Автоматический антенный тюнер "Иволга РС - 015"

  Автоматический антенный тюнер «Иволга  РС – 015» является продолжением моей конструкции автоматического антенного тюнера «ANT– 09», описание которого было опубликовано в феврале 2010 года в журнале «Радио» (и на этом сайте: http://ua3gdw.ru/index.php/constructions/ant09). Как оказалось, эта конструкция стала востребована как среди наших, так и среди зарубежных радиолюбителей. И вот, спустя пять лет, я занялся существенной доработкой этой конструкции. В результате получился новый тюнер с улучшенными характеристиками и возможностями. Прошивка микроконтроллера была переписана полностью. Новая версия прошивки способна работать как со старым антенным тюнером "ANT - 09"  (после незначительной модернизации его схемы), так и с новым тюнером «Иволга  РС – 015».
 

    Характеристики автоматического антенного тюнера «Иволга РС – 015»

Максимальный диапазон сопротивлений антенны, при котором возможно согласование до получения минимального значения КСВ 2 Ом … 3 кОм
Номинальный диапазон сопротивлений антенны, при котором возможно согласование до получения минимального значения КСВ 10 Ом … 1 кОм
Первоначальное фиксированное время настройки тюнера до получения минимального значения КСВ Около 10 сек
Повторное время настройки тюнера до получения минимального значения КСВ при неизменённом первоначальном сопротивлении антенны Не более 2 сек
Количество ячеек памяти для хранения параметров согласующего контура 40
Тип схемы согласования Г – образный LC - контур
Минимально достижимый уровень КСВ после запуска процесса автоматической настройки тюнера 1.0
Максимально допустимый уровень КСВ после окончания процесса автоматической настройки тюнера 1.5 (задаётся пользователем)
Номинальная мощность передатчика в режиме настройки тюнера 5 Вт … 10 Вт
Максимальная  мощность передатчика в режиме настройки тюнера Не более 20 Вт (задаётся пользователем)

Описание

    Тюнер имеет защиту от включения на режим настройки при превышении допустимой подводимой мощности передатчика. Тюнер имеет COM – порт (возможно применение переходника USB - COM) для связи с персональным компьютером. Скорость обмена данными через COM – порт 9600 Бод. Для управления тюнером и его настройки  предназначена программа управления с одноимённым названием «Иволга РС – 015», которая по желанию устанавливается на компьютер пользователя.
    Тюнер имеет две кнопки управления. Кнопка «Tune» позволяет запускать процесс автоматической настройки тюнер. Если процесс автоматической настройки тюнера уже запущен, то повторное нажатие этой кнопки прерывает его. Если тюнер подсоединён к трансиверу, который использует ICOM  - протокол (или совместимый) для связи с тюнером или пользователем используется программа управления тюнером, то наличие этой кнопки не обязательно. В этом случае управление процессом настройки тюнера осуществляется с трансивера (или из программы управления).
    Для индикации режимов работы тюнер имеет два светодиода. Постоянно горящий зелёный светодиод означает, что тюнер был настроен с приемлемым уровнем КСВ. Постоянно горящий красный светодиод означает, что тюнер не был настроен или в процессе настройки не удалось  достигнуть допустимого уровня КСВ.
    Тюнер имеет 40 ячеек памяти. Ячейки памяти тюнера используются циклически. Т.е. при заполнении последней 40-ой ячейки памяти будет использована первая ячейка памяти, и так далее – по кругу. Весь процесс работы с ячейками памяти осуществляется автоматически без участия пользователя. Т.е. после того как тюнер завершил работу по согласованию сопротивлений и достигнутый КСВ меньше или равен 1.5 (допустимое значение КСВ можно изменять из программы управления), то параметры согласующего контура автоматически сохраняются в одной из ячеек памяти тюнера.  Сохранённые параметры из ячеек памяти будут использованы при следующем запуске процесса автоматической настройки тюнера. При необходимости пользователь может обнулить все ячейки памяти тюнера. Для этого предназначена кнопка «CM» (Clear memory). Эта же возможность реализована и в программе управления тюнером.
    Сразу после включения тюнера несколько раз поочерёдно зажигаются зелёный и красный светодиоды. Далее если ячейки памяти пусты, то загорается красный светодиод. Это означает, что тюнер не настроен. Если тюнер уже был ранее настроен, то при его включении параметры согласующего контура читаются из последней сохранённой ячейки памяти, и загорается зелёный светодиод (красный светодиод при этом погашен). Если нажать кнопку «Tune» (или соответствующую кнопку на трансивере), а КСВ <= 1.1, то несколько раз мигает зелёный светодиод и процесс автоматической настройки тюнера не запускается.  Если КСВ > 1.1, то при нажатии кнопки «Tune» или соответствующей кнопки на трансивере начинается процесс автоматической настройки тюнера. Сначала читаются значения параметров согласующего контура из ячеек памяти. Если, при этом, был достигнут допустимый уровень КСВ (1.5 или другой заданный пользователем), то процесс настройки тюнера прерывается и загорается зелёный светодиод. Если допустимый уровень КСВ не был достигнут, то начинается процесс автоматической настройки. Если вовремя нажатия кнопки «Tune» (или соответствующей кнопки на трансивере) уровень мощности трансивера превышает заданное значение, независимо от значения КСВ и состояния зелёного светодиода, несколько раз мигает красный светодиод и тюнер не переходит на режим автоматической настройки. Если в процессе автоматической настройки тюнера повторно нажать кнопку «Tune» (или соответствующую кнопку на трансивере), то процесс прерывается.
После завершения процесса автоматической настройки тюнера, если в результате был достигнут КСВ <= 1.5 (допустимое значение КСВ можно изменять из программы управления), то красный светодиод гаснет, а зелёный загорается. При этом параметры согласующего контура сохраняются в одной из ячеек памяти. Если после окончания процесса настройки достигнутое значение КСВ превышает допустимое, то зелёный светодиод погашен, красный светодиод постоянно горит. Параметры контура в ячейках памяти при этом не сохраняются.
    Для очистки всех ячеек памяти тюнера следует нажать кнопку «CM» и удерживать её в нажатом состоянии более 3 сек. Во время очистки ячеек памяти загорается и постоянно горит красный светодиод, зелёный светодиод начинает несколько раз мигать. Ячейки памяти можно очистить и при помощи программы управления тюнером.

    Схема

    Схема тюнера состоит из трёх блоков: блок ВЧ, контроллер и датчик КСВ. Блок ВЧ (рис. 1) состоит из согласующего LC - контура и коммутирующих реле. Контакты реле коммутирующие индуктивность соединены параллельно, а контакты реле коммутирующие ёмкость - последовательно (для уменьшения собственной ёмкости монтажа и увеличения пробивного напряжения между контактами реле).



Рис. 1 Схема блока ВЧ

    Датчик КСВ в этой конструкции выделен в отдельный блок. Схема датчика КСВ может быть любой, в том числе и как в предыдущей конструкции тюнера "ANT - 09". Тюнер "Иволга РС - 015" способен работать как с датчиками КСВ собранными по классическим схемам (с ферритовым кольцом), так и с датчиком КСВ собранным по мостовой схеме. Очень важна малая зависимость уровня выходных напряжений (прямая и отражённые волны) датчика КСВ от частоты. Схема датчика КСВ мостового типа показана на рис 2.


Рис 2. Схема датчика КСВ мостового типа

Датчик КСВ мостового типа обладает хорошей линейностью во всём диапазоне рабочих частот тюнера. 

    Схема контроллера (рис. 3) немного отличается от схемы контроллера тюнера "ANT - 09" (http://ua3gdw.ru/index.php/constructions/ant09).



Рис. 3 Схема контроллера

Четыре микросхемы К155ЛА8 заменены на две микросхемы ULN2803. Подстроечный резистор R9 заменён на параметрический стабилизатор. Добавлен дополнительный резистор (R14) для цепи очистки EEPROM - памяти микроконтроллера. Добавлен транзистор (VT1) для цепи коммутации реле датчика КСВ мостового типа. Добавлены цепи ВЧ - развязки. Генератор на 16 МГц заменён на обычный кварц с такой же частотой.

    Конструкция

    Конструктивно тюнер собран в металлическом корпусе разделённым на три экранированных отсека, в которых располагаются платы датчика КСВ, блока ВЧ, и контроллера. Следует уделить особое внимание качеству ВЧ – развязки по цепям питания и цепям управления платы контроллера. При наличии ВЧ – наводок на эти цепи микроконтроллер начинает давать сбои, что ухудшает качество автоматической настройки тюнера или полностью лишает его такой возможности. Все низкочастотные соединения (цепи управления реле, питание, выходы датчика КСВ) между блоками следует осуществлять через проходные конденсаторы ёмкостью не ниже 4700 пФ. В конструкции следует использовать реле с максимальным временем срабатывания не более 12 мс! От этого зависит точность согласования сопротивлений в процессе работы тюнера. Я использовал реле типа JRC - 27F/012 - S.
    Резисторы и конденсаторы датчика КСВ мостового типа расчитаны для поверхностного монтажа. Каждый из резисторов R2, R3, R4 составлен из четырёх резисторов сопротивлением 200 Ом и мощностью 1 Вт соединённых параллельно. Намоточные данные катушек L1 - L8 блока ВЧ точно такие же, как в тюнере "ANT - 09" (смотрите: http://ua3gdw.ru/index.php/constructions/ant09). Транзисторы в блоке контроллера могут быть любые кремниевые с соответствующими характеристиками (максимальное напряжение и ток коллектора). Микросхема ADM202 заменима на MAX232. Подстроечные резисторы R1, R2 - любые многооборотные. 

Номиналы резисторов R5, R6 в схеме контроллера указаны для случая использования датчика КСВ мостового типа! С обычным датчиком КСВ (на ферритовом кольце) их номиналы должны быть по 4,7 кОм.

    Доработка тюнера "ANT - 09"

   В случае использования прошивки "Иволга РС - 015" с антенным тюнером "ANT - 09" его схему следует доработать. Между выводом 18 микроконтроллера DD1 и цепью +5В устанавливается резистор номиналом 10 кОм (R14 - на схеме микроконтроллера "Иволга РС - 015"). Подстроечный резистор R9 (см. схему  "ANT - 09") удаляется. Вместо него устанавливается параметрический стабилизатор R7, VD1, C7 (обозначения новых элементов указаны согласно схемы микроконтроллера "Иволга РС - 015"). В случае использования датчика КСВ мостового типа резисторы R2, R3 номиналом 4,7 кОм (см. схему  "ANT - 09")  следует заменить на аналогичные резисторы номиналом 1 кОм и дополнительно установить резистор R10 и транзистор VT1 (обозначения новых элементов указаны согласно схемы микроконтроллера "Иволга РС - 015").

    Настройка тюнера

    Настройка тюнера сводится к установке требуемых уровней прямой и отражённой волны при помощи подстроечных резисторов R6, R7. Для настройки тюнера необходимо скачать и установить на компьютер программу управления тюнером «Иволга РС – 015». COM– порт тюнера необходимо соединить кабелем с COM– портом компьютера, а цепи управления тюнера - с соответствующим разъёмом трансивера (разъём для подключения тюнера). Запускаем программу управления и в окне Настройки (открывается через Меню -> Настройки) выбираем требуемый COM– порт. Нажимаем ОК. Сразу же должна установиться связь с тюнером.  Далее к выходу тюнера следует временно подключить резистор сопротивлением 50 Ом достаточной мощности. На трансивере устанавливаем мощность передачи 10 Вт и переводим трансивер на передачу с подачей тонального сигнала (CW или RTTY). Подстроечным резистором R6 следует установить значение Uпад равным 100…150 (контролируется в окне программы). Далее, переведя трансивер на приём, к выходу тюнера следует временно подключить резистор сопротивлением 150 … 200 Ом достаточной мощности. Переведя трансивер на передачу, подстроечным резистором R7 добиваемся требуемых показаний КСВ (контролируется в окне программы) исходя из показаний эталонного КСВ – метра. На этом настройка тюнера завершена.
    
Выражаю свою благодарность Левину Александру Михайловичу (RV3ARL) за спонсорскую поддержку этого проекта!


При публикации данной статьи на других ресурсах ссылка на источник http://ua3gdw.ru обязательна! 
Анализ сайта ua3gdw.ru