pe linia de alimentare sau, în mod echivalent, impedanța liniei (raportul tensiune la curent și faza) va oscila de-a lungul lungimii liniei.

Dacă atât tunerul, cât și linia de alimentare ar fi fără pierderi, acordarea la capătul emițătorului ar produce într-adevăr o potrivire perfectă în fiecare punct al sistemului antena emițător-linie de alimentare. Cu toate acestea, în sistemele practice, liniile de alimentare cu pierderi limitează capacitatea tunerului antenei de a modifica frecvența de rezonanță a antenei . Dacă pierderea de energie este redusă în linia care transportă semnalul emițătorului către antenă, un tuner la capătul emițătorului poate produce un grad util de potrivire și reglare pentru antena și rețeaua liniei de alimentare în ansamblu. Dar cu linii de alimentare cu pierderi, cu impedanță redusă, cum ar fi cablul coaxial de 50 Ohm utilizat în mod obișnuit , transferul de putere maximă are loc numai dacă potrivirea se face la antenă împreună cu un emițător și o linie de alimentare, producând o potrivire la ambele capete ale liniei.

În orice caz, indiferent de amplasarea sa, un ATU nu modifică câștigul, eficiența sau directivitatea antenei și nici nu modifică impedanțele complexe interne din părțile antenei în sine și nici impedanța prezentată la punctul de alimentare al antenei.

Eficiență și SWR

Dacă există încă un raport ridicat al undelor în picioare (SWR) dincolo de ATU, într-un segment semnificativ lung de linie de alimentare, orice pierdere în acea parte a liniei de alimentare este de obicei crescută de undele transmise care se reflectă înainte și înapoi între tuner și antenă, provocând pierderi rezistive în fire și eventual izolarea liniei de transmisie. Chiar și cu o unitate de potrivire la ambele capete ale liniei de alimentare - ATU-ul apropiat care corespunde transmițătorului cu linia de alimentare și ATU la distanță care corespunde liniei de alimentare cu antena - pierderile din circuitele celor două ATU-uri vor reduce ușor puterea livrată antenei.

1. Cea mai eficientă utilizare a puterii unui emițător este de a utiliza un rezonant antenă, hrănite cu o potrivire de impedanță feedline la un transmițător cu potrivire impedanță; există încă pierderi mici în orice linie de alimentare chiar și atunci când toate impedanțele se potrivesc, dar potrivirea minimizează pierderile.
2. Este aproape la fel de eficient să alimentați un tuner de antenă la distanță atașat direct la antenă, printr-o linie de alimentare potrivită cu emițătorul și alimentarea ATU; singurele pierderi suplimentare sunt în circuitele tunerului, care pot fi menținute mici dacă tunerul este corect ajustat și linia testată cu atenție la sau lângă antenă.
3. De obicei este ineficient să acționezi o antenă departe de una dintre frecvențele sale rezonante și să încerci să compensezi cu un ATU lângă emițător, departe de antenă; întreaga linie de alimentare de la ATU la antenă este încă nepotrivită, ceea ce va agrava pierderea normală în linia de alimentare, mai ales dacă este o linie cu impedanță redusă, cum ar fi coaxial standard de 50  Ohm .
4. Cea mai puțin eficientă metodă de transmitere este de a alimenta o antenă non-rezonantă printr-o linie de alimentare cu pierderi, fără nicio impedanță care să se potrivească oriunde de -a lungul liniei.

Utilizare în receptoare

ATU-urile nu sunt utilizate pe scară largă la receptoarele cu undă scurtă și aproape niciodată utilizate la receptoarele cu undă medie sau lungă . Acestea sunt, totuși, necesare pentru receptoarele care operează în HF superior (unde scurte superioare) și VHF și mai sus.

Într-un receptor, dacă impedanța complexă a antenei nu este o potrivire conjugată pentru impedanța de intrare complexă la capătul antenei liniei de transmisie, atunci o parte din puterea semnalului de intrare va fi reflectată înapoi către antenă și nu va ajunge la receptor. Cu toate acestea, acest lucru este important doar pentru frecvențele la și peste banda medie HF . La receptoarele radio care funcționează sub 20 MHz, zgomotul radio atmosferic domină raportul semnal / zgomot (SNR) al semnalului radio de intrare, iar puterea zgomotului atmosferic care ajunge cu semnalul este mult mai mare decât zgomotul radio termic inerent generat în circuitele proprii ale receptorului. Prin urmare, receptorul poate amplifica semnalul slab pentru a compensa orice ineficiență cauzată de nepotrivirea impedanței fără a crește perceptibil zgomotul în ieșire.

Cu toate acestea, la frecvențe mai mari, receptoarele întâmpină foarte puțin zgomot atmosferic, iar zgomotul adăugat de amplificatorul frontal al receptorului domină raportul semnal / zgomot. La frecvențe peste 20 MHz, zgomotul circuitului intern este factorul care limitează sensibilitatea receptorului pentru semnale slabe și, astfel, pe măsură ce crește frecvența, devine din ce în ce mai important ca impedanța complexă a antenei să fie potrivită conjugat cu impedanța de intrare la capătul antenei transmisiei. linie, pentru a transfera puterea maximă disponibilă de la un semnal slab în primul amplificator pentru a oferi un semnal mai puternic decât propriul zgomot generat intern. Astfel, circuitele de potrivire a impedanței sunt încorporate în unele receptoare pentru banda HF superioară , cum ar fi radioul CB și pentru majoritatea receptoarelor VHF și cu frecvență mai mare, cum ar fi receptoarele de difuzare FM și scanerele pentru avioane și radio de siguranță publică .

Metode de potrivire a benzilor largi

Transformatoarele , autotransformatoarele și balunurile sunt uneori încorporate în proiectarea tunerelor de antenă cu bandă îngustă și a conexiunilor de cablare a antenei. Toate vor avea de obicei un efect redus asupra frecvenței de rezonanță a antenei sau a circuitelor emițătorului de bandă îngustă, dar pot lărgi gama de impedanțe pe care tunerul antenei le poate potrivi și / sau poate converti între cablurile echilibrate și neechilibrate acolo unde este necesar.

Transformatoare de ferită

Amplificatoarele de putere în stare solidă care operează de la 1-30  MHz utilizează de obicei unul sau mai multe transformatoare de bandă largă înfășurate pe miezuri de ferită . MOSFET-urile și tranzistoarele de joncțiune bipolare utilizate în mod obișnuit în amplificatoarele moderne de frecvență radio sunt proiectate să funcționeze într-o impedanță redusă, astfel încât transformatorul primar are de obicei o singură rotație, în timp ce secundarul de 50 Ohm va avea 2 până la 4 spire. Această proiectare a sistemului de linie de alimentare are avantajul de a reduce reglajul necesar atunci când se schimbă frecvența de funcționare.

Un design similar poate asocia o antenă cu o linie de transmisie : De exemplu, multe antene TV au o impedanță de 300 Ohm, dar transmit semnalul către televizor printr-o linie coaxială de 75 Ohm. Un transformator mic de miez de ferită face transformarea impedanței în bandă largă. Acest transformator nu are nevoie și nici nu este capabil de reglare. Pentru utilizarea numai la recepție într-un televizor, variația mică a SWR cu frecvența nu este o problemă majoră.

De asemenea, rețineți că multe transformatoare de ferită efectuează o transformare echilibrată-ne-echilibrată pe lângă schimbarea impedanței. Când BAL anced la ONU funcție echilibrat este prezent aceste transformatoare sunt numite un balun (altfel un unun ). Cele mai frecvente balunuri au o transformare de impedanță 1: 1 sau 1: 4 .

Autotransformatori

Există mai multe modele pentru potrivirea impedanței folosind un autotransformator , care este un transformator simplu, cu un singur fir, cu diferite puncte de conectare sau robinete distanțate de-a lungul înfășurărilor bobinei. Acestea se disting în principal prin raportul lor de transformare a impedanței și dacă laturile de intrare și ieșire împărtășesc o bază comună sau sunt potrivite de la un cablu care este împământat pe o parte ( neechilibrat ) la un cablu neîmpământat (de obicei echilibrat ). Când conectați autotransformatoare bal anced și ONU linii echilibrat acestea sunt numite balun s, la fel ca și două transformatoare de lichidare sunt.

Circuitul ilustrat în dreapta are trei înfășurări identice înfășurate în aceeași direcție în jurul unui miez „de aer” (pentru frecvențe foarte mari) sau miez de ferită (pentru frecvențe medii) sau a unui miez de fier pulbere (pentru frecvențe foarte joase). Cele trei înfășurări egale afișate sunt conectate la un teren comun împărțit de două linii dezechilibrate (deci acest design este unun ) și pot fi utilizate ca potrivire de impedanță 1: 1, 1: 4 sau 1: 9, în funcție de robinetul ales .

De exemplu, dacă partea dreaptă este conectată la o sarcină rezistivă de 10 Ohmi, utilizatorul poate atașa o sursă la oricare dintre cele trei terminale nefondate din partea stângă a autotransformatorului pentru a obține o impedanță diferită. Observați că în partea stângă, linia cu mai multe înfășurări între punctul de atingere al liniei și robinetul de la sol măsoară o impedanță mai mare pentru aceeași sarcină de 10 Ohm din dreapta.

Design de bandă îngustă

Metodele de „bandă îngustă” descrise mai jos acoperă un interval de frecvențe mult mai mic, în comparație cu metodele de bandă largă descrise mai sus.

Metodele de potrivire a antenelor care utilizează transformatoare tind să acopere o gamă largă de frecvențe. Un balun unic, tipic, disponibil comercial poate acoperi frecvențe de la 3,5 la 30,0  MHz sau aproape întreaga bandă de unde scurte . Potrivirea la o antenă folosind un segment tăiat al liniei de transmisie (descrisă mai jos) este probabil cea mai eficientă dintre toate schemele de potrivire în ceea ce privește puterea electrică, dar de obicei poate acoperi doar o gamă de aproximativ 3,5-3,7  MHz lățime în banda HF - o foarte gama mică într-adevăr, în comparație cu lățimea de bandă de 27 MHz a unui balun de bandă largă bine făcut.

Cuplarea antenei sau circuitele de potrivire a liniei de alimentare sunt, de asemenea, în bandă îngustă pentru orice setare, dar pot fi reglate mai convenabil. Cu toate acestea, acestea sunt probabil cele mai puțin eficiente în ceea ce privește pierderea de putere (în afară de faptul că nu au deloc potriviri de impedanță!).

Metode de reglare a antenei liniei de transmisie

Există două tehnici diferite de potrivire a impedanței care utilizează secțiuni ale liniei de alimentare: Fie linia de alimentare originală poate avea o secțiune de linie deliberat nepotrivită îmbinată în ea (numită potrivire de secțiune ), fie un trunchi scurt de linie se poate ramifica de la linia originală, cu terminați fie scurtcircuitat, fie lăsat neconectat (numit potrivire stub ). În ambele cazuri, poziția secțiunii de linie suplimentară pe linia de alimentare originală și lungimea acesteia necesită o amplasare și o reglare atentă, care aproape sigur vor funcționa doar pentru o frecvență dorită.

Potrivirea secțiunii

O secțiune specială a liniei de transmisie poate fi utilizată pentru a potrivi linia principală cu antena, dacă impedanța caracteristică a secțiunii de linie este diferită de cea a liniei principale. Tehnica este în esență de a remedia o nepotrivire prin crearea unei nepotriviri opuse: un segment de linie cu impedanța și lungimea corespunzătoare, inserat la distanța adecvată de antenă, poate efectua efecte de potrivire complicate cu o eficiență foarte mare. Dezavantajul este că potrivirea cu segmentele de linie funcționează numai pentru un interval de frecvență foarte limitat pentru care lungimea și poziția segmentului sunt adecvate.

Cel mai simplu exemplu cu această metodă este transformatorul de impedanță cu un sfert de undă format dintr-o secțiune a liniei de transmisie nepotrivite. Dacă un sfert de lungime de undă de 75 Ohm (75  Ω ) cablu coaxial este legat de o sarcină de 50 Ω, SWR în lungimea de undă a sfertului de 75 Ω al liniei poate fi calculată ca 75 Ω ⁄ 50 Ω  = 1,5; sfertul de lungime de undă a liniei transformă impedanța nepotrivită la 112,5 Ω (75 Ω × 1,5 = 112,5 Ω). Astfel, această secțiune inserată se potrivește cu o antenă de 112 Ω la o linie principală de 50 Ω.

1 / 6  lungime de undă coaxial transformator este un mod util pentru a se potrivi între 50 și 75 Ω , folosind aceeași metodă generală.

Potrivire cu butuc

O a doua metodă obișnuită este utilizarea unui butuc : Fie o secțiune scurtă, fie deschisă a liniei, este conectată în paralel cu linia principală de alimentare, formând o ramură fără fund din linia principală. Cu coaxial acest lucru se face folosind un conector „T”. Un butuc cu o lungime mai mică de un sfert de undă al cărui capăt este scurtcircuitat acționează ca un inductor ; dacă capătul său este lăsat neconectat (deschis), butucul acționează ca un condensator .

Lungimea butucului și locația sa sunt alese astfel încât susceptanța sa să fie egală și opusă cu susceptanța din acel punct de pe linie, iar impedanța non-reactivă rămasă se va potrivi cu linia de sub butuc, eliminând efectele a impedanței complexe sau SWR de la antenă.

Antena J-pol și legate antena Zepp sunt ambele exemple ale unei antene cu un încorporat meci stub.

Potrivirea de bază a circuitului blocat utilizând rețeaua L

O „rețea L’’este cel mai simplu circuit care va realiza transformarea dorită; pentru orice antenă dată și frecvență, odată ce un circuit este selectat dintre cele opt configurații posibile (dintre care șase sunt prezentate în diagrama de mai jos ) , numai un set de valori de componente se va potrivi în impedanță la ieșire impedanta. Tunerele automate de antene disponibile comercial sunt cel mai adesea „rețele L'”, deoarece implică cele mai puține părți și au o setare unică pentru ca circuitele de reglare să fie căutate.

Circuitul de bază necesar atunci când sunt folosite capacități și inductanțe aglomerate este prezentat în schema de mai jos. Acest circuit este important, deoarece mulți tunere automate de antenă îl folosesc și, de asemenea, deoarece circuitele mai complicate pot fi analizate ca grupuri de rețele L.

Acest circuit se numește rețea „L” nu pentru că conține un inductor (de fapt unele rețele L constau din doi condensatori), ci mai degrabă pentru că în schemă cele două componente sunt în unghi drept unul față de celălalt, având forma unei rotiri și uneori litera romană inversată „L”. Rețeaua „T” („Tee”) și rețeaua „ π ” („Pi”) au, de asemenea, părțile lor așezate într-o formă similară literelor romane și grecești după care sunt numite.

Această rețea de bază poate acționa ca un transformator de impedanță . Dacă ieșirea are o impedanță format din rezistivă parte R _sarcină și o parte reactivă X _sarcină , care se adaugă pentru a face un singur număr complex ( j ² = -1) . Intrarea trebuie atașată la o sursă care are o impedanță a rezistenței _sursei R și a reactanței _sursei X , atunci

${\ displaystyle jX _ {\ text {L}} = {\ sqrt {{\ Big (} R _ {\ text {source}} + jX _ {\ text {source}} {\ Big)} {\ Big (} (R_ {\ text {source}} + jX _ {\ text {source}}) - (R _ {\ text {load}} + jX _ {\ text {load}}) {\ Big)}}}}$

și

${\ displaystyle jX _ {\ text {C}} = (R _ {\ text {load}} + jX _ {\ text {load}}) {\ sqrt {\ frac {(R _ {\ text {source}} + jX_ { \ text {source}})} {(R _ {\ text {load}} + jX _ {\ text {load}}) - (R _ {\ text {source}} + jX _ {\ text {source}})}} }}$.

În acest exemplu de circuit, X _L și X _C pot fi schimbate. Toate circuitele ATU de mai jos creează această rețea, care există între sisteme cu impedanțe diferite.

De exemplu, dacă sursa are o impedanță rezistivă de 50 Ω și sarcina are o impedanță rezistivă de 1000 Ω:

${\ displaystyle jX _ {\ text {L}} = {\ sqrt {(50) (50-1000)}} = {\ sqrt {(-47500)}}}$

${\ displaystyle X _ {\ text {L}} = 217,94 \, {\ text {Ohms}}}$

${\ displaystyle X _ {\ text {C}} = 1000 {\ sqrt {\ frac {50} {(1000-50)}}} = 1000 \, \ times \, 0.2294 \, {\ text {Ohms}} = 229,4 \, {\ text {Ohms}}}$

Dacă frecvența este de 28 MHz,

La fel de,

${\ displaystyle X _ {\ text {C}} = {\ frac {1} {2 \ pi fC}}}$

atunci, ${\ displaystyle 2 \ pi fX _ {\ text {C}} = {\ frac {1} {C}}}$

Asa de, ${\ displaystyle {\ frac {1} {2 \ pi fX _ {\ text {C}}}} = C = 24.78 \, {\ text {pF}}}$

În timp ce, ${\ displaystyle X _ {\ text {L}} = 2 \ pi fL \,}$

atunci, ${\ displaystyle L = {\ frac {X _ {\ text {L}}} {2 \ pi f}} = 1,239 \, {\ text {μH}}}$

Teorie și practică

O rețea paralelă, formată dintr-un element rezistiv (1000  Ω ) și un element reactiv (- j  229.415  Ω ), va avea același factor de impedanță și putere ca o rețea de serie formată din elemente rezistive (50  Ω ) și reactive (- j  217.94  Ω ).

Prin adăugarea unui alt element în serie (care are o impedanță reactivă de + j  217,94  Ω ), impedanța este de 50  Ω (rezistivă).

Tipuri de rețele L și utilizările acestora

Rețeaua L poate avea opt configurații diferite, dintre care șase sunt prezentate în diagramele din dreapta . Cele două configurații omise sunt aceleași cu rândul de jos, dar cu elementul paralel (fire verticale) pe partea dreaptă a elementului de serie (fire orizontale), în loc de pe stânga, așa cum se arată.

În discuția diagramelor care urmează, conectorul in provine de la transmițător sau „sursă” din stânga; afară conectorul merge la antena sau „sarcina“ de pe dreapta. Regula generală (cu unele excepții, descrise mai jos) este că elementul orizontal al unei rețele L merge în serie cu partea care are cea mai mică impedanță rezistivă.

Deci , de exemplu, cele trei circuite din coloana din stânga și cele două în rândul de jos au elementul din seria (orizontale) pe afara partea sunt utilizate în general pentru etapa ping până la o intrare de joasă impedanță (transmițător) la o înaltă impedanță ieșire (antenă), similar cu exemplul analizat în secțiunea de mai sus. Primele două circuite în coloana din dreapta, cu elementul din seria (orizontale) pe în lateral, sunt în general utile pentru pas ping în jos de la o intrare mai mare la o impedanță de ieșire mai mică.

Regula generală se aplică numai sarcinilor care sunt în principal rezistive , cu foarte puțină reactanță . În cazurile în care sarcina este foarte reactivă - cum ar fi o antenă alimentată cu un semnal a cărui frecvență este departe de orice rezonanță - poate fi necesară configurația opusă. Dacă este departe de rezonanță, circuitele de jos de jos (high-in to low-out) ar fi folosite în schimb pentru a se conecta pentru un step up (low-in to high-out, care este în mare parte reactanță).

Versiunile low-pass și high-pass ale celor patru circuite prezentate în primele două rânduri utilizează un singur inductor și un condensator. În mod normal, trecerea joasă ar fi preferată cu un transmițător, pentru a atenua armonicele, dar configurația pentru trecerea înaltă poate fi aleasă dacă componentele sunt mai convenabil obținute sau dacă radioul conține deja un filtru intern de trecere joasă sau dacă este de dorit atenuarea frecvențelor joase - de exemplu atunci când o stație AM locală care difuzează pe o frecvență medie poate supraîncărca un receptor de înaltă frecvență .

În rândul de jos, circuitul Low R , high C este prezentat alimentând o antenă verticală scurtă, cum ar fi cazul unei antene mobile compacte sau altfel pe frecvențe sub cea mai mică frecvență de rezonanță naturală a antenei . Aici capacitatea inerentă a unei antene scurte, aleatorii, este atât de mare încât rețeaua L este realizată cel mai bine cu doi inductori , în loc să agraveze problema folosind un condensator.

Circuitul Low R , high L este prezentat alimentând o antenă cu buclă mică . Sub rezonanță, acest tip de antenă are atât de mult inductanță, încât o mai mare inductanță de la adăugarea unei bobine ar face reactanța și mai gravă. Prin urmare, rețeaua L este compusă din doi condensatori.

Tunere de linie dezechilibrate

Spre deosebire de rețelele L cu două elemente, circuitele descrise mai jos au trei sau mai multe componente și, prin urmare, au mult mai multe opțiuni pentru inductanță și capacitate, care vor produce o potrivire de impedanță. Operatorul radio trebuie să experimenteze, să testeze și să folosească judecata pentru a alege dintre numeroasele ajustări care se potrivesc cu aceleași impedanțe. Această secțiune discută proiectele de circuite pentru linii dezechilibrate; este urmat de o secțiune care discută tunerii pentru linii echilibrate.

Rețea T high-pass

Această configurație este populară în prezent, deoarece este capabilă să potrivească o gamă largă de impedanțe cu condensatori în dimensiuni disponibile în mod obișnuit. Cu toate acestea, este un filtru de trecere înaltă și nu va atenua radiația falsă peste frecvența de tăiere aproape la fel de bine ca și alte modele (a se vedea secțiunea π- rețea, de mai jos). Datorită pierderilor reduse și simplității sale, multe ATU-uri construite acasă și comerciale reglate manual folosesc acest circuit. Bobina de tuning este în mod normal , de asemenea , reglabil (nu este prezentat).

Teorie și practică

Dacă o impedanță a sursei de 200 Ω și o sarcină rezistivă de 1000 Ω sunt conectate (prin intermediul unui condensator cu o impedanță de - j  200 Ω) la inductorul transmatch-ului, matematica vectorială o poate transforma într-o rețea paralelă constând dintr-o rezistență de 1040 Ω și un condensator cu o intrare de 1.9231 × 10 ^-4  siemens ( X _C  = 5200 Ω).

O sarcină rezistivă ( R _L ) de 1000 Ω este în serie cu X _C - j  200 Ω.

${\ displaystyle Z = {\ sqrt {R_ {L} ^ {2} \ + \ X_ {C} ^ {2}}} = 1020 \, \ Omega}$

Unghiul de fază este

${\ displaystyle \ theta = \ tan ^ {- 1} \ left ({\ frac {X _ {\ text {C}}} {R _ {\ text {L}}}} \ right) = 11.31 ^ {\ circ} }$

Y = 1 ⁄ Z = 9.8058 × 10 ⁻⁴  S

Pentru a converti într-o rețea paralelă echivalentă

${\ displaystyle X _ {\ text {C}} '= {\ frac {1} {Y \ sin \ \ theta}}}$

${\ displaystyle R _ {\ text {L}} '= {\ frac {1} {Y \ cos \ \ theta}} = 1040 \ \ Omega}$

Dacă componenta reactivă este ignorată, este necesară o transformare de la 1040 Ω la 200 Ω (conform ecuațiilor de mai sus, un inductor de + j  507,32 Ω). Dacă se ia în considerare efectul condensatorului (din rețeaua paralelă), este necesar un inductor de + j  462,23 Ω. Sistemul poate fi apoi transformat matematic într-o rețea serie de 199,9 Ω rezistiv și + j  409,82 Ω reactiv.

Un condensator (- j  409.82) este necesar pentru a finaliza rețeaua. Pașii sunt prezentați aici. Plasați cursorul peste fiecare circuit pentru subtitrări.

• 

  Circuitul văzut de utilizator; impedanța pieselor prezentată pe diagramă

• 

  După o transformare (impedanța piesei fără etichetă este -j 5200Ω)

• 

  După două transformări

• 

  După trei transformări

• 

  După patru transformări

Rețea π low-pass

Se poate utiliza și o rețea π ( pi ) . Acest ATU are o atenuare foarte bună a armonicelor și a fost încorporat în etapa de ieșire a emițătoarelor „vintage” bazate pe tuburi și a multor amplificatoare RF moderne pe bază de tuburi. Cu toate acestea, circuitul π standard nu este popular pentru tunerele de antenă multibandă de sine stătătoare, deoarece condensatoarele variabile necesare pentru benzile de amatori inferioare sunt incomodabile de mari și costisitoare.

Rețeaua π modificată de Drake

O versiune modificată a rețelei π este mai practică, deoarece folosește un condensator de intrare fix (stânga), care poate fi de câteva mii de picofarade, permițând celor două condensatoare variabile să fie mai mici. Un comutator de bandă selectează un inductor și un condensator de intrare. Acest circuit a fost utilizat în tunere care acoperă 1,8-30 MHz fabricate de RL Drake Company și de alți producători, înainte de popularitatea rețelei „T”, de mai sus.

Tuner SPC

Seria Parallel voluminoasă sau SPC tuner utilizează un circuit de bandă de trecere , care poate servi atât ca un cuplaj de antenă și ca un preselector . Următoarea este o descriere simplificată a circuitului SPC: În diagramă, condensatorul superior din dreapta corespunde impedanței cu antena, iar condensatorul unic din stânga corespunde impedanței cu transmițătorul. Bobina și condensatorul din dreapta jos formează un circuit al rezervorului care se scurge la pământ la semnale dezacordate. Bobina este, de obicei, reglabilă (nu este afișată), pentru a lărgi sau restrânge trecerea de bandă și pentru a se asigura că condensatoarele de la dreapta în bandă vor putea să se potrivească atât cu antena, cât și să se adapteze la frecvența de funcționare a transceiverului fără a compromite una. sau celălalt.

Cu tunerul SPC, pierderile vor fi oarecum mai mari decât cu rețeaua T, deoarece capacitatea adăugată de-a lungul inductorului va conduce la un curent reactiv la sol, care trebuie anulat de curentul suplimentar din inductor. Compensarea este că inductanța efectivă a bobinei este crescută, permițând astfel funcționarea la frecvențe mai mici decât altfel ar fi posibil.

Ultimate Transmatch

Inițial, Ultimate Transmatch a fost promovat ca o modalitate de a face componentele mai ușor de manevrat la cele mai mici frecvențe de interes și, de asemenea, pentru a obține o anumită atenuare armonică. O versiune a rețelei Ultimate Transmatch a lui McCoy este prezentată în ilustrația din dreapta.

Acum este considerat învechit; obiectivele de proiectare au fost mai bine realizate folosind piese identice prin rețeaua de condensator serie (SPC) , prezentată mai sus , care a fost proiectată după ce numele Ultimate fusese deja folosit.

Tunere de linie echilibrate

Liniile de transmisie echilibrate (linie deschisă) necesită un tuner care are două terminale de ieșire „fierbinți”, mai degrabă decât un terminal „fierbinte” și unul „rece” (împământat). Deoarece toate emițătoarele moderne au ieșire neechilibrată (coaxială) - aproape întotdeauna 50 Ω - cel mai eficient sistem are ca tunerul să ofere o transformare balun (echilibrată la neechilibrată), precum și să ofere o potrivire de impedanță. Tunerul include de obicei o bobină , iar bobina poate accepta sau produce intrări sau ieșiri echilibrate sau neechilibrate, în funcție de locul în care punctele de atingere sunt plasate pe bobină.

Versiuni echilibrate ale circuitelor tunerului dezechilibrat

Toate circuitele tunerului dezechilibrat descrise în secțiunea principală precedentă pot fi convertite într-un circuit echilibrat echivalent, după cum urmează:

1. În desenele schematice standard care au conexiunea la sol ca o linie de-a lungul fundului, se trage doar o copie inversă a aceluiași circuit, sub original, cu linia de sol care se desfășoară de-a lungul vârfului și cu componentele în același orientarea de la stânga la dreapta.
2. În al doilea pas, ambele linii de masă sunt șterse, iar conexiunile de masă descendente din circuitul original sunt conectate la conexiunile de masă ascendente corespunzătoare din noul circuit invers.
3. Componentele astfel îmbinate sunt fie înlocuite cu echivalentul lor combinat, fie opțional pot avea joncțiunea conectată la o masă RF. În cazul în care componentele împerecheate rămân, acestea sunt „grupate” mecanic, astfel încât o ajustare face aceeași schimbare la ambele.
4. În etapa finală, alimentarea neechilibrată de la transmițător este cuplată la cele două intrări ale circuitului înfrățit printr-un balun. Liniile de ieșire dublate servesc ca cele două fluxuri "fierbinți" către antena echilibrată.

Tunerele „echilibrate în mod inerent” disponibile comercial sunt realizate ca versiuni echilibrate ale circuitelor L, T și π . Dezavantajul lor este că componentele utilizate pentru linia superioară și linia inferioară trebuie să fie asortate cu atenție și atașate perechi, astfel încât ajustarea lor să provoace o schimbare de reglare identică pe ambele părți „fierbinți” ale circuitului. Prin urmare, majoritatea tunerelor „inerent echilibrate” sunt de peste două ori mai scumpe decât tunerele dezechilibrate.

Circuite echilibrate cu transformator reglat

Următoarele tipuri de circuite echilibrate au fost utilizate pentru tunere, ilustrate în diagrama de mai jos. Toate se bazează pe circuite transformatoare reglate; niciuna nu este versiune echilibrată a circuitelor dezechilibrate discutate mai sus.

Conexiuni de împământare opționale și obligatorii

Toate circuitele prezintă o conexiune la masă (un triunghi orientat în jos) pe partea antenei (partea dreaptă). Masa antenei din dreapta este opțională; dacă este utilizat, forțează efectiv tensiunea echilibrată împotriva solului pe cele două terminale de ieșire. Triunghiul din stânga reprezintă o masă obligatorie și este conectat la linia de semnal conectată la transmițător.

Legătură fixă ​​cu atingeri

Legătura fixă cu robinete (în stânga sus pe diagramă) este circuitul cel mai de bază. Factorul va fi aproape constantă și este stabilită de numărul de rotații relative pe link - ul de intrare. Potrivirea se găsește prin reglarea condensatorului și selectarea robinetelor de pe bobina principală, care se poate face cu un comutator care accesează diverse robinete sau prin mișcarea fizică a clipurilor de la rând la rând. Dacă virajele bobinei principale sunt schimbate pentru a trece la o frecvență mai mare sau mai mică, virajele de legătură ar trebui să se schimbe și ele. ${\ displaystyle Q}$

Tuner cu ac de păr

Tunerul Hairpin (dreapta sus) are același circuit, dar utilizează un „ac de păr“ inductor (o linie de transport exploatat, scurt - circuitat-la capătul de departe). Deplasarea robinetelor de-a lungul acului permite ajustarea continuă a transformării impedanței, ceea ce este dificil cu o bobină de solenoid. Este util pentru lungimi de undă foarte scurte de la aproximativ 10 metri la 70 cm (frecvențe de aproximativ 30 MHz la 430 MHz ) unde inductorul solenoid ar avea prea puține rotații pentru a permite reglarea fină. Aceste tunere funcționează de obicei pe cel mult un interval de frecvență 2: 1.

Capac de serie cu robinete

Ilustrația prezintă două versiuni ale aceluiași circuit în esență: capac de serie cu robinete și o configurație alternativă pentru liniile low-Z . Capacul de serie cu robinete (mijloc, stânga) adaugă un condensator de serie la partea de intrare a legăturii fixe cu robinete . Condensatorul de intrare permite reglarea fină cu mai puține robinete pe bobina principală. O conexiune alternativă (mijloc, dreapta) pentru circuitul capac al seriei este utilă doar pentru impedanțe mici, dar evită robinetele ( Pentru liniile cu Z scăzute din ilustrație).

Link de legătură cu atingeri

Legătură swinging cu atingeri (în stânga jos). O legătură pivotantă introdusă în legătura fixă ​​cu robinete permite, de asemenea, reglarea fină cu mai puține robinete. Legătura oscilantă este o formă de transformator variabil, care mută bobina de intrare în și din spațiul dintre ture în bobina principală pentru a-și schimba inductanța reciprocă. Inductanța variabilă face ca aceste tunere să fie mai flexibile decât circuitul de bază, dar la un anumit cost în complexitate.

Legătură fixă ​​cu condensatori diferențiali

Legătură fixă ​​cu condensatori diferențiali (jos dreapta). Circuitul cu condensatori diferențiali a fost designul folosit pentru binecunoscutele tunere Johnson Matchbox (JMB).

Cele patru secțiuni ale condensatoarelor de ieșire (C2) sunt un condensator cu diferențial dublu: Axele celor patru secțiuni sunt conectate mecanic și plăcile lor sunt aliniate astfel încât, pe măsură ce secțiunile condensatorului superior și inferior crește în valoare, cele două secțiuni medii scad în valoare și vice versa. Aceasta oferă o schimbare lină a încărcării, care este echivalentă electric cu robinetele în mișcare de pe bobina principală. Johnson Matchbox a folosit un comutator de bandă pentru a schimba virajele inductorului principal pentru fiecare dintre cele cinci benzi de frecvență disponibile pentru șuncă în anii 1950. Mai târziu, modele similare au, de asemenea, robinetele comutate pe inductorul de legătură (intrare).

Designul JMB a fost criticat, deoarece cele două condensatoare de secțiune medie din C2 nu sunt strict necesare pentru a obține o potrivire; cu toate acestea, secțiunile din mijloc limitează în mod convenabil perturbarea reglării pentru C1 cauzată de modificările la C2.

Z meci

Z-Match este un ATU utilizat pe scară largă pentru radio amator de mică putere, care este utilizat în mod obișnuit atât ca un dezechilibrat, cât și ca un tuner echilibrat. Z Match este o versiune dublată a unui circuit de transformare rezonant, cu trei condensatori de reglare. Doi dintre condensatorii cu conexiuni separate la bobina transformatorului primar sunt grupați și constituie efectiv două circuite de transformare rezonante separate, cu două frecvențe rezonante distincte. Rezonanța dublă permite circuitului unic de-a lungul bobinei să acopere o gamă mai largă de frecvențe fără a comuta inductanța. Deoarece partea de ieșire este un transformator secundar (opțional împământat) poate fi utilizată pentru a alimenta linii de transmisie echilibrate sau neechilibrate, fără nicio modificare a circuitului.

Designul Z-match este limitat în puterea de ieșire de către nucleul utilizat pentru transformatorul de ieșire. Un miez de fier sau de ferită de aproximativ 1,6 inci în diametru ar trebui să acopere 100 de wați. Un tuner construit pentru utilizarea cu consum redus de energie ( „QRP” - de obicei 5 wați sau mai puțin) poate utiliza un nucleu mai mic.

Rețineți, de asemenea, că toate condensatoarele din proiectare trebuie izolate electric de la sol.

Tuner dezechilibrat și un balun

O altă abordare a alimentării liniilor echilibrate este utilizarea unui tuner dezechilibrat cu un balun pe partea de intrare (emițător) sau de ieșire (antenă) a tunerului. Cel mai adesea folosind popularul circuit T de trecere înaltă descris mai sus, fie cu un balun de curent 1: 1 pe partea de intrare a tunerului dezechilibrat, fie cu un balun (de obicei 4: 1) pe partea de ieșire. Poate fi gestionat, dar a face acest lucru atât în ​​mod eficient, cât și în siguranță nu este ușor.

Balun între antenă și ATU

Orice balun plasat pe partea de ieșire (antenă) a unui tuner trebuie să fie construit pentru a rezista tensiunilor de înaltă tensiune și curent, din cauza gamei largi de impedanțe pe care trebuie să le suporte.

Pentru o gamă largă de frecvențe și impedanțe, este posibil să nu fie posibilă construirea unui balun robust, care să fie eficient în mod adecvat. Pentru o gamă restrânsă de frecvențe, utilizarea butoanelor de linie de transmisie sau a secțiunilor pentru transformări de impedanță (descrise mai sus) poate fi mult mai fezabilă și va fi cu siguranță mai eficientă.

Balun între emițător și ATU

Cerințele impuse balunului sunt mai modeste dacă balunul este pus pe capătul de intrare al tunerului - între tuner și emițător. Amplasat pe acest capăt, funcționează întotdeauna într-o impedanță constantă de 50  Ω de la transmițător pe o parte și are rețeaua potrivită pentru a o proteja de oscilațiile sălbatice din impedanța liniei de alimentare de pe cealaltă parte. Toate spre bine. Din păcate, echilibrarea intrării de la transmițător creează probleme care trebuie remediate.

Dacă un tuner neechilibrat este alimentat cu o linie echilibrată de la un balun în loc de direct de la transmițător, atunci conexiunea sa normală de antenă - firul central al cablului său coaxial de ieșire - furnizează semnalul ca de obicei pe o parte a antenei. Cu toate acestea, partea de masă a aceleiași conexiuni de ieșire trebuie să alimenteze acum un curent egal și opus celeilalte părți ale antenei.

Tensiunea de masă externă „adevărată” la antenă și emițător trebuie să se afle la jumătatea distanței dintre cele două fluxuri „fierbinți”, dintre care una este masa internă: În interiorul ATU, nivelul de sol „fals” al circuitului de potrivire este la fel de diferit de „adevărat” "nivelul solului fie la antena, fie la emițător, deoarece firul original" fierbinte "este (dar cu polaritate opusă). Fie firul de ieșire „fierbinte”, fie „masa” circuitului de potrivire vă vor oferi exact același șoc dacă îl atingeți.

Circuitul tunerului trebuie să „ plutească ” deasupra sau sub nivelul exterior al solului pentru ca masa circuitului ATU (sau partea comună ) să alimenteze al doilea fir fierbinte care anterior era atașat la firul de masă al cablului de ieșire: solul plutitor al circuitului trebuie să furnizeze un diferența de tensiune adecvată pentru a conduce curentul printr-un terminal de ieșire pentru a face a doua ieșire "fierbinte".

Tensiunile ridicate sunt normale în orice circuit de potrivire a impedanței eficiente („ Q ridicat ”), punând capăt unei nepotriviri largi. Cu excepția cazului în care bazele incompatibile sunt păstrate cu grijă separate, tensiunile ridicate prezente între acest sol plutitor interior și bazele externe ale emițătorului și antenei pot duce la arc, descărcare corona, curenți de masă cuplați capacitiv și șoc electric.

Păstrarea separată a terenurilor nepotrivite

Pentru a reduce pierderile de energie și a proteja operatorul și echipamentul, șasiul tunerului trebuie să fie dublu stratificat: un șasiu exterior și un șasiu interior. Șasiul exterior trebuie să închidă și să izoleze circuitul de reglare și solul său plutitor din exterior, rămânând în același timp la nivelul solului (solurilor) exterior (e). Cu șasiul exterior de protecție, șasiul interior își poate menține propriul nivel „sol plutitor” incompatibil, izolat în siguranță.

Șasiul interior poate fi redus la nimic mai mult decât o platformă de montare în interiorul șasiului exterior, ridicat pe izolatoare pentru a menține o distanță sigură între „solul plutitor” și „adevăratele” linii electrice de masă conectate la șasiul exterior. Șasiul de montare metalic al circuitului de reglare interioară și, în special, tijele metalice conectate la butoanele de reglare de pe șasiul exterior trebuie să fie păstrate separat de suprafața atinsă de operator și de contactul electric direct cu solul transmițătorului pe cablul său de conectare („adevărat " sol).

Izolarea comenzilor se face de obicei prin înlocuirea a cel puțin unei părți a bielelor metalice între butoane de pe suprafața exterioară și a pieselor reglabile de pe platforma interioară cu o tijă izolată, fie dintr-o ceramică robustă, fie dintr-un plastic care tolerează temperaturile ridicate. Mai mult, părțile interioare și exterioare metalice trebuie să fie suficient de îndepărtate pentru a preveni scurgerea curentului prin cuplaj capacitiv atunci când tensiunile interioare sunt ridicate. În cele din urmă, toate aceste aranjamente trebuie asigurate cu o îngrijire mai mare decât de obicei, pentru a se asigura că împingerea, presiunea sau expansiunea căldurii nu pot crea un contact între terenurile interioare și exterioare.

rezumat

Folosirea unui circuit inerent dezechilibrat pentru un tuner echilibrat pune constrângeri dificile asupra construcției tunerului și cerințe ridicate asupra măiestriei constructorului. Avantajul unui astfel de design este că circuitul său de potrivire interior, inerent dezechilibrat, necesită întotdeauna doar o singură componentă în care o versiune echilibrată a aceluiași circuit necesită adesea două. Prin urmare, nu necesită perechi identice de componente pentru cele două capete „fierbinți” ale circuitului (circuitelor) pentru a asigura echilibrul la sol în cadrul UAT, iar ieșirea sa este echilibrată inerent față de solul „adevărat” exterior, chiar deși circuitul interior este dezechilibrat față de solul „fals” interior.

Pierderi din sistemul antenei

Locația UAT

Un ATU poate fi introdus oriunde de-a lungul liniei care conectează emițătorul sau receptorul radio la antenă. Punctul de alimentare al antenei este de obicei ridicat în aer (de exemplu, o antenă dipol orizontală ) sau departe (de exemplu, o antenă monopol montată la sol, utilizată atât pentru recepție, cât și pentru transmisie). O linie de transmisie sau linie de alimentare trebuie să transporte semnalul între emițător și antenă. ATU-ul poate fi plasat oriunde de-a lungul liniei de alimentare - la ieșirea emițătorului, la intrarea antenei sau oriunde între ele - și, dacă se dorește, două sau mai multe ATU-uri pot fi plasate în locații diferite între antenă și emițător (de obicei la cele două capetele liniei de alimentare) și reglate astfel încât să creeze o potrivire de impedanță în tot sistemul de antenă.

Reglarea antenei se face cel mai bine cât mai aproape de antenă pentru a minimiza pierderile, a crește lățimea de bandă și a reduce tensiunea și curentul pe linia de transmisie. De asemenea, atunci când informațiile transmise au componente de frecvență a căror lungime de undă este o fracțiune semnificativă din lungimea electrică a liniei de alimentare, distorsiunea informațiilor transmise va apărea dacă pe undă există unde staționare. Transmisiile stereo analogice TV și FM sunt afectate în acest fel; pentru aceste moduri, plasarea unității de potrivire la sau foarte aproape de antenă este obligatorie.

Când este posibil, un tuner automat sau controlat de la distanță într-o carcasă rezistentă la intemperii la sau lângă antenă este convenabil și asigură un sistem eficient. Cu un astfel de tuner, este posibil să se potrivească o mare varietate de antene pe o gamă largă de frecvențe (inclusiv antene stealth).

Linie de alimentare cu impedanță ridicată

Când ATU trebuie să fie amplasat lângă radio pentru o reglare convenabilă, orice SWR semnificativ va crește pierderea în linia de alimentare. Din acest motiv, atunci când utilizați un ATU la transmițător, linia de alimentare cu pierderi reduse și impedanță ridicată este un mare avantaj (linia cu fir deschis, de exemplu). O lungime scurtă a liniei coaxiale cu pierderi mici este acceptabilă, dar cu liniile coaxiale mai lungi pierderile mai mari, agravate de SWR, devin foarte mari.

Este important să ne amintim că atunci când un ATU este plasat lângă emițător și departe de antenă, chiar dacă ATU se potrivește cu emițătorul cu linia, nu există nicio schimbare în linie dincolo de ATU. Curenții de reacție reflectați de antenă sunt retro-reflectați de ATU și deci sunt invizibili pe partea emițătorului ATU. Undele individuale sunt de obicei reflectate între antenă și UTA de mai multe ori; rezultatul reflexiilor multiple este pierderea combinată, tensiune mai mare și / sau curenți mai mari pe linie și în UAT și lățime de bandă îngustă. Niciuna dintre acestea nu poate fi corectată de un ATU așezat lângă emițător.

Pierderea tunerelor de antenă

Fiecare mijloc de potrivire a impedanței va introduce unele pierderi de putere. Acest lucru va varia de la câteva procente pentru un transformator cu miez de ferită, până la 50% sau mai mult pentru un ATU complicat care este reglat necorespunzător sau care funcționează în apropierea limitelor domeniului său de reglare.

Dintre circuitele tunerului cu bandă îngustă, rețeaua L are cea mai mică pierdere, parțial pentru că are cele mai puține componente, dar în principal pentru că se poate potrivi la o singură setare și această setare este în mod necesar cel mai mic Q posibil pentru o transformare de impedanță dată. .

Rețeaua L care folosește numai condensatori va avea cea mai mică pierdere, dar această rețea funcționează numai acolo unde impedanța de încărcare este foarte inductivă, făcându-l o alegere bună pentru o antenă cu buclă mică . Impedanța inductivă apare și cu antenele cu fir drept utilizate la frecvențe ușor peste o frecvență rezonantă , unde antena este prea lungă - de exemplu, între un sfert și jumătate de undă la frecvența de funcționare - prin urmare, se poate construi în mod deliberat o antenă care este prea lung pentru toate frecvențele de proiectare, cu intenția de a-l regla numai cu condensatori, similar cu o antenă de buclă. Din păcate, problema tipică întâlnită în banda HF este că antenele sunt prea scurte pentru frecvența utilizată, iar reglarea acestora necesită reactanță inductivă.

Cu rețeaua T high-pass, pierderea în tuner poate varia de la câteva procente - dacă este reglată pentru cea mai mică pierdere - la peste 50% dacă tunerul este ajustat necorespunzător. Folosirea capacității maxime disponibile va da mai puține pierderi decât în ​​cazul în care se acordă pur și simplu un meci, fără a ține cont de setări. Acest lucru se datorează faptului că folosirea mai multor capacități înseamnă utilizarea mai puține rotații a inductorului, iar pierderea este în principal în inductor.

Sacrificarea eficienței în schimbul suprimării armonice

Dacă se dorește o filtrare suplimentară, inductorul din oricare dintre proiectele cu trei elemente poate fi setat în mod deliberat la valori mari, ridicând circuitul Q și astfel oferind un efect de trecere parțială a benzii . Fie trecerea înaltă T sau trecerea joasă  π pot fi ajustate în acest mod; tunerul SPC oferă un efect de band-pass complet atunci când este reglat în mod similar. Atenuarea suplimentară la frecvențele armonice poate fi crescută semnificativ doar cu un procent mic de pierderi suplimentare la frecvența reglată.

Când este ajustat pentru pierderi minime, tunerul SPC va avea întotdeauna o respingere armonică mai bună decât T-ul high-pass, deoarece designul SPC este un circuit de band-pass. Orice tip este capabil de o respingere armonică bună dacă este acceptabilă o mică pierdere suplimentară. Trecerea joasă  π are o atenuare armonică excepțională la orice setare, inclusiv cea mai mică pierdere.

Raportul undei staționare

Este o concepție greșită obișnuită că un raport ridicat al undelor în picioare (SWR) în sine provoacă pierderi sau că o antenă trebuie să fie rezonantă pentru a transmite bine; niciuna nu este adevărată. Un ATU bine ajustat care alimentează o antenă printr-o linie cu pierderi reduse poate avea doar un procent mic de pierderi suplimentare în comparație cu o antenă intrinsecă potrivită, chiar și cu un SWR ridicat (4: 1, de exemplu). Un ATU așezat lângă transmițător doar reflectă din nou energia reflectată de antenă („curent de reacție”) de-a lungul liniei de alimentare către antenă („retro-reflecție”). Pierderile mari apar din rezistența RF în linia de alimentare și antenă, iar aceste reflexii multiple datorate SWR ridicat determină combinarea pierderilor din linia de alimentare.

Utilizarea liniei de alimentare cu pierderi reduse, cu impedanță ridicată cu un ATU are ca rezultat pierderi foarte mici, chiar și cu reflexii multiple. Cu toate acestea, dacă combinația linie de alimentare-antenă este „pierdută”, atunci un SWR identic ridicat poate pierde o fracțiune considerabilă din puterea de ieșire a emițătorului. Liniile cu impedanță ridicată - cum ar fi majoritatea liniilor cu sârmă paralelă - transportă puterea mai ales ca tensiune înaltă decât curent mare, iar curentul singur determină puterea pierdută din rezistența liniei. Deci, pentru același număr de wați livrați la antenă, în ciuda SWR-ului ridicat, se pierde foarte puțină energie în linia de impedanță ridicată în comparație cu pierderile din linia de impedanță mică, cum ar fi cablul coaxial tipic. Din acest motiv, operatorii radio care folosesc linia de alimentare cu impedanță ridicată pot fi mai obișnuiți cu privire la utilizarea tunerelor.

Fără un ATU, SWR-ul de la o antenă și linie de alimentare nepotrivite poate prezenta o sarcină necorespunzătoare la transmițător, provocând distorsiuni și pierderi de putere sau eficiență cu încălzirea și / sau arderea componentelor etapei de ieșire. Transmițătoarele moderne în stare solidă sunt proiectate să se protejeze automat prin reducerea puterii atunci când se confruntă cu curent de reacție. În consecință, unele etape de putere în stare solidă produc doar semnale slabe dacă SWR crește peste 1,5 la 1. Dacă nu ar fi această problemă, chiar și pierderile dintr-un SWR de 2: 1 ar putea fi tolerate, deoarece doar 11% din puterea transmisă ar fi să fie reflectate și 89 la sută trimise prin antenă. Deci pierderea principală de putere la SWR ridicat se datorează emițătorului „retragând” puterea de ieșire atunci când este provocat de un SWR ridicat.

Transmițătoarele și amplificatoarele de tuburi au, de obicei, o rețea de ieșire reglabilă care poate alimenta sarcini nepotrivite până la 3: 1 SWR fără probleme. De fapt, rețeaua π a stadiului de ieșire al emițătorului acționează ca un ATU încorporat. În plus, tuburile sunt robuste din punct de vedere electric (chiar dacă sunt fragile din punct de vedere mecanic), astfel încât circuitele bazate pe tuburi nu au nevoie să-și „retragă” puterea de ieșire, deoarece pot elimina impun curent de reacție foarte mare.

Aplicații de difuzare

Transmițătoare de transmisie AM

Una dintre cele mai vechi aplicații pentru tunerele de antenă este în emițătoarele de transmisie AM cu undă medie și scurtă . Transmițătoarele de bandă AM utilizează de obicei o antenă verticală (turn) care are de obicei lungimi de undă între 0,20 și 0,68. La baza turnului (în „cabana de cuplare”) se folosește un ATU pentru a potrivi antena cu linia de transmisie de 50 Ohm de la transmițător. Cel mai frecvent utilizat circuit este o rețea T low-pass cu două inductoare din serie și un condensator de șunt între ele.

Când se utilizează mai multe turnuri, rețeaua ATU poate prevedea, de asemenea, o reglare a fazei, astfel încât curenții din fiecare turn să poată fi fazați față de ceilalți pentru a produce un semnal în direcția dorită. Stațiile sunt deseori impuse de termenii licenței de funcționare pentru a preveni semnale în direcții care ar putea produce interferențe cu alte stații. Stația de transmisie beneficiază, de asemenea, de mai multă putere a semnalului stației, plătită în factura electrică, care merge în zona țintă atribuită, pe care se bazează veniturile sale din publicitate. Reglarea ATU-urilor într-o matrice multiturn este un proces complicat, care consumă mult timp, necesitând o expertiză considerabilă.

Transmițătoare cu undă scurtă de mare putere

Stațiile internaționale de radiodifuziune cu unde scurte de mare putere (50 kW și mai mult) schimbă frecvențele sezonier - chiar zilnic - pentru a se adapta la condițiile de propagare ionosferică, astfel încât semnalele lor să poată ajunge la audiența dorită. Schimbările frecvente de frecvență de transmisie necesită ajustarea frecventă a potrivirii antenei și a circuitelor de fazare. Transmițătoarele moderne cu undă scurtă includ de obicei circuite încorporate de potrivire a impedanței pentru SWR de până la 2: 1 care se pot regla la o nouă frecvență și, prin urmare, la o nouă impedanță de ieșire în 15 secunde.

Rețelele de potrivire din transmițătoare încorporează uneori un balun sau unul extern poate fi instalat la transmițător pentru a alimenta o linie echilibrată. Până în anii 1950, liniile de transmisie echilibrate de 300 Ohmi sau mai mult erau mai mult sau mai puțin standard pentru toate emițătoarele și antenele cu unde scurte, chiar și de către amatori. Majoritatea radiodifuzorilor cu unde scurte continuă să utilizeze fluxuri de înaltă impedanță chiar și după ce potrivirea automată a impedanței a devenit disponibilă în mod obișnuit.

Cele mai frecvent utilizate antene cu undă scurtă pentru difuzarea internațională sunt antena HRS (cortină), care acoperă o gamă de frecvențe de la 2 la 1, și antena log-periodică , care poate acoperi până la o gamă de frecvențe de la 8 la 1. În intervalul de proiectare, antena SWR va varia, dar aceste modele mențin de obicei SWR sub 1,7 la 1 - cu ușurință în intervalul SWR care poate fi reglat prin potrivirea automată a antenei încorporate în multe emițătoare moderne. Deci, atunci când hrăniți antene bine alese, un emițător modern se va putea regla după cum este necesar pentru a se potrivi cu antena la orice frecvență.

Reglarea automată a antenei

Mai multe scheme de control pot fi utilizate, într-un transmițător radio sau un transmițător radio, pentru a regla automat un tuner de antenă (AT). Fiecare AT prezentat în figură are un port, denumit „port antenă”, care este direct sau indirect cuplat la o antenă și un alt port, denumit „port radio” (sau „port utilizator”), pentru transmiterea și / sau recepționarea de semnale radio prin AT și antenă. Fiecare AT afișat în figură este un port cu o singură antenă (SAP), dar poate fi necesar un port cu antenă multiplă (MAP) pentru transmisia radio MIMO.

Mai multe scheme de control, care pot fi utilizate pentru a regla automat un SAP AT al unui transmițător wireless, se bazează pe una dintre cele două configurații prezentate în figură. În ambele configurații, emițătorul cuprinde: o antenă; AT; o unitate de detectare (SU); o unitate de control (CU); și o unitate de transmisie și procesare a semnalului (TSPU) care constă din toate părțile transmițătorului care nu sunt prezentate în altă parte în figură. Portul TX al TSPU oferă o emoție. SU furnizează, către TSPU, una sau mai multe semnale de ieșire ale unității de detectare determinate de una sau mai multe variabile electrice (cum ar fi tensiunea, curentul, tensiunea incidentă sau directă, etc.) cauzate de excitația, detectată la portul radio în cazul configurația (a) sau la portul antenei în cazul configurației (b).

Cinci tipuri de scheme de control al tunerului de antenă sunt definite într-un articol. Tipul 0 desemnează schemele de control AT în buclă deschisă care nu utilizează niciun SU, reglarea fiind de obicei bazată doar pe cunoașterea unei frecvențe de operare. Schemele de control de tip 1 și tip 2 utilizează configurația (a), tipul 2 utilizând controlul de căutare extremum, în timp ce tipul 1 nu. Schemele de control de tip 3 și tip 4 utilizează configurația (b), tipul 4 utilizând controlul care caută extremum, în timp ce tipul 3 nu. În articolul menționat, schemele de control sunt comparate în ceea ce privește: utilizarea lor de control în buclă închisă și / sau control în buclă deschisă; măsurătorile utilizate; capacitatea lor de a atenua efectele caracteristicilor electromagnetice ale împrejurimilor; scopul schemei de control; precizia și viteza acestora; și dependența lor de un model de AT și CU.

Reglarea automată a antenei este utilizată în telefoanele mobile emblematice; transmițătoare radio HF mobile, maritime și tactice pe uscat; și în emițătoare radio pentru serviciul de amatori.

Vezi si

Note

Referințe

Lecturi suplimentare

• Wright, HC (1987). O introducere în teoria antenei . Londra: Bernard Babani. BP198.
• Societatea Radio din Marea Britanie (1976). Manualul de comunicare radio (ediția a 5-a). Bedford, Marea Britanie: Radio Society of Great Britain. ISBN 0-900612-58-4.
• Rohde, Ulrich L. (1974). "Die Anpassung von kurzen Stabantennen für KW-Sender" [Potrivirea antenelor cu tijă scurtă pentru emițătoarele cu undă scurtă]. Funkschau (în germană) (7).
• Rohde, Ulrich L. (13 septembrie 1975). „Potriviți orice antenă din intervalul 1,5-30 MHz cu doar două elemente reglabile”. Design electronic . Vol. 19.

linkuri externe

• „Site-ul American Radio Relay League” .
• „Ce fac tunere și o privire înăuntru” .