Nästan en autotuner

SM7MCD said:
En klassisk ingång till avstämning mot förluster i spolen är att ha en tuner enligt "T", dvs. två kondensatorer i serie och mittpunkten ansluten till jord via en spole. Den stora majoriteten av manuella avstämmare är med den konfigurationen.
Click to expand...
Jag har några MFJ och en Daiwa som bygger på T-principen. Så det du säger är att om jag kopplar upp en sådan ATU mot en sändare och en antenn så skall det gå att finna två inställningskombinationer av de tre rattarna som ger lågt SVF på ATU ingång. En kombination där effekten hamnar i spolen eller internt i ledningar och komponenter och en kombination där effekten når antennen. Har aldrig upplevt detta fenomen i någon ATU. Blir nyfiken och skall se om jag hittar vad G3YNH skriver och sen kanske koppla upp och mäta lite på mina ATU.
 
Det finns en definitiv risk för att effekten hamnar i spolens förluster
om man bara stämmer av på lågt SVF utan att hålla koll på att effekten
verkligen kommer vidare.

Dock kan det undvikas genom att se till att
inte få ett skarpt minimum vid avstämning, utan att initialt ställa C1/C2 i
sådana lägen att minimat blir ganska flackt.

"Differential-T" kopplingen gör att det går att undvika problemet ganska enkelt,
men till priset av att förlusterna kan bli något större.
 
Anledningen till att jag aldrig noterat det problemet kanske beror på det faktum att avstämningsproceduren jag använder baserar sig på att initialt ställa C1 och C2 i mittläge och sedan ställa in omkopplaren för L1 i det läge som ger en brusökning i mottagaren alt högst S-meterutslag på en stark station. Ibland kan maximum upplevas brett över flera omkopplarlägen men ändå ge en tydlig brusökning. Därefter kan C1 och C2 grovinställas för max RX-brus. Redan där är man tillräckligt nära. Sedan finjusteras C1 och C2 för lägst SVF med sändaren påslagen. SVF kan bli allt från 1:1 till 2:1 SVF och kan vid behov sänkas genom att öka eller minska L1 ett/några omkopplarsteg/varv och efterjustera C1 och C2. Det finns endast en (1) kombination som ger lägsta SVF samtidigt som brusnivån är maximum.

Den falska inställningen kanske kan framkallas genom att ställa C1 (med liten kapacitans) och L1 (stor induktans) till nära serieresonans på arbetsfrekvensen och använda C2 tillsammans med antennens belastningsimpedans för att balansera ut den induktiva eller kapacitiva reaktansen. En sådan inställning borde visa sig som ett mycket skarpt frekvensberoende minimum i SVF. Ligger det något i denna teorin eller vilka andra kriteria måste vara uppfyllda för att kunna verifiera den falska inställningen?
 
T-filter justeras för anpassning med minsta möjliga induktans så att det belastade Q-värdet är lågt. Gör man tvärtom uppstår överslag i kondensatorer och omkopplare samt överhettning av spolen.

Lennart
 
SM5DFF said:
T-filter justeras för anpassning med minsta möjliga induktans så att det belastade Q-värdet är lågt. Gör man tvärtom uppstår överslag i kondensatorer och omkopplare samt överhettning av spolen.
Click to expand...

Skall det förstås som att det finns en annan mer korrekt eller lämplig inställningskombination än den kombination som ger lägsta möjliga SVF på ingången samtidigt som max uteffekt till antennen erhålls?
 
Den "rätta" inställningen är den som ger efterfrågad impedanstransformation
samtidigt som imaginärdelen hos lastimpedansen kompenseras.

Det lastade Q-värdet i en transformeringskrets med 2 eller flera komponenter
kan inte understiga roten ur (Zl/Zs-1) så om man ska anpassa en last med 1000 ohm belopp
måste Q vara minst 4,4.

Ställer man in variablerna i kretsen så att detta villkor är uppfyllt så erhålls
den efterfrågade transformationen med minsta förluster, och det finns en
kombination som uppfyller detta.

Sedan finns det ett oändligt antal kombinationer
vilka ger högre Q för samma transformationsförhållande, och därmed högre kretsförluster.

Extremfallet uppstår när antennkretsen blir så löst kopplad till resonanskretsen
att endast lite energi kopplas ut till antennen, medan merparten cirkulerar i den avstämda
kretsen och värmer upp den.
 
SM0AOM said:
Ställer man in variablerna i kretsen så att detta villkor är uppfyllt så erhålls
den efterfrågade transformationen med minsta förluster, och det finns en
kombination som uppfyller detta.

Sedan finns det ett oändligt antal kombinationer
vilka ger högre Q för samma transformationsförhållande, och därmed högre kretsförluster.
Click to expand...

Tack för tydliggörandet. Teorin stämmer bra med min praktiska erfarenhet med avstämning av T-kretsar. I sak handlar det om att transformera en impedans till en annan med lägsta möjliga överföringsförluster. För att göra "50 ohm sändaren" nöjd och ev minimera tilläggsförluster i långa tunna koaxialkablar i det fall ATU placeras nära antennen är det lämpligt att minimera SVF på 50 ohm sidan.

Sen kan jag inse att en kombination med aningen lägre induktans och högre kapacitans som DFF nämner gör att en något underdimensionerad ATU kan hantera något högre spänningar över kondensatorer och omkopplare etc men alltid till priset av några tiondels dB högre förluster. I de T-kretsar (MFJ och Daiwa) jag har analyserat i nätverksanalysatorn så fås lägsta SVF och högsta uteffekt nästan alltid i ett visst omkopplarläge. Ibland är två lägen likvärdiga men om upplösningen hade varit "oändlig" med fler omkopplarlägen som MCD använder så skulle man alltid hamna i en och samma kombination. Det kan bara finnas en kombination som är optimal.

Principerna vi diskuterar här är generella och gäller så klart även i MCD konstruktion där hans lösning strävar efter att ställa in servomotorerna i exakt samma optimala inställningskombination varje gång en ny avstämning görs mot en konstant belastningsimpedans. Detta utan hänsyn till att medvetet finna en annan kombination med en något lägre induktans i spolen med avsikt att minska påfrestningarna på kondensatorerna etc. Hur som helst. Intressant diskussion tycker jag.
 
Tack för alla kommentarer och goda råd.
Jag noterade problemet med att stämma av antennsystemet och råka lägga effekten i spolen när jag labbade med att mäta antennströmmen i matarledningen. Jag noterade att det inte alls var omöjligt att få perfekt avstämning, men väldigt lite ström ut, och det lockade min nyfikenhet varför detta hände.
Personligen har jag valt att börja med båda kondensatorerna på max och spolen på min och bara röra en kondensator. Alltså står en kondensator alltid på max. Statistiskt har det visa sig ge absolut minst antal "felavstämningar". Flera har till och med valt att kortsluta en kondensator i taget, jag har fyra kondensatorer som kan via mjukvara styras på olika vägar.

Hur "automatisk" tunern blir är säkert en funktion av tålamodsprövande programmering, men jag har lite mer ambitioner än att lägga vissa positioner i minne, men vi får se om ambitionen var rimlig...
 
Det finns en tråd om MFJ's manuella 986 som har problem med falska resonanser. Lösningen med att kortsluta spolen från vissa varvtal för att undvika att man oavsiktligt stämmer av felaktigt så att all effekt snurrar inne i tunerboxen var nog bra tänkt men uselt exekverat. Den matchbox jag köpte på en Eskilstunaloppis var ett exempel på det. (Spår av rök...)

Jag har perifert kommit i kontakt med reglersystem som bygger på en fast "förstämmning" som därefter övergår till en aktiv finavstämmning inom det förvalda området. Om risken för falska resonanser finns kanske en sådan lösning skulle fresta mindre på tålamodet...
 
Som ni säkert noterat gillar jag att fundera på olika mätningar, här speciellt kring antennsystem och transmissionsledningar. Jag förstod tidigt att det är viktigt att ha koll på strömflödet i antennsystemer, och därmed knyts kunskapen kring impedanser.
På olika intressanta ställen har jag små strömprobar på kablar och sladdar.

DSCN3065.JPG
Här ett typiskt exempel på att få tag på strömmen.
Jag har sedan testat olika sätt att använda mätinformationen, och en av de bättre varianterna är denna med ett före - efter dubbelinstrument.

DSCN3069.JPG
Instrumentet kommer från ett skrotat Oltronixaggregat, och jag har kopplat nålarna till var sin strömprob. Ena givaren finns före en tuner och den andra efter. Jag ser då att en strömökning in oxo leder till en strömökning ut. Jag får även en koll på impedansen genom skillnaden i ström där ström in vanligtvis är samma, men strömmen ut in i bandkabeln på min multibanddipol varierar en hel del beroende på vilken impedans som råder just där mätningen sker.
När jag justerar L och C är detta en favorit för mig kombinerat med en traditionell SWR-meter, jag letar efter "bra" SWR och justerar sist på max ström.

För flera år sedan när vi hade byggkurs i KRAS och byggde S-match byggde vi även SWR-mätare och strömprober.

DSCN3062.JPG
En del med instrument från skrotade bandspelare...

DSCN3061.JPG
Men vi byggde även en Arduinovariant, där vi behövde mätförstärkare och där Tobbe SM7EOI skrev programvaran med olika varianter att presentera mätvärden som siffror eller staplar etc.

Men denna metod funkar inte att vägleda datorn att justera L och C,... tyvärr. Personligen har jag lite svårt att lära mig att manuellt följa impedans - fasinformationen via två instrument, men hoppas att övning ger färdighet.

Leif
 
Efter börjat testa några algoritmer för att optimera inställningar av L och C, får jag lite problem med hur jag tolkar mina instrument. Jag kan ha över eller under 50 ohm och fasen kan vara "lead" eller "lag". Men när jag väljer att arbeta i manuellt läge och bara följa hur en algoritm arbetar så får jag konflikter i beslutsfattandet. Ofta hamnar jag i en återvändsgränd om jag optimerar exempelvis C, för att därefter följa efter med L, vanligtvis behöver jag "gå lite förbi" med första värdet, för att därefter börja hitta rätt. Denna process är väldigt enkel med exempelvis en VNA att titta på, men om jag bara tittar på impedans och fas så ser jag inte hur de signalerna leder mig rätt...

Irriterande är att följer jag min vanliga manuella metod att jobba med SWR och max ström leder det perfekt till rätt impedans och fas, lika så om jag följer Bengt -EQL:s tips, lika så om jag sätter mig och räknar med Smith-diagrammet. Men i detta ligger så klart min erfarenhet åt vilket håll som L och C skall justeras, samt igenkänningens ledstjärna. Men att följa impedans och fas har jag inta alls samma erfarenhet kring, och jag kanske inte ser om jag väljer fel.

Så varför hamnar jag "fel" när jag följer impedans och fas? Var tänker jag fel...?
 
Du kanske kommer ihåg föredraget som Jörgen OZ7TA höll på Radioträff Syd RS03 ang Gladsaxe-avdelningens byggprojekt ATU 2002. Där förklarade han algoritmerna i form av flödesschema och olika problem att ta hänsyn till för att snabbast möjligt hamna i rätt lägen. Projektet bygger delvis på en ATU för fartygsradio som Jörgen varit med att utveckla. Tänkte närmast på om fasdetektorn etc kan ge några ledtrådar. ATU är annars av typen x-antal L och C som kopplas in med reläer.


Beskrivningen publicerades i OZ dec 2002 och under 2003 med några mindre rättelser.




 
Last edited:
Tack Bengt, kom inte ihåg att det fanns i OZ...

Har nu roat mig med att arbeta igenom valda logikscheman och noterar att jag inte statiskt kan titta på fyra kvadranter, utan varje kvadrant har minst två lösningar. (Hmmm)
En variant att leka med är (så klart) att låta alla värden hämtas från en tabell, som om man vill kan ha flera dimensioner. Det blir ungefär som att lägga parametrar i minnen, men jag kan välja vilken upplösning och närma mig rätt värde lite mer reproducerbart.

Helt klart några utmaningar...
 
Hur ser hela schemat för ATU exkl styrlogiken ut? Bara RF-delen. Jag ser att du har fyra vridkondensatorer och fasta spolar samt en mindre rullspole.
 
Den koppling jag lekt med ett tag ser ut som nedan:

DSCN3070.JPG
Insignalen är via en strömbalun eller link, och som synes är det en symmetrisk "T-match", hela kopplingen är fritt monterad isolerad från HF-jord.

Med min antenn, som är 2 x 20.3 m i 90 grader vinkel och matad med ca 450 ohm öppen stege ca. 25 m lång är nedan koppling den som löser alla band.
DSCN3077.JPG

Men så klart funkar även nedan koppling.
DSCN3076.JPG

Jag har även lekt med att montera kontakter som kortsluter kondensatorn de sista graderna som servot vrider, och då kan jag skapa ganska många varianter med mina fyra servostyrda kondensatorer. Men det funkar alltså med bara en servostyrd kondensator som ev. kan flyttas från sändarsidan till antennsidan.

DSCN3071.JPG



Varför då fyra kondensatorer? Jag "hittade" dessa monterade på en ram som råkade innehålla alla fästvinklar för servo, och jag "råkade" ha en hög med servon, och jag gillar att leka med små datorer, och jag såg hur dessa enkelt skulle kunna kopplas med alla HF-signaler på en sida, och servosignalerna på andra sidan...

Jag har monterat delarna enligt nedan schema:
DSCN3075.JPG
Gavlarna på kondensatorerna är perfekta att montera alla anslutningar på, och i andra delen (den vänstra i bilden) sitter alla servon.

Men... eftersom det räcker med ett L-filter för att lösa anpassningen är det mycket som talar för att det blir bara en servostyrd kondensator på ca 400 pF tillsammans med spolen på ca 10 uH. Srömbalunen eller linken skapar symmetri hur eller hur, så varför krångla till det, eller är det bara för att jag gillar att labba som det är kul att skapa en "multivariabel" lösning.

Men jag är så klart väldigt medveten att det funkar fantastiskt bra att skriva upp inställningen för varje band på ett papper och ändra denna lite snabbt vid bandbyte. :cool:
 
SM7MCD said:
Men jag är så klart väldigt medveten att det funkar fantastiskt bra att skriva upp inställningen för varje band på ett papper och ändra denna lite snabbt vid bandbyte.
Click to expand...

Eller så gör du som Göran DLK gjorde i sitt QBL5/3500 PA-steg. En servomotor som styr ett antal kamskivor som kopplar in uttag för resp band på huvudspolen. Sedan två servomotorer på C1 och C2 som förinställs in med två trimpotentiometrar för varje band. Han använder också band-data utgången från transceivern med en enkel logik som kopplar in rätt band. Helt automatiskt och har fungerat bra sedan 2002 och är fortfarande i bruk.
 
Lite hänt sen sist...
Jag har fortsatt att fundera på algoritmer - programmering, men även att använda tunern och följa logikschemat manuellt. Jag har noterat att några spolar behöver justeras lite för att hjälpa logiken att fatta entydiga beslut. Jag noterar oxo att det sparar otroligt mycket kod att hjälpa programmet att förstå var signalen kommer, både i frekvens och tidsplanet. Att använda Göran -DLK:s lösning är så jag kör manuellt, antingen med programminne eller pot-minne, och fungerar mycket bra, men det är då inte programmet som hittar.

Men troligen kommer jag att arbeta vidare med att få rullspolen att arbeta med allt bättre upplösning och se om jag får programmet att förstå hur servot skall köras. Helst skulle jag vilja byta motor och slippa en del integration (tröghet) i vridningen av av rullspolen, ev kan jag låta strömmen öka genom motorn som vrider spolen och därmed få lite "D-tid" och snabbare arbete med spolens servo.

Positivt är att det byggsätt jag valt fungerar väldigt bra och det är rimligt enkelt att hitta bra överföringsfunktion mellan ungefär 35 - 2300 ohm, vilket löser alla problem för att använda min antenn. Dock kommer jag att montera en extra spole att använda vid 80 mb och slippa att arbeta i ett ändläge. Att arbeta med reläer som kortsluter spolarna fungerar väldigt mycket bättre än att koppla in spolarna med växlande reläer, samt att montaget har skapat väldigt lite strökapasitans. Det leder till att jag får bra funktion även upp mot 50 MHz och då hamnar kondensatorerna i serie.

Datorerna (som skall bara bli en, men det är smidigt att ha tre när jag håller på och byter program) är nu monterade och med kreativ skärmning och användning av jordplan fungerar all PWM-styrning helt störningsfritt upp mot 40 MHz, dvs att störningarna är lägre än det vanliga bruset.
De störningar jag har över 40 MHz får vara då jag inte använder antennen över 10 mb, även om tunern funkar.

Arbetet fortsätter...
 
Lite uppdatering och erfarenheter efter några månader i drift...

Efter att använt mitt tunerbygge i några månader är jag mer än nöjd med L & C-delen. Efter lite justering på spolarna började omkopplingarna av induktansen fungera väldigt bra, och väldigt få ställen finns som dubbletter, jag har lärt mig (och därigenom lärt algoritmerna) att hitta var olika band finns. Vidare är inställningarna rimligt okritiska, och det är lätta att hitta tillbaka till tidigare värden, antingen med Göran -DLK:s metod, eller lagra i datorns minne. Att skriva upp värden på en papperslapp funkar så klart oxo utmärkt. ;-)

Enda gången då jag behöver få L & C att följa och förbättra några värden är då det kommit snö och eller regn på antennsystemet, men att öka på antalet isolatorer till 4 - 6 i serie minimerar påverkan vid regn, men inte vid snö. Så egentligen skulle jag ha en algoritm som mäter läckströmmar mot jord i antennsystemet, och därefter korrigerar L & C.

Som gammal kondensatorkonstruktör/mätingenjör på RIFA har jag (så klart) en Bruel & Kjaer 2423 Megaohmmeter, där jag kan mäta resistansen mot jord upp till 1 kV, men här har jag begränsat mig vid ca 300 VDC. Svaret på DC-mätningen är faktiskt mer träffsäkert för korrigeringen av L & C än att mäta med RF.
Att jag stannar vid 300 VDC är att det ger ingen utökad information att gå högre, bara mindre brus, men då signalen är helt OK, så slipper jag en hel del elsäkerhetsfix med att slippa gå högre. I takt med att snön inte varit så stort problem de senaste månaderna har problemet med korrigeringar varit ett helt frånvarande problem.

Genom att inställningarna varit så stabila har jag roat mig att mäta lite noggrannare och noterade att en korrigering av stegen på ca 27 cm borde bli "bäst" för 80 - 60 - 40 - 30 - 20 - 15 mb, så 27 cm klipptes bort, och endast vid kvarvarande band 160 - 17 - 12 - 10 mb behöver jag skifta plats på L eller C.

Då alla mätresultat varit så stabila har jag även kunnat finjustera balansen i antennlinorna, så att genom att korta en lina 7 cm fick jag minst en (1) S-enhet lägre brus (det tog dock > 48 h att medelvärdesbilda fram resultatet), men att ha ett antennsystem i balans är viktigt i arbetet med att minska problemen med störmiljön. Nu är en lina 20.32 m, och den andra 20.25 m. Just nu sitter det 4 keramiska äggisolatorer i varje trådände, men skall samla ihop till 6 isolatorer och öka på under sommaren. Plastvarianten blir porös i yttersta delen av plasten och det gör att luftföroreningar snabbt (mindre än ett år) påverkar isolationen högst märkbart när man som jag använder en dipol till alla band, och därmed kan råka ut för höga spänningar i ändarna.

Antennlinorna består av egenspunnen "Litztråd" med 30+ kardeler av lackisolerad koppartråd. Tänkte att det får bli ett sommarprojekt att spinna nya linor med över 100+ kardeler med lite tunnare tråd. Tveksamt om jag kommer att märka skillnad, men skillnaden bör vara mätbar, men kanske inte märkbar...

Hur gick det då med alla mätbryggor och mätförstärkare jag arbetade med... Fortfarande är strömmen före och efter L & C det värde som ger mig information, och systemet har varit så stabilt att jag kan ta bort SWR-metern och bara gå på max ström, jag hamnar inom 50 ohm +/- 8% ändå. Men det är (så klart) väldigt tillfredställande för mig som mätnörd att notera att jag kan mäta inom 1% om jag vill, men som jag skrev tidigare att resultatet är mätbart, men inte märkbart...
Har även kollat om det skulle funka med den klassiska varianten med en glödlampa som strömindikator, men trögheten i tråden och den ganska komplexa matematiken kring en glödtråd kan göra resultatet minst sagt svårtolkat ibland, (det är en av anledningarna till att man i olika mätkopplingar går på att låta lampans frånvaro av ström (Mörk indikering) vara indikerande.
Lysdioder är en variant, men mest lättavläst tycker jag att neonlampan/glimlampan är.
Men då jag har mina dubbla strömmätare i samma hölje lär de få hänga med.

Arbetet med algoritmerna har mest varit fokuserat på att hitta bättre parametrar för servot som vrider på rullspolen, där jag behöver en klart mindre integration. Jag har nyss "hittat" en låda med motorer och växellådor på loppis i mitt egna lager och hoppas där kunna byta främst växellådan, men jag labbar även med att få motorn att stanna snabbare med strömstyrning i stället för som nu styrning via spänningsvärdet.

... mer lär följa...
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top