<<

Een automatische analoge tuner voor een
“Magnetic" loop antenne, 5W tot 100W vermogen

pa0nhc 20150228

Dit is een verbeterde, uitgebreide versie van het in Electron oktober 2014 pag. 430 door pe0rig gepubliceerde ontwerp.

De hier beschreven uitvoering, in een aluminium behuizing met bediening knoppen aan het front, is bedoeld voor gebruik naast de transceiver in de shack.
Het tuner kastje is met de antenne verbonden via een coax kabel en een motor stuur kabel.
De fase vergelijker en stroom sensor zijn gescheiden, op aparte printjes aangebracht.
De stuur transistoren zijn op de bodem van de behuizing gemonteerd voor optimale koeling.

Een montage van deze printjes direct bij de antenne, met 12V voeding via de coax kabel, is een mogelijkheid die hier niet wordt beschreven.

Schema's pagina vullend afdrukken.
=>>
Maskers en boormallen afdrukken als  "100%"  of  "In originele grootte". <<=

Schema
tuner print
MASKER
tuner print
1200DPI
Boormal (onderdelen lokaties)
tuner print
PDF A4
Boormal
Proma behuizing
(PDF A4)
Boormal
front paneel
(onderdelen lokaties)
(PDF A4)
Boormal
achterpaneel
(onderdelen lokaties)
(PDF A4)
MASKER
front paneel
1200DPI
MASKER
achter paneel 
1200DPI

 


Schema versie pa0nhc 20150201-37 (600DPI)

    Hoe werkt het ?
Belangrijk: Voor een stabiele werking, MOETEN aan ingangen "CAR" en "SIG" van IC1, 300mVtt-1400mVtt HFspanning worden toegevoerd.

Als fase detector IC1 op ingangen "CAR" en "SIG" twee wissel spanningen toegevoerd krijgt van dezelfde frequentie, maar 90gr. uit fase, dan hebben de blokvormige HF stromen in uitgangen "OUT" beide een "duty cycle" van 50%. De effectieve waarde van de spanningen op "OUT" en "OUT' " zijn dan gelijk. Er is dan geen spanning verschil.

Als tijdens zenden de loop antenne correct afgestemd is, zijn de HF spanning en de HF stroom in de transmissielijn in fase. De spanning op ingang "CAR" van IC1 is in fase met de spanning op de transmissielijn.

Stroom sensor L1 zet een deel van de HF stroom in de transmissielijn om in HF spanning, die aan ingang "SIG" van IC1 wordt toegevoerd. De secundaire van L1 is onbelast, waardoor de fase van de uitgaande spanning bijna 90 gr. tov. de gemeten antennestroom verschoven is.

De spanningen op "SIG" en "CAR" zijn daardoor 90gr. uit fase. De effectieve gelijkspanningen op beide uitgangen van IC1 zijn dan gelijk (ca. 7,8V). Omdat er dus geen spanningverschil tussen "OUT" en "OUT' " bestaat, is het spanning verschil tussen motor stuurlijnen M1 en M2 ook nul. Het afstem motortje krijgt dan geen spanning toegevoerd en staat stil. Ook als er niet gezonden wordt staat het motortje stil.

Is de antenne niet correct afgestemd, dan zijn HF stroom- en spanning op de transmissielijn uit fase.

Daardoor wijkt het fase verschil tussen de spanningen op ingangen "SIG" en "CAR" af van 90gr. De gelijk spanningen op "OUT" en "OUT' " veranderen dan in tegengestelde richting, en er ontstaat een spanning verschil tussen M1 en M2.

Het afstem motortje bij de loop antenne verdraait daar de afstemcondensator, totdat de afstem automaat geen faseverschil meer detecteert tussen antenne spanning en antenne stroom. De loop antenne is dan weer in resonantie gebracht.

 


    Schema aanpassingen tov. pe0rig:
Dit tuner ontwerp is bedoeld om niet bij de antenne, maar direct naast de transceiver gebruikt te worden. Een kleine transformator voeding is ingebouwd.

Fasedetector IC1 wordt met 9V gestabiliseerd gevoed. De waardes van R5, 6 en 7 zijn hiertoe aangepast. Ter voorkoming van statische spanning op C4, verbindt R15 deze trimmer voor DC met massa. De waarde van C2 is vergroot om pen8 voor de signaal frequenties maximaal te ontkoppelen. Tevens zijn de waardes van C3 en R9 aangepast voor de gebruikte frequenties.

C15 en 16 voorkomen dat sterke HFresten IC2 kunnen bereiken.

De stroom sensor L1 en de shunt zijn anders uitgevoerd.

Op ingang "SIG" wordt tijdens gebruik op de 80m band, door rel1 een kleine, extra condensator naar massa geschakeld. Deze compenseert een verschuivend trimpunt van C4, als van 40m naar 80m omgeschakeld wordt. Rel1 wordt tegelijk met een relais in de afstem box geschakeld.

D3-6 begrenzen de ingang spanningen op "SIG" en "CAR", voorkomen over sturing van IC1, en daarmee instabiliteit in de uitgangspanningen van IC1.

T1-4 bleken, samen met de zelfinductie van de motor, een parasitaire HF en LF oscillator te kunnen vormen. C12, 13, 14 en R9 verhinderen dit oscilleren.

 


    Details.
IC1 moet, als fase detector werkend, op ingangen "SIG" en "CAR" verzadigd worden uitgestuurd, zonder echter overstuurd te raken
(400mVtt-1400mVtt). Alleen dan zijn de uitgang spanningen op "Out" en "OUT' " onafhankelijk van een tussen 5W en 100W variërend vermogen. De motor uitgangspanning van het prototype bleef, in afgestemde toestand, binnen + en - 30mV (!) constant. Bij SSB signalen van 50W, en zelfs na wisselen van frequentie band.

C15 en C16 sluiten de HF componenten op "Out" en "Out' " kort naar massa, en voorkomen dat sterke HFresten IC2 kunnen bereiken.

De primaire wikkeling van L1 (“link”) bestaat uit een recht stuk 1,7mm dik, goed geïsoleerd (installatie) draad, dat éénmaal door het gat van een kleine Amidon T50-2 of T50-6 (D=12,5mm, u = 8 - 10) poederijzer ringkern steekt. De secundaire wikkeling van L1 (0,5mm geïsoleerd draad) gaat er 10 maal door het gat. De zelfinductie = ca. 0,4uH (niet kritisch).

REM: voor gebruik op hogere frequentie banden, het aantal windingen op L1 evenredig verminderen, en C201 / C17 aanpassen.

Een shunt (stroom omleidende draadbrug) verlaagt de te hoge, door de primaire van L1 tussengevoegde impedantie, vermindert de stroom door L1, en daarmee de uitgang spanning van L1. Deze shunt draad wordt direct op de aansluitpunten van de primaire van L1 ("Link") gesoldeerd (zie XRAY van back panel). De dikte van de shunt draad is 0,7mm en de lengte ca. 40mm. 

De poederijzer ringkern en de ICs zijn te bestellen op "amidon.de" en "kent-elektronica.nl" .

 


    Koeling.
Het motortje begint te lopen bij een motor spanning groter dan 0,6V. Als de antenne afgestemd is, en het motortje stil staat, kan de motorspanning dus nog tot 0,6V bedragen, en de motor stroom tot 0,5A. Omdat transistoren T1-4 het motortje met gelijkstroom voeden, zullen twee van die transistoren ieder dan continue 3,5W warmte ontwikkelen.

Ongekoelde transistoren T1-4 kunnen theoretisch te heet worden. Ze zijn daarom ter koeling op de ALU behuizing bevestigd (de NPN versies geïsoleerd). 

Als de antenne is afgestemd, kan de tuner uitgeschakeld worden. De anti condens verwarming in de afstem eenheid bij de loop antenne moet echter altijd met 12V gevoed worden. Daarom wordt de 230V~ voor de voeding niet uitgeschakeld. De tuner wordt aan/uit geschakeld door de +12V te schakelen. De voeding is beveiligd met een 0,1A T zekering.

De transformator, BNC chassisdelen en schakelaars zijn te bestellen op "conrad.nl"

 



Prototype. REM: Het stroom sensor printje (links) is later gewijzigd.
Merk de rode, U-vormige shunt op.
De draden "I" en "Io" NIET twisten.
De netspanning is direct op de transformator aangesloten.
De aan/uit schakelaar op het front schakelt de +12V voor de fase vergelijker print.

NB: voor een optimale werking van de tuner, moet de verbinding "I" de achter paneel print naar ingangen "I" op de tuner print, capaciteitarm zijn.

De stroomsensor is op een dubbelzijdig printje aan het achter paneel van de ALU behuizing gemonteerd. Alle componenten (behalve het relais) bevinden zich tussen het massavlak van het het printje en het ALU achter paneel. Het antenne circuit en de stroom sensor zijn daardoor effectief van de fase detector print afgeschermd.

Montage van het achterpaneel

 


De motor stuur kabel wordt mbv. een 6 polige mini DIN stekker aangesloten.
Een ferriet ringkern, over de interne aansluitdraden van het mini DIN chassisdeel geschoven, blokkeert HF.

    De stuurkabel bevat :
twee motor aders (pennen 3 en 4 <=> pcb {M1} en {M2} ),
één bandwissel relais ader (pen 5),
één 12V anti condens verwarming ader (pen 6) en,
een massa ader (pennen 1 en 2).

 


Het bediening front bevat, naast een aan/uit schakelaar en een band wissel schakelaar met een gele LED, twee druk toetsen met twee rode LEDs. Hiermee kan men het motortje dwingen om snel vooruit of achteruit te lopen. De twee rode LEDs geven de spanningen op beide motor aansluitingen tov. massa aan. Bij stilstand branden beide even helder. Bij vol toerental dooft de één en brandt de ander feller, afhankelijk van de draai richting. 2x 5 diodes in serie fungeren ieder als 3,3V drempel voor de rode LEDs.

Montage van het frontpaneel

 


Omdat vele externe stekker voedingen storing veroorzakende schakel elektronica bevatten, is een eenvoudige, ontstoorde interne transformator voeding toegepast. Deze kan ook continue de stroom voor de 4,5W anti condens verwarming in de antenne installatie kast en beide band wissel relais leveren.

Een dubbele smoorspoel blokkeert HF in het netsnoer. Een zekering (100mA Traag) beveiligt de transformator primaire tegen overbelasting. De brugcel is met condensatoren ontstoord. De vlakke trafo, elco en smoorspoel zijn onderste boven op de ALU bodem gelijmd met Pattex 100% active glue watervast). De overige delen zijn vast geschroefd, met zeer dun warmte pasta onder T1-4 en de brug gelijkrichter. De NPN transistoren moeten mbv. micaplaatjes geïsoleerd opgesteld worden.

Op de boormal zijn horizontale lijnen tussen de voor- en achter panelen aangebracht. Het zijn hartlijnen voor te boren gaten. Deze lijnen op de mal goed richten met de ruimtes tussen de koelribben. De M3 schroefkoppen en moeren passen dan tussen de koelribben aan de onderzijde van de bodem.


Boormal


    Afregelen.

De HF spanningen op ingangen "SIG" en "CAR" van IC1 moeten onder alle omstandigheden  minimaal 400mVtt (5W vermogen) en maximaal 1400mVtt (100W vermogen) bedragen.
Een correcte, stabiele instelling van trimmer C4 is hiervan afhankelijk.
Meet deze spanningen mbv. een HF oscilloscoop.

Door de lengte van de shunt draad op de achterzijde van de stroom sensor print aan te passen, moet op 7,2 MHz éénmalig de uitgang spanning van stroom sensor L1 ingesteld worden op 800mVtt bij een zender uitgang vermogen van 5W.  Een langer stuk shunt- draad verhoogt de uitgangspanning van L1 en vice versa. 

Hierna moet op 7.2 MHz, met een zender uitgang vermogen van 15W naar de dummy load, trimmer C4 éénmalig zo ingesteld worden, dat tussen motor stuur leidingen M1 en M2 het spanning verschil 0,00V + - 10mV is.

Controleer op 7MHz, met gesloten behuizing, of bij het veranderen van het zendvermogen tussen 5W en 100W, het gemeten spanning verschil tussen M1 en M2 niet groter wordt dan +- 30 mV. Controleer ook met een 100W SSB signaal.

Controleer daarna op 3,6MHz, met gesloten behuizing en een zender uitgang vermogen van 25W naar de dummyload, of het gemeten spanning verschil tussen M1 en M2 niet groter is dan +- 10 mV. Is dit verschil groter, dan de waarde van C201 op de sensorprint aanpassen.

Controleer op 3.6MHz, of bij het veranderen van het zend vermogen tussen 5W en 100W, het gemeten spanning verschil tussen M1 en M2 niet groter wordt dan 30 mV. Controleer ook met een 100W SSBsignaal.

De tuner werkt dan correct. Met een antenne aangesloten moet de oorzaak van eventuele afwijkingen in het antenne systeem gezocht worden.