Távvezérelt kültéri antennahangoló Látom a kedves olvasót, mosolyog, megint egy antennahangoló! Igen, annak ellenére, hogy az antennahangolókról számtalan cikk jelent meg a Rádiótechnika hasábjain, csak ez nem beltéri, hanem kültéri antennahangoló, mert a beltériről sok téves hiedelem van. A beltéri antennahangoló nem teljes értékű segédberendezés, csak részmegoldás az L=n*k*/2 szabály kivételével! A beltéri hangoló csak az adó végfokot védi meg az antennáról visszavert energia káros hatásától, azonban a tápvonalhoz nem megfelelően illesztett antenna ettől még nem lesz „lehangolva”, tehát a tápvonalon továbbra is ott marad a veszteség, sugároz a koaxiális kábel köpenye is! Néhány modern készülékhez gyártanak kültéri antennahangolót, vagy un. autotunert, azonban ezek mind gyártmány specifikusak. Régebben is csak néhány készülékhez gyártottak kültéri antennahangolót, például az FT-757 sorozathoz FT-1000 típusjelzéssel. Az FT-1000, de az újabb gyártásúak is, két egységből állnak, egy beltériből, amely több ponton csatlakozik az adókészülékhez és egy kültéri egységből, ami a valódi antennahangolást végzi a tápvonalhoz. A beltéri a kültérihez a tápvonalon kívül egy vezérlő kábellel is csatlakozik. Az alapkészülékből a beltérihez el kell juttatni az üzemi frekvencia adatokat, melyet a beltéri mikroprocesszora dolgoz fel és a beépített SWR mérőből, valamint a kültéri kimenetén lévő kimenő szint indikátortól érkező jel segítségével vezérli digitálisan a kültérit. A vezérlő a kültériben lévő megszámlálhatatlan jelfogóval induktív és kapacitiv elemeket kapcsol különböző variációban mindaddig, amíg a beltériben a legkisebb SWR étéket és a kültériből érkező legnagyobb kimenő jelet el nem éri. A processzorvezérlésnek köszönhetően ez természetesen pár másodpercet vesz igénybe. Miért fontos, hogy az antennát a tápvonal előtt hangoljuk úgy, hogy az impedanciája megegyezzen a tápvonal impedanciájával? Ha az antenna az üzemi frekvencián nem rezonáns, és a talpponti impedanciája nem egyenlő a tápvonal impedanciájával, akkor a tápvonalon állóhullám alakul ki, az adó teljesítményének egy része visszaverődik, fokozottan melegíti a végfokot, ami a végfok károsodáshoz is vezethet. A beltéri antennahangoló „kihangolja” ugyan az illesztetlen kábelre a végfokunkat, az antennáról visszavert energiát nem engedi vissza a végerősítőre, de ez csak látszatmegoldás! Az antennánk az illesztetlen tápvonalra visszavert energiával kevesebbet sugároz ki az adó által megtermelt teljes teljesítményből, a tápvonalunk „sugárzó” marad a köpenyáram miatt. Ez az illesztetlenség természetesen a vételi oldalon is jelentkezik, csak ott nem ennyire látványos, kisebb a vételi szintünk. Valós megoldást tehát a kültéri antennahangoló jelenti. Mivel gyári kültéri antennahangolóhoz csak egyes típusok esetén lehet hozzájutni, ezért olyan kültéri antennahangolót építettem, amely nem függ az adónk típusától (gyártmányától), vagyis az új és a régi gyártású készülékekhez egyaránt használható. A megépített kültéri antennahangoló nem a legkorszerűbb megoldású, nincs benne mikroprocesszor, felületszerelt panel, rengeteg jelfogó, különféle kapacitások és induktivitások sokasága. A kapcsolása, mechanikai felépítése azonban egyszerű, kis hozzáértéssel bárki meg tudja építeni. Bármelyik adóhoz csatlakoztathatjuk is az aszimmetrikus antennát, természetesen bizonyos ésszerű határok között, a tápvonal impedanciájára le tudjuk hangolni a készülékünk mellől kézi távvezérléssel. Egy 5,2m hosszú sugárzót, amely 14 MHz sávban rezonáns (/4 hosszúságú), 7-28 MHz közötti sávokra le tudtam hangolni. 7 MHz-re a hangolás fizikailag megvalósítható, azonban itt a hosszabbítás mértéke miatt az antenna hatásos felülete lényegesen lecsökken, a végfok által megtermelt teljesítmény nagyobb hányada a hangoló elemen marad. A kültéri antennahangoló nem csak az adáskor előnyös, hanem a vevőnkbe is nagyobb
jel érkezik, mivel illesztetlen antennára a vett jelből is az SWR-el arányos jel verődik vissza, csak ezt egyszerű műszerrel nem tudjuk mérni. A kültéri antennahangoló elvi kapcsolási rajza az 1. ábrán látható. Antenna Adó-vevő Beltéri vezérlő
Koaxiális tápvonal SWR mérő
hangoló Ellensúlyok
Távvezérlő kábel
1. számú ábra Az antennahangolók kapcsolásának széles választékával találkoztam, ezek közül a kültérihez a legegyszerűbbet, a célnak legmegfelelőbb L-C felépítésű hangolót választottam. Elvi rajza a 2. ábrán látható.
2. számú ábra. A kültéri antennahangoló elvi kapcsolási rajza Az induktív és a kapacitív elemek „hangolása”, értékük változtatása természetesen elektromotoros meghajtással történik. A kültéri egységben lévő induktív elem és a forgókondenzátor
elektromos motorjának meghajtását az adó-vevő mellett elhelyezett beltéri vezérlő egységből (1. számú fénykép) kézi vezérléssel kiadott +/- feszültséggel végezzük.
1. fénykép. A beltéri vezérlő
3. számú ábra. A beltéri egység elvi kapcsolási vázlata
A vezérlőrendszer működése. A kültéri antennahangolót a beltéri vezérlővel 4x2/0,5 eres (pl.: CAT-3, CAT-5, stb.) kábellel kötjük össze. A működtető tápfeszültséget a beltérin keresztül kapja a rendszer. Bekapcsolás után a beltérin lévő LD5 világít. A kapacitív elemet (forgókondenzátort) a K4 (vagy beállítástól függően a K5) nyomókapcsoló folyamatos megnyomásával tudjuk teljesen kinyitni/bezárni. A K4 megnyomásával a J2 jelfogó nyitott érintkezőjén keresztül az LD3-ra +13,6V-ot ad, kinyitja a LED-et, világításával jelzi az átfolyó áramot (áramköre a DIP9 2. csatlakozója, összekötőkábel-kültéri 2. csatlakozója-Sf3-motor-Sf4-7. csatlakozó-összekötő kábel-7 csatlakozó-J2 jelfogó nyitott érintkező-föld (-) keresztül záródódik). Az LD3 piros színű LED dióda, nyitófeszültsége 2,4-2,6V körül van, üzemi árama 2025 mA. A meghajtómotor áramfelvétele 13,6V feszültségen 150 mA körül van, ezért a LED védelme érdekében párhuzamosan kell kötni 3 darab 1A terhelhetőségű diódát, (D6-8) ezeken folyik át a 20 mA feletti áram. A motort a forgókondenzátor kinyitott állapotában meg kell állítani. Megállítására a forgó vázára (vagy a tengelyre) megfelelően felszerelt (VK3) pillanatkapcsolót használtam. Amikor a kapcsolót a tengelyen lévő mechanikus kar megnyomja, az áramkör megszakad, a motor leáll. Visszafelé indításhoz a K5 nyomókapcsolót nyomjuk meg. Ekkor a J2 jelfogó meghúz, megfordítja a motoráramkörre jutó feszültség polaritását. A VK3-ra megfelelő polaritással forrasztott diódán keresztül a motor megkapja a fordított polaritású feszültséget és visszafelé forog, de most már az LD4, zöld színű LED diódán át és a fent részletezett áramkörön keresztül, de a J2 zárt érintkezőin keresztül záródik az áramkör. A zöld LED diódát a két, (D9-10) sorosan kötött dióda védi. A motor zárt állapotban való megállítását a VK4 végzi. Erre is megfelelő polaritással kötött dióda biztosítja, hogy a K4 magnyomásával a motor ismét nyitó irányba forogjon. Az induktív elemet vezérlő áramkör is rendkívül egyszerű, az előzővel lényegében azonos. Az eltérés csak abban van az előbbitől, hogy az általam használt motor +7V DC feszültséggel működik. A +7V előállítására szolgál a 7805 feszültség stabilizátor, melynek föld felőli ágára egy nyitóirányú zöld LED-t (LD-5) kapcsolunk, ezzel magasabb feszültségre emeljük az 5V stabilizátor kimenetét. Az LD-5 egyúttal jelzi a beltéri egység bekapcsolt állapotát is. A K2 nyomókapcsoló és a J1 jelfogó második érintkező párja a +7V-ra csatlakozik, így a forgatómotor minden irányban a +7V áramkörről működik. A K3-at a meghúzó jelfogó feszültségét adó +13,6V ágra forrasszuk. Természetesen, ha más feszültséget igényel az utánépítettben ez a motor, a feszültség stabilizátort arra a feszültségre kell beállítani. Ezt a két áramkört, amennyiben más kapcsolású, több elemből álló hangolót kívánunk építeni, a többi motor vezérléséhez is használhatjuk. Az antennánk hangolásakor a beltéri SWR műszeren legkisebb visszavert jelre, a kültériben a legkisebb visszaverthez tartozó legnagyobb kimenő áramra kell hangolnunk. Ezért a kültéri egységben az antennára kimenő áram indikálására szolgáló árammérőt építettem be. Az árammérő egy rövidhullámon szokványos SWR mérő, csak fixen „előre” irányba bekötve van használva. (Feszültségmérő más elvi okokból nem építhető be, még ha egyszerűbb is.) A toroidon lévő tekercsben az antennára kimenő áram az értékével arányos feszültséget indukál. A nagyfrekvenciát a D16 jelű nagyfrekvenciás diódával egyen irányítjuk, az 1 nF kondenzátorral és az Sf5 fojtóval szűrjük. A DIP9 5. csatlakozási pontján vezetjük le a beltéri egységbe. A beltériben rávezetjük egy 1k potméterre, ezzel szabályozva a műszerre jutó fesztültséget. Az 5. lábon lévő 100 nF és a műszerrel párhuzamosan kapcsolt 10 nF értékű kondenzátorok csak a hangolás közben esetleg megjelenő nagyfrekvenciás jelek kiszűrését szolgálják. Az antennára kimenő teljesítmény indikálására azért van szükség, mert az L-C megoldás miatt elvileg, de gyakorlatilag is létezhet olyan L-C viszony, amely a meglévő antenna mellett is közel 50 Ohmos rövidzárat képes létrehozni a nélkül, hogy az antennára teljesítmény menne ki, a belső SWR mérő 1:1,5,-1:1,2 körüli értéket mutat, amit elvileg jónak is vélhetünk. Több
gyári amatőr kültéri, illetve „autó”, valamint katonai automata hangoló kapcsolását átvizsgálva szinte mindegyikben megtaláltam azt az elemet. A berendezések elkészítése. A beltéri egységet egy 15x6x10 cm méretű, alkatrészboltokban is kapható dobozba szereltem. A J1-2 jelfogók típusa és meghúzó feszültsége nem kritikus, egyetlen feltétel, hogy két váltóérintkezővel rendelkezzenek. Én OMRON gyártmányú, 12V feszültségűt használtam. A jelfogókat és a feszültség stabilizátort egy nyáklapra szereltem, melyet távtartókkal rögzítettem a doboz aljához. A LED diódákat az előlapra felfúrt lyukakba rögzítettem és a párhuzamos védő diódákat a LED-ek lábaira „légszereléssel” rögzítettem. Az előlapot egyéni ízlés szerint lehet kialakítani. A fényképen látható előlap 4 hangoló elem vezérlésére készült. A leírtakhoz elegendő csak zöld-kék, barna-fekete nyomókapcsolókat és a hozzájuk tartozó 2-2 zöld és piros LED-et beépíteni. A kültérihez menő 8 erű kábel és a 13,6V DC táp csatlakozó a hátlapra került. A csatlakozók normál kivitelűek. A kültéri egység dobozának elkészítését a motoros forgó és a motoros induktivítás beszerzése után kezdjük el, mivel ez a két meghatározó méretű alkatrész. Mindkettő a börzéken beszerezhető (megkérik az árát). A forgókondenzátor kiválasztásánál az elektromotoros meghajtáson kívül fontos szempont, hogy az adónk, vagy ha van végerősítőnk, akkor annak a kimenő teljesítménynek megfelelő, nagy légrésű legyen (100W kimenő teljesítményhez 1,5-2 mm légrés szükséges). Az induktivitásnak háromféle kivitelből válogathatunk. A régi katonai adókból kitermelt ezüstözött réz szalagból sugárirányban merőlegesen csigavonalban tekercselt és 3 darab, a forgatható tengelyen lévő érintkezővel szerelt a legmegfelelőbb tapasztalataim szerint. Egy kisebb hibája van, a forgató tengelyen a nagyfrekvenciás energiát át kell vezetni és a végkapcsolókat csak teljes szétbontásával lehet beszerelni, ellenben igen pontos, megbízható szerkezet, 500W-ig biztonsággal használható. Az összeállítási fényképen ez az induktivitás látható. A második, szóba jöhető induktivitás az R-130 rádió antennahangolójából termelhető ki, 100W-ig használható. Az induktivitás kerámia csőre tekercselt ezüstözött kemény rézhuzal. Az induktivítása a kerámia testet forgatva változtatható úgy, hogy az érintkezője egy, a kerámia csővel párhuzamosan futó tengelyen forgó „U” alakban bevágott kerék, amely a forgó csövön lévő vezetékhez szorítva érintkezik és azzal együtt forog. A végállás kapcsolók ennél könnyen felszerelhetők a forgókerék elé, illetve mögé. Mindkét kivitelű induktivitás biztonságos és stabil használatához fontos, hogy a végállás kapcsolókat mechanikailag igen stabilan, gondosan és szigetelten szereljük fel. A stabilitás 2-3mm csavarral érhető el, míg a megfelelő szigetelés műgyantával (Epokitt, Eporapid) való ragasztással érhető el. A végállás kapcsolók pattintó érintkezőit el kell szigetelni az érintkezőktől is, hogy ne kerüljön rádiófrekvenciás teljesítmény rájuk! Végállás kapcsolónak feltétlenül pillanatkapcsolót használjunk, amilyet a 2. fényképen is láthatunk! A harmadik induktivitás fajta, az R-130 adó-vevő végfok modulból (is) kibontható variométer. A variométer egybe van építve a forgató motorral, melyet a finomabb, lassabb hangolhatóság érdekében csak +5V DC-vel hajtsunk meg. Előnye a variométernek, hogy körbeforgatható, nem kellek a végállás kapcsolók. Hátránya viszont, hogy a forgó induktivitás értéke kisebb, mint az állóé, ezért a „nyitott” állapotában is induktív marad, az „alapantennánkat” /4nél rövidebbre kell venni. („Bezárt” állapotában a két induktivitás értéke összeadódik.) Ezzel a variométerrel a többi frekvenciára az antenna kiválóan lehangolható 100W kimenő teljesítményig. Ha nagyobb (nagyobb huzalátmérőjűt) átmérőjű variométert tudunk beszerezni, azon természetesen nagyobb teljesítményű végfokot használhatunk.
A két fő alkatrész beszerzése után lássunk hozzá a végállás kapcsolók szakszerű beszereléséhez. Egy lehetséges megoldást mutat a 2. fénykép. A végállás kapcsolókat működtető két kar a forgó tengelyén lévő tárcsán van, a kapcsolókat a foró oldallemezéhez rögzítették. (Gyári kivitel.) Jól láthatók a polaritást fordító (D-14-15) diódák. D14
Végállás kapcsolók
D15
2. fénykép. Forgón lévő szerelt végállás kapcsolók Az induktív hangolók közül az elsőt választottam. Ehhez szükséges volt egy 1/1500 áttételű motoros meghajtó beszerzésére. A nagyfrekvenciás elválasztást 20mm átmérőjű piros (!) danamid cső közbeiktatásával oldottam meg (4. Sz. fénykép). A két egységet mechanikusan egy különálló 2mm alumínium lemezre rögzítettem. A végállás kapcsolókat úgy szereljük fel, hogy a tengelyen forgó érintkező karok közül ez első biztonságosan tudja kapcsolni. Ehhez a pillanatkapcsolók nyelvét kissé az induktív lemez felé meg kell hajlítani (3. Fénykép).
3. fénykép. A felszerelt végállás kapcsoló
Fordulatszám csökkentő áttétel
Motor Danamid szigetelő csőtoldat
Végállás kapcsoló 4. sz. fénykép Induktív meghajtó áttétel A két fő alkatrész készre szerelése után készítsük el a kültéri dobozát. Nem adok meg pontos méreteket és dobozrajzot sem, mert a kritikus elemek méretei eltérőek lehetnek, és aki ilyet el tud készíteni, annak a mechanikai szaktudására alapozok. A doboznak a mechanikus stabilitás mellett vízmentesen zártnak kell lenni! A mechanikus stabilitáshoz elégséges a 2mm vastag félkemény, vagy kemény alumíniumból készült doboz. Alapméretét a forgó és az induktivítás méretei határozzák meg. Én 150x300mm alaplemezre tudtam szerelni. (5. fénykép ) Amenynyiben lehet, egy lemezből hajlítsuk meg legalább az alaplapot és két oldalát. A többi lemezt az előző oldalakon hosszában 15mm szélességben felhajlított lemezcsíkra 3-4 mm átmérőjű csavarokkal stabilan rögzítsük. Az egyes lemezeket a „végszerelés” előtt csavarozzuk össze, hogy minden pontosan illeszkedjen. Az oldalfalakon vágjuk ki az antennakábel bemenő csatlakozó, az antenna kimenő csatlakozó és a vezérlő kábel csatlakozóinak furatait, szereljünk fel megfelelő doboz felerősítő elemeket is. A záró fedelet a dobozhoz vagy a hajlított oldalakra erősített szegecselt anyákhoz csavarozzuk, vagy 10*10mm alumínium rudat erősítsünk a záró lemez előtti oldallemezre, melybe 3mm menetet vágjunk a csak kívülről rögzíthető csavarok részére. Végső esetben használhatunk mély vágatú lemezcsavarokat is. Ha minden stimmel, szedjük szét a dobozt, hogy az elemeket mechanikusan és elektromosan is beszereljük. Az elektromos szerelésnél ne sajnáljuk a forrasztóónt, valamint az összes forrasztást célszerű színtelen Akril lakkal vékony rétegben lefújni. Az alaplemezen összeszerelt kültérit a már elkészített beltérivel a vezérlőkábelen keresztül kössük össze és ellenőrizzük le a pontos elektromos működést. Ekkor még lehet az esetleges elektromos, vagy mechanikai hibákat korrigálni, javítani. A működés eredményessége után jöhet a „végszerelés”. A doboz végleges összeszerelésekor a vízmentességet úgy tudjuk elér-
ni, hogy minden csavarkötés alatt a felhajtott (zsírtalanított és tisztított) felületet színtelen szilikonnal 1-2mm vastagságban kenjük le és utána helyezzük fel az oldallapot, majd szorosan csavarral rögzítsük. Szintén szilikont használjunk az antenna szigetelt kivezetése, a koaxiális csatlakozó, a távvezérlő kábel csatlakozója, stb. alá is. Ezzel érhetjük el, hogy hosszú időre az időjárás viszontagságait kivédve, vízmentes legyen a kültéri dobozunk. Fontos szempont még, hogy korróziómentes, kellően védett csavarokat használjunk, melyeket lakkal lefestve rögzítsünk!
5. fénykép. Egy lehetséges kivitel alaplapja A készre szerelt kültéri egységet szereljük fel a GP antennánk talppontjához közel, kössük hozzá az antennát, az ellensúlyokat, rögzítsük a 8 erű kábel csatlakozóját, valamint szereljük fel a koaxiális tápkábelt. A koaxiális és a távvezérlő kábel csatlakozóit vízmentesen szigeteljük le UV álló anyaggal! A kültéri távvezérlő kábelét csatlakoztassuk a kész beltéri vezérlőhöz, kapcsoljuk rá a tápláló 12V-ot. A koaxiális tápvonalat csatlakoztassuk az SWR mérőn keresztül a készülékünkhöz. Kezdjük el az első lehangolást. A forgót teljesen nyitott állapotba, az induktivítást a legkisebbre állítsuk. /4 antennánál itt kell mérni a legkisebb SWR-t és a legnagyobb kimenő áramot. (pl.: 14 MHz) Kapcsoljunk át 18 MHz-re. Az induktivítás növelésekor az SWR lassan csökken, majd növekszik. Álljunk vissza a legkisebb SWR-re, majd a forgót kezdjük el befelé forgatni. Ekkor az SWR csökken, a kimenő áram értéke a beltéri műszerén növekszik. Lehetséges, hogy a forgó zárásakor az induktivítást kissé csökkenteni kell. Ezt a folyamatot a legkisebb SWR eléréséig ismételjük. A sikeres hangolás után kapcsoljunk át a következő sávra és a hangolást itt is az induktivítás kisebb növelésével kezdjük. Utána az előzőekben leírt folyamatot kövessük. A jó hangoláshoz
kis gyakorlásra van szükség, mivel ennek az antenna hangolónak nincs állapot visszajelző rendszere. (Megjegyzem, az ATAS-100 kivételével az általam vizsgált összes elektronikus hangoló ezt a folyamatot végzi, csak gyorsabban.) Nekem ezzel a hangolóval még a CB sávban is sikerült 1:1,2 körüli SWR-re hangolni az 5,2m hosszú alu csövet. Néhány jó tanács a hangoláshoz. 1. Sávváltás után, antenna hangolás előtt az adónk kimenő teljesítményét vegyük vissza 510W közé, soha NE HANGOLJUNK 20%-nál nagyobb teljesítménnyel, végerősítő használatakor se menjünk 10W fölé; 2. Természetesen folyamatos vivőkisugárzásra van szükség a hangoláskor. Az adók döntő többsége AM, vagy FM üzemmódra is alkalmas, akkor ezek egyikére kapcsolva hangoljunk, vagy A1-ben folyamatos vivővel!; 3. Nem célszerű A1-ben gyors jelekkel hangolni!; 4. Amennyiben egy sávra sikertelennek tűnik a hangolás, minden esetben „alaphelyzetbe” állítsuk a hangolónkat, vagyis nyitott forgó, legkisebb induktivítás; 5. Újbóli hangolást az induktivitás növelésével kezdjük, majd az SWR kisebb arányú csökkenésekor a forgót kezdjük el beforgatni; 6. Csak sikeres hangolás (legalább 1:1,3) után növeljük a teljesítményt. Tapasztalataim szerint teljes teljesítménynél sem kell „utánhangolni”; Alkatrész jegyzék: 1 db 15x6x10 cm alumínium doboz a beltéri egység részére; 1 db kb. 0,5 m2 2mm vastag alumínium lemez; 1 db billenő kapcsoló 2,5A/100V (K1); 4 db nyomásra záró kapcsoló (K2-5); 1 db min. 100 A érzékenységű Deprez műszer; 3 db zöld 5mm LED dióda; 2 db piros 5mm LED dióda; 1 db 1 k 0,5W potencióméter (P1); 1 db toroid vasmag, AL250 (szürke, vagy kék jelzésű); 5 db Sf fojtótekercs (Sf1-5); 1 db 200 0,5W ellenállás (R1); 15 db 1N4001, vagy 1N4007, 1A/100V egyenirányító dióda; 1 db OA-1160, vagy hasonló paraméterű RF szilicium dióda; 8 db 100 nF/36V fólia, vagy kerámiakondenzátor; 1 db 10 nF/36V fóliakondenzátor; 1 db 1 nF/36V kerámiakondenzátor; 2 db 12V jelfogó 2 átkapcsoló érintkezővel; 1 db N, vagy Amphenol koaxiális csatlakozó; 1 db kerámiába ágyazott fém kivezető az antenna kimenetre; 1 db induktivítás forgató motorral; 1 db forgókondenzátor forgató motorral; 4 db billenő kapcsoló (végállás kapcsoló) 1A/100V; 2 pár legalább 8 ponton érintkező csatlakozó (hüvelyes-dugós); 3mm csavarok, szerelési anyagok;
