PicATUne Az intelligens antenna hangoló egység Ford.: 1’ = 1 láb 1” = 1 coll 1 thou = 1 mil = 0.001 coll Második rész, írta Peter Rhodes, BSc, G3XJP Ez a rész a kapcsolási rajzokra koncentrál – a teljes projekt alkatrész listáival. Egy összeállítási rajz is van az összefüggések miatt. A teljes összeszerelést a későbbi fejezetek tárgyalják. L-MATCH, az induktivitás kiegyenlítő A rendszer szíve a 10. ábrán látható. 10. ábra felirata: Az RF induktivitás illesztő szekció kapcsolási rajza. Jegyezzük meg a föld pont határozott jellegét, csak a koax betáphoz van kötve. A relék részletei és a tekercs csatlakozásuk később lesz részletezve, de figyeljük meg, hogy minden itt mutatott kontaktus valójában két alapesetben nyitott érintkező sorbakapcsolva, az átütési feszültség növelése és az érintkezők közötti kapacitás csökkentése miatt. A kapacitás értékek C1-C11-ig névlegesek. A fő tekercs 63 menetes, meg van csapolva, így a kapcsoló reléivel együtt képes 0-tól 63 menetig menetenkénti lépésben váltani. A leágazások úgy vannak kiképezve, hogy a kis menetszámok nem szomszédosak. Ez csökkenti a közös induktivitást, és azt jelenti, hogy a teljes tekercs induktivitás jóval lassabban épül fel kis értékekből, hatékonyan növelve az érzékenységet kis induktivitás értékeknél. Ezért van ez a furcsa megcsapolás az L1-en. Még mindig van egy általános rossz érzésem a menetek rövidre zárásának a minőségre (hatásfokra) gyakorolt hatásával. Elégedjünk meg annyival, hogy megfelelően működik, és a nagy teljesítményű lineáris erősítők Pi hálózataiban már évek óta ezt alkalmazzák. Még ha a teljes tekercset rövidre is zárjuk, az impedancia nem lesz nulla. Ehhez nem csak a kivezetések járulnak hozzá, hanem a relé érintkezők maguk is egy kis tekercsként viselkednek, ha rövidre vannak zárva. Minden relé érintkező valójában két egymással sorbakapcsolt alapban nyitott érintkező, ezért az általuk alkotott tekercsek egymást kioltják. Hasonló kapcsolási eljárást alkalmazunk a kondenzátorokra, így 0-tól 2047 pF-ig 1pF-es lépésekben állítható kondenzátort kapunk. Ezek az érétkek alapvetően elméletiek, némi szóródást itt is figyelembe kell venni; és a kondenzátorok házi gyártmányok, ezért az értékük nem lehet pontosan annyi, mint a rajzon. Azt találtam, hogy teljességgel lehetetlen jó minőségű nagyfeszültségű kondenzátorokat beszerezni elfogadható áron. Ha kizárólag tiszta QRP működést tervezel, próbálkozhatsz 500V-os csillám kondikkal soros-párhuzamos módban, hogy elérd az 1kV-os értéket. Én polietilén dielektrikumot használtam 6kV-os értékkel, ami képes 200W-ot kezelni majdnem minden való-világ antennával, és 400W-ot soknál. Szóval ha nem találtad meg a nehéz utat, egy szikraköz van beépítve. A szikraközt olyan kicsire kell csinálni, amilyenre tudod a teljesítményedhez és az antennához, de semmiképpen sem lehet nagyobb, mint a reléid átütési szilárdsága. Fizikailag egyszerű, két kis huzaldarab közöttük egy hézagmérővel beállított réssel, a levegő dielektrikum erősségével számolva, ami 20V/thou vagy 50 thou/kV. Impedancia kapcsolási okok miatt vagy RL1 van zárva az alacsony Z-jű antennához, vagy RL2 körülzárja az SWR fejet ami tartalmazza T1-et és T2-t a csatolt porttal, ami 50Ohm-os lezárással van amit R1 és R2/R3 alkot párhuzamosan. A D24 érzékel bármilyen visszavert feszültséget. Az áramkört egyenesen egy cikkből emeltem ki, amit Tony Lymer, GM0DHD írt a Sprat-ban – ami másfelől a „Stockton híd”-on alapul, amit
Dave Stockton, GM4ZNX talált ki és az eredeti „Quiet Tune” munka Underhill és Lewis-től ami„Technical Topics”-ként van hivatkozva néhány cikkben. Ennek két nagy erénye van ebben az alkalmazásban. Egyrészt, amikor keressük az egyensúlyt, a kimenő teljesítmény le van osztva 1/256-ra, szóval nem sok menekül, a maradékot R1 disszipálja. Másrészt a kiegyenlítés során az adód egy közel 50Ohm-ot lát függetlenül a kiegyenlítő és az antenna kombinációjának impedanciájától. Ez egy sokkal egészségesebb dolog, mint az adódat arra kérni, hogy egy változó terhelést lásson a kiegyenlítés alatt. Ez azt is jelenti, hogy az adód nem igényli, hogy visszaszabályozd a kimenő teljesítményt SWR védelem alatt – más szavakkal nem kell mérned a kimenő teljesítményt hogy megtaláld a kiegyenlítési pontot. (Ha mégis mérnéd a kimenő teljesítményt, az majdnem állandó lesz a hangolás alatt – rosszindulatúan vad lengések lesznek az L és C értékekben). Ez csak annyit igényel, hogy indokolatlanul ne tekergesd az adód kimenő teljesítményét a hangolás alatt – ami nem egy elérhetetlen kérés. Szóval az általában a kimenő teljesítmény mérésére szolgáló diódát kihagytuk – és így az „SWR fej” elnevezés technikailag téves. Az R1 (alacsony induktivitású vastag film technológiával készült ellenállás) – és a hűtőbordája – kell hogy disszipálja a teljes adó teljesítményt, mialatt a hangolás folyik. Ez általában 10W, de azért szükséged van egy biztonsági sávra is. Egy általában használt műterhelés is megfelelő. Én 200W-os disszipációs teljesítményűt tettem be, hogy terhelhessem a rendszert, de a legtöbb alkalmazásra 100W is bőven elég. Ezt válaszd ki te. 11. ábra felirata: RF doboz érzékelő rész kapcsolási rajza. Az R1-es műterhelés a dobozon kívül van felszerelve, csökkentve a belső hődisszipációt és a doboz „lélegzését” a hőciklusok hatására. A következő az RF érzékelő előtét. Ez egyszerűen egy RF szagló leágazás lehetővé téve a PIC számára, hogy érzékelje mikor van bekapcsolva az adó. Az R6 és a C13 értéke elég kritikus, hogy lehetővé tegye a PIC számára a különbségtételt az adásszünet és az extrém QRP működés között a teljes HF spektrumban – mialatt nem telítődik a nagyobb teljesítmény szinteken. Ez az egyike azoknak a bosszantó helyzeteknek, amikor - habár te pontosan tudod hogy adsz vagy nem – a PIC nem tudja! Az RF érzékelőt használjuk arra is, hogy mérjük az adás frekvenciáját – és a státusz üzenetek szintén ezen a vonalon vannak visszacsatolva a vevődre. A parancs (Cmd) vonal DC csatolt egészen vissza a Vezérlő Egységedig (Command Unit), és a PIC használja, hogy érzékelje a parancs kapcsolás műveletet. A ZD1 biztosítja, hogy a vonalon a jel a PIC felé ne lépje túl a specifikációt. A D22 és a D23 biztosítja a DC teljesítményt a PIC és a relék számára – amit átmenetileg a C14 és a C15 tárol a parancs kapcsolási tranziensek alatt. A Cal relé (RL21) az R4 és az R5-tel együtt az L-mach és az antenna számára egy helyettesítő terhelést biztosít, lehetővé téve a PIC számára hogy kalibrálja a nulla visszavert energiát az adott frekvencián és az éppen használt teljesítmény szintnél. Ezen kívül lehetővé teszi a PIC számára, hogy földelje az L-mach-ot vagy az antennát, jelentősen csillapítva bármilyen bejövő jelet, így ezek nem fogják szeméttel elárasztani az adott időben a vevő felé küldött státusz üzeneteket. Ugyanakkor megelőzik a státusz üzenetek kisugárzását is. A váltó kontaktusok kevésbé nyilvánvaló konfigurációját azért használtuk, hogy biztosak legyünk benne, hogy az adó számára mindig egy elfogadható terhelés van biztosítva, a relék átkapcsolási ideje alatt is. A két készlet váltó kontaktus csak azért van párhuzamosan kapcsolva, mert úgyis ott voltak. Logika Kártya 12. ábra felirata: Logika kártya kapcsolási rajz. A NYÁK egy házba van szerelve, aminek a földelése az RF érzékelő rész földjéhez van kötve. Ha a PIC beültetés utáni programozására
nincs szükség, R19 és R20-ra nincs szükség. Mind a PIC, mind a soros EEPROM előprogramozást igényel. Az opcionális antenna átkapcsoló egység a szövegben van tágyalva. A logika kártya hardvere igazából szóra sem érdemes, olyan értelemben, hogy ezt használtam a központi fűtés vezérlésemhez, a kaputelefonhoz, a riasztómhoz, stb. az IC3-IC6 különböző (nem)beültetésével a felhasználástól függően. A különböző I/O vonalak működését leírom, mert ha valamilyen probléma van a működésben, akkor szkópon nyomon követhetők. A Cmd vonal a megszakítás (interrupt) lábra van kötve (a PIC-en), így a kezelői parancsok prioritást élveznek. Az RF érzékelő vonal egyaránt megy az RB4-re, ahol bármilyen változás megszakítást okoz a programban, és a real time clock/számláló regiszter bemenetéhez (RTCC), a frekvencia számlálás miatt. A sors iróniája, hogy a 18 hónapos fejlesztés egyik napján, mikor éppen befejeztem az 50MHz-es előosztót, Ed, EI9GQ rámutatott, hogy ezt a PIC kapásból tudja. Egy kis gond az, hogy szoftverből nem lehet olvasni az előosztó értékét a PIC-en belül. Ez valami olyasmi, mintha megpróbálnál egy vödörben lévő bizonyos mennyiségű vizet megmérni anélkül, hogy egyáltalán beleönthetnéd a mérőpohárba. A megoldás, hogy veszel egy kis vizet, azt öntöd a mérőpohárba és innen a vödörbe, majd figyeled, mikor csordul túl a vödör. Ha adott a vödör mérete, akkor a végén egy egyszerű kivonással meg tudod mondani, mennyi víz volt eredetileg a vödörben. Az RF ciklusok számlálásához az RB4 és az RTCC láb is bemenetre van állítva a számláló kapu idejére – ami ebben az esetben 400usec – ennek a végén az RB4 átáll kimenetre, hogy befagyassza a számlálást. Ezután addig vált 0 és 1 között, amíg a fő számláló regiszter megváltozik. Ez persze azért történik, mert az előosztó túlcsordult. Ha tudjuk, hányszor kellett váltani az RB4-gyel, és ismerjük a fő számláló regiszter értékét, ebből kijön egy 16 bites érték, +-1 bit hibával. Megspóroltunk egy drága előosztó chipet! A Ref bemenet egy DC szint, ami a visszavert teljesítménnyel arányos. Ez egy CR hálóval van szűrve és integrálva. Akárhogyan is akarjuk használni, digitalizálni kell – és ennek a hagyományos módja egy A/D konverter, vagy külön chip-en, vagy egy teljesen különálló PIC-kel, beépített A/D-vel. Ennek ellenére, ebben az esetben, felhasználva Peter Grison, G0TLE ötletét, az RA3 láb alapvetően bemenetként van beállítva. Ha a visszavert teljesítményt kell mérni, az RA3-at átváltjuk kimenetre, és egy magas impulzust adunk ki rá, majd azonnal visszakonfiguráljuk bemenetnek. Az RA3 logikai ’1’ érték alá csökkenésének C48-on történő mérésével meghatározzuk az ehhez szükséges időt. Az RA3-on a magas impulzus szélességét a Cal relé bekapcsolási idejéhez állítjuk – és így nincs visszavert teljesítmény – hogy kalibráljuk a nullpontot. A folyamat durva de hatásos, mivel csak arra van szükség, hogy az L és C értékek változtatásának irányát meghatározzuk. Egy A/D konvertert megspóroltunk! A Cal és Quiet (csendesítés) kimeneteket a PIC közvetlenül hajtja meg engedélyezve a gyors hozzáférést. Minden más kapcsoló kimenet az IC4-6-on keresztül megy, és függ a késleltetéstől, amit 24 bit soros betárolása okoz a shift regiszterekbe – mielőtt egy impulzussal működtetnék a tároló kimenetet. Diszkrét tranzisztor meghajtók vannak felhasználva, mert nem találtam hasonló alkatrész sűrűségű IC drivereket. Az A-tól E-ig terjedő 5 kimenetet külső kapcsolásra lehet használni. Az A bitet te is tudod bizgetni a vezérlő egységről bármelyik pillanatban. A B-től E-ig terjedő kimenetek automatikusan kapcsolódnak attól függően, hogy éppen melyik sávban adsz. Konfigurálni tudod, hogy melyik sávban melyik bit legyen 1-ben. Erről bővebben később, de ez olyan alkalmazások számára előnyös tulajdonság, mint például az egysávú antennák csoportjának megtáplálása egy koaxról a PICATUne-nal, ami az antennaárbócra van szerelve. Ha szükséged van erre a tulajdonságra, a kimeneteket általában egy tranzisztoros relé meghajtóra kell kötni, ugyanúgy, ahogy a többi kimenet esetében meg van valósítva. A NYÁK-on az előkészítés meg van csinálva a beillesztéshez.
A ’Ready’ LED vezérlések alkalmával használható, és egy átlagos távcsővel éjszaka 100m-ről is észlelhető. Azért van, hogy biztos lehess abban, hogy minden rendben van, és ég, ha a PICATUne türelmesen várja, hogy valamit máshogyan csináljon. Például megnyomd a vezérlés gombot, vagy adásról vételre válts, stb. A beszéd vagy a CW alatt a szoftver ciklusával villog, ami kb. 0,1 sec. Végül, IC3 a 32k-s soros EEPROM. Ez tárolja az összes kiegyenlített állapotot frekvenciára rendezve, a konfigurációs opciókat, sáv csúcs jeleket és CW üzeneteket. Sztenderd soros busz protokoll küldi át a cím és adat byte-okat az SDA vonalon, és az SCL vonal adja az órajelet hozzá. Általános összeszerelés A 13. ábra felirata: Az RF doboz kicsinyített összeállítási rajza a polisztirol házban, az alkatrész oldal felől nézve. Láthatók az alkatrész elhelyezések az L-match részben is. Nem látható a logikai kártya árnyékolása, és az, ami az SWR fej felett és alatt van. Jegyezzük meg, hogy a diódákat minden esetben közvetlenül a tekercs csatklakozások közé kell huzalozni. A diódák számai egyeznek a relék számaival, pl. D17 az RL17-es relénél van, stb. Az antenna és az ellensúly terminálok rövid NYÁK-ból készült csonkkal vannak a NYÁK-hoz csatlakoztatva,m megfelelő szögű forrasztással. Hogy adjunk egy közelítő érzést a PICATUne megjelenéséről, a 13. ábra mutatja az RF dobozt a polisztirol házában. A felső és alsó doboz fedél nem látható. Ezek további sima lapok 4mm-es polisztirolból kb. 5 cm-rel nagyobbak, mind a doboz körben, és kivülről vannak rögzítve a dobozhoz réz nutokkal és lécezéssel – mindegyik szélnél fürdőszobai tömítőanyag csíkkal. Van rögzítési pont is, megerősítve, a te igényeidhez igazítva. A szerkezet irányítottsága működés közben nem kritikus, de javasolt a függőleges elhelyezés a tekercsel felfelé és a csatlakozókkal, valamint a műterheléssel lefelé, vagy egy függőleges felületen, vagy az antennaárbócon.
Alkatrészlista Kondenzátorok C1-C11 házilag gyártott, alkatrészei: M3*12mm műanyag csavar kb. 25 db M3 műanyag anya kb. 25 db TESCO nagy hűtőszatyor 1 doboz DC4 zsír 1 tubus Rézlemez 3 lap 10”*4”*5 thou (a logika kártya és az SWR fej burkolatához is ezt használjuk) C12, C56 C13 C14 C15 C16-C51, C57, C58 (38 db) C52 C53, C54 C55
100n 500V 10p 500V ezüstözött csillám 2200uF 16V axiális elko 220uF 16V axiális elko 100n 20V kerámia tárcsa vagy monolit 15uF 10V axiális elko 15p kerámia lemez 1n átvezető
Diódák D1-D23, D32 D24 D25-D29 D30 D32 ZD1
1N4007 vagy hasonló OA95 1N4141 vagy hasonló „READY” LED „MATCH COMPLETE” LED 5V1 250mW
Induktivitások L1 RFC1, RFC2
250g 2mm-es zománcozott rézhuzal (lásd a szövegben) 3/8” (10mm) átmérőjű ferrit rúd, kb. 1,5” hosszú. Teljesen végigtekercselve 1 réteg 28SWG (0,0148”, 0,3759 mm) lakkozott rézhuzallal. RFC3, RFC4 15uH axiális fojtó T1, T2 mindegyik 16 menet 24SWG (0,022”, 0,559 mm) lakkozott rézhuzal egy Fair-Rite gyártmányú, 61001101 számú ferrit gyűrűn Ellenállások 1/8-1/4W, 5-10%, ha nincs más specifikálva R1 47R 100W alacsony induktivitású (lásd a szövegben) R2-R5 100R 2W szénréteg R6 680R 2W szénréteg R7, R23, R25, R46 470R R8, R21, R22, R45 1k R11, R12 150R R13 8k2 R14 56k R15-R18 4k7 R19, R20 33R
R24, R48 R26-R44, R9, R10 (21 db) R47
2k2 10k 100k
Relék Mindegyik azonosan specifikálva, lásd a szöveget Mindegyiknek egyforma tekercse van, 12V, kb. 250ohm RL1-RL19 DPCO, módosítva SPNO-ra RL20, RL21 DPCO, nincs módosítva Félvezetők IC1 78L05 IC2 16F84-04/P PIC IC3 24LC32AP 32k soros EEPROM, mind az IC2-t, mind az IC3-at programozni kell IC4-IC6 4094 Tr1-Tr21 BC517 Tr22 BC516 Egyéb Fojtó balun
23 menet RG58 egy 4*10 mm-es ferrit rúdon, 145mm hosszú. Lásd a szövegben Sk1 28 lábú SIL wrappelhető foglalat sor Pl1 28 lábú SIL illeszkedő dugó sor Sk2 opcionális SO239 kerek koax csatlakozó kimenet PTFE szigeteléssel Sk3 SO239 kerek koax bemenet Sw1 SPCO utánzáró érintkezős, 1,5A, nem reteszelt, kattanásra működő nyomógomb TP1, TP2 30A terminál csap X1 4 MHz huzallábú kvarc kristály RG58 koax kb. 0,5m Min koax kb. 0,5 m Min árnyékolt hang vezeték kb. 0,5 m Árnyékolt doboz és csatlakozó a vezérlő egységnek Hűtőborda R1-nek 0,5°C/W. Lásd a szövegben 8 lábú DIL kerek csatlakozó 1 db 16 lábú DIL kerek csatlakozó 3 db 18 lábú DIL kerek csatlakozó 1 db Egyoldalas üvegszálas NYÁK 233,4*220mm (dupla EURO kártya méret) Némi kétoldalas NYÁK a logika kártyának és néhány darab az árnyékoláshoz. Javasolt, hogy ne üvegszálas legyen 4mm-es polisztirol lemez a dobozoláshoz és a kondenzátor bilincsekhez. Lásd a szövegben. Polisztirol cement (ragasztó) 1 tubus Hőátadó anyag R1-hez Szilikon fürdőszobai tömítő, szilikagél és réz lécezés, anyák, alátétek a vízmentes dobozoláshoz. Szállítók A relék (60-4610) és a dupla euro kártya NYÁK (34-0815) a Rapid Electronics-tól vannak (cím az eredeti szövegben). Az L1-hez a 2mm-es huzal 500g-os tekercsben van a Scientific Wire Co Ltd.-től.
A 4mm-es polisztirol lemez a legtöbb barkácsboltban kapható. A rézlemezt modell boltokban lehet beszerezni. A DC4 zsír, az M3-as műanyag csavarok és anyák és az R1 a Farnell-től vannak, csakúgy, mint a PIC és az EEPROM. Ha programozva akarod az én programomra, 15 fontért örömmel elküldöm egy bélyeggel ellátott, előre felcímzett borítékban. Ha mindent újonnan, teljes áron akarsz megvenni, akkor kb. 100 fontot kell szánnod rá. Teszt eszközök Az egyetlen kivételes igény egy kapacitás mérő 1pF-es érzékenységgel, 10-3000pF mérési tartománnyal. Ez a C1-C11-es kondenzátorok házilagos előállításához kell. Egy digitális multiméter kapacitás mérési tartománya ideális. Az abszolút pontosság nem fontos, de a megismételhetőség igen. Ha nincs ilyen műszered, akkor egy ötlet David-tól, G4FQR, hogy a kondenzátorokat frekvencia meghatározó elemként használva egy egyszerű hangfrekvenciás oszcillátorban (pl. 555-tel) a frekvencia mérésével meghatározható az érték. (ford.: persze akkor jó frekimérő kel, és pontos ellenállások, inkább építs kapac mérőt, úgyis kelleni fog).
