Accordatore d'antenna completato per operazioni QRP

Questa volta presenterò un semplice sintonizzatore d'antenna per operazioni QRP che può essere realizzato con parti facilmente reperibili.

 Adattamento dell'impedenza richiesto

Un sintonizzatore d'antenna è un circuito di adattamento inserito tra una radio e un'antenna per trasferire in modo efficiente il segnale RF (radiofrequenza) dal trasmettitore all'antenna o dall'antenna alla radio.

In particolare, per trasmettere in modo efficiente i segnali da un circuito amplificatore RF allo stadio successivo senza attenuazione, è importante che l'impedenza di uscita del circuito amplificatore corrisponda all'impedenza di ingresso del lato che riceve il segnale. Se l'adattamento non viene raggiunto, il segnale dal trasmettitore non viene trasferito in modo efficiente al lato di ingresso dello stadio successivo, come un'antenna, e di conseguenza vengono generate onde riflesse. Mentre le onde riflesse viaggiano avanti e indietro nel circuito, i segnali che si sovrappongono al segnale originale vengono immessi nel circuito nella fase successiva, determinando una distorsione della forma d'onda e causando radiazioni indesiderate.

 

La Figura 1 (a sinistra) è un diagramma a blocchi di un amplificatore AF (frequenza audio). Un trasferimento di potenza efficiente significa che la resistenza di uscita del primo stadio (R1) è uguale alla resistenza di ingresso del secondo stadio (R2) che la riceve. La Figura 1 (a destra) mostra un trasmettitore e un'antenna. Per trasmettere in modo efficiente il segnale in uscita all'antenna è necessaria la condizione Z1 = Z2, come nell'amplificatore AF.

Figura 1. A sinistra: la potenza massima viene generata all'altoparlante quando R1=R2

A destra: analogamente nel circuito dell'antenna, la potenza massima viene irradiata dall'antenna quando Z1 = Z2 

Nei circuiti di amplificazione AF, l'effetto della reattanza sulla frequenza delle bobine e dei condensatori non deve essere considerato così tanto perché le frequenze gestite sono basse, ma questo non è il caso in RF. Anche una piccola quantità di induttanza o capacità dell'ordine di MHz produrrà un'impedenza che non può essere ignorata. Pertanto, come mostrato nella Figura 2, l'accordatore dell'antenna lavora per rendere l'impedenza dal lato del trasmettitore (Z1) al lato dell'antenna (Z4), il più vicino possibile alla stessa.

Figura 2. Circuito di adattamento incluso sintonizzatore d'antenna

 Specifiche di destinazione per l'accordatore d'antenna

Quando iniziamo a realizzare un sintonizzatore per antenna, sono sempre necessarie bobine e condensatori variabili. Le bobine possono essere realizzate da soli, ma i condensatori variabili sono difficili da realizzare da soli e recentemente è diventato difficile reperirli sul mercato.

L'accordatore d'antenna per QRP da 5 W o meno può essere realizzato utilizzando i noti condensatori variabili in plastica per radio al germanio, quindi ho scelto l'accordatore d'antenna per QRP da 5 W o meno. 

･Gamma di frequenza corrispondente: da 7 a 28 MHz

･Tipo di circuito di adattamento: circuito di adattamento π (Pi).

･Indicatore di stato di corrispondenza integrato (come preferisci)

･Potenza massima in ingresso: 5 W PEP (potenza in uscita quando si utilizza la batteria IC-705)

･Per la sintonizzazione vengono utilizzati condensatori variabili in plastica singoli da 260 pF

･Leggero e di piccole dimensioni

･Non è necessaria alcuna alimentazione

 

Diagramma schematico

I diagrammi schematici sono mostrati nelle Figure 3 e 4 di seguito. La parte del sintonizzatore dell'antenna nelle Figure 3 e 4 è identica. Se desideri un accordatore d'antenna per QRP senza considerare circuiti complicati, devi solo realizzare la parte "Accordatore d'antenna" mostrato nelle figure. La parte di rilevamento della potenza mostrata nella Figura 3 e la parte di rilevamento SWR mostrata nella Figura 4 sono circuiti opzionali. 

Il circuito di adattamento è chiamato circuito di adattamento di tipo π (Pi) e la bobina di L1 è avvolta su un nucleo toroidale per renderla di dimensioni compatte. Poiché l'adattamento con l'antenna non può essere eseguito su un'ampia banda di frequenza regolando solo il condensatore variabile su entrambe le estremità di L1, anche l'induttanza della bobina dovrebbe essere variata. L'induttanza della bobina viene regolata con un numero appropriato di giri e l'induttanza viene commutata con un interruttore rotante a 12 contatti.

Costruire un sintonizzatore d'antenna

(1) Realizzare una bobina con un nucleo toroidale

Le parti fondamentali sono la bobina e il condensatore variabile. Se non sei preoccupato della riduzione del peso o della miniaturizzazione, andrà bene qualsiasi condensatore variabile, ma ti servirà un condensatore variabile con una capacità di almeno 250 pF. Questa volta la bobina viene avvolta su un nucleo toroidale per renderla più piccola, ma se c'è abbastanza spazio è accettabile anche una bobina con nucleo in aria. 

Il nucleo toroidale utilizzato in questo progetto è stato acquistato in un mercatino delle pulci di radioamatori. Non ho idea del numero di parte o delle specifiche. Sulla base della mia esperienza passata, ho pensato che se avvolgo il nucleo 40 volte, si otterrà un'induttanza di circa 30 µH. Successivamente, ho misurato l'induttanza con un misuratore e ho scoperto che era di 36 µH. C'erano altri nuclei toroidali che avevo acquistato in altri mercatini delle pulci, quindi ne scelsi uno a caso e realizzai una bobina nello stesso modo, ottenendo una bobina con un'induttanza simile.

 

Non conosco nemmeno le specifiche del nucleo toroidale utilizzato per rilevare l'SWR. Il nucleo toroidale aveva un diametro effettivo di 10 mm e un diametro interno di 5 mm. Questo nucleo è avvolto 10 volte con filo di poliuretano da 0,3 mm. L'avvolgimento sul nucleo toroidale funge da trasformatore anziché da bobina. Il lato primario immette la RF fornita dal ricetrasmettitore all'accordatore dell'antenna e il lato secondario rileva il segnale e rileva l'onda viaggiante o l'onda riflessa. 

(2) Metro

Come accennato in precedenza, se si sta realizzando un semplice accordatore d'antenna, non sono necessari circuiti aggiuntivi per il rilevamento della potenza e il rilevamento dell'SWR. Anche il contatore che ho utilizzato è stato acquistato in un mercatino delle pulci. Le specifiche erano sconosciute, ma quando l'ho misurato, ho scoperto che si trattava di un piccolo indicatore di corrente con un fondo scala di circa 0,1 mA. Inoltre, l'SWR potrebbe deteriorarsi a causa dell'installazione di un circuito di rilevamento. 

(3) Assemblaggio

L'accordatore d'antenna è stato assemblato in una custodia di plastica perché volevo renderlo leggero. Il peso dell'accordatore d'antenna completo era di 160 g. La Figura 8 mostra una vista interna di quello con il circuito di rilevamento della potenza (a sinistra) e di quello con il circuito di rilevamento SWR (a destra). La parte del sintonizzatore dell'antenna è identica.

Figura 8. Accordatore d'antenna integrato in una custodia di plastica

Sinistra: Con circuito di rilevamento della potenza Destra: Con circuito di rilevamento SWR

Figura 9. Accordatore d'antenna completato

 

Regolazione dell'accordatore dell'antenna

Non c'è niente in particolare da regolare in termini di circuiti. Dopo aver confermato il cablaggio, collegare un carico fittizio da 50 Ω tramite l'accordatore d'antenna realizzato per IC-705 come mostrato nella Figura 10. 

Impostare l'IC-705 su FM o RTTY. Per il display del misuratore IC-705, premere il pulsante [MENU] sul pannello frontale dell'IC-705 e selezionare "METER" per visualizzare in anticipo lo stato SWR. Imposta la frequenza su 14 MHz, vicino al centro della banda HF, e il misuratore PO oscillerà quando l'IC-705 è impostato per trasmettere. Ruota la manopola [Inductor] sul pannello frontale dell'accordatore d'antenna che hai realizzato per ridurre al minimo l'indicazione del misuratore SWR. Una volta ridotto al minimo il misuratore SWR, ruotare Tune-2 (condensatore variabile sul lato di uscita) e regolarlo in modo che l'indicazione del misuratore sia ridotta al minimo. Ruotare ulteriormente Tune-1 (condensatore variabile lato ingresso) in modo che l'indicazione del misuratore diventi minima. Poiché è collegato un carico fittizio da 50 Ω, il misuratore SWR dell'IC-705 non dovrebbe indicare nulla. Allo stesso modo, controllare il funzionamento nella gamma di frequenza da 7 MHz a 28 MHz.

Figura 10. Controllo del funzionamento dell'accordatore d'antenna con un carico fittizio da 50 Ω

 Il prossimo passo è collegare l'antenna vera e propria e controllarne il funzionamento. Il metodo è lo stesso del carico fittizio da 50 Ω.

 Regolazione del circuito di rilevamento della potenza

Nello schema elettrico mostrato nella Figura 3, R1 è un resistore variabile da 10 kΩ. Quando l'accordatore d'antenna è regolato alla massima potenza, regolare R1 per impostare il misuratore a fondo scala. Se la sensibilità dello strumento è inferiore a 0,1 mA, lo strumento potrebbe non raggiungere il fondo scala anche se si regola R1. In tal caso, aumentare leggermente la capacità di C3 per aumentare il runout del misuratore. Tuttavia, questo equivale a captare l'uscita, quindi la potenza di trasmissione inviata all'antenna sarà leggermente ridotta. 

Regolazione del circuito di rilevamento SWR

I punti di regolazione sono C5, C8 e R5, mostrati nella Figura 4. Con un carico fittizio da 50 Ω collegato all'accordatore dell'antenna, regolare prima l'antenna con condensatori variabili [Tune-1] e [Tune-2] in modo che SWR= 1. Successivamente, ruotare C5 e C8 per ridurre al minimo l'eccentricità del contatore con la trasmissione così com'è. Se l'SWR dell'antenna collegata all'accordatore si deteriora, il misuratore potrebbe oscillare durante la trasmissione. In tal caso, regolare R5 sul fondo scala. 

Impressioni finali

Le specifiche erano fissate da 7 a 28 MHz per la gamma di frequenza corrispondente, ma l'induttanza della bobina avvolta sul nucleo toroidale era superiore al previsto e funzionava come un sintonizzatore d'antenna anche a 3,5 MHz. Tuttavia, la capacità del condensatore variabile era insufficiente e l'SWR era poco meno di 2 nella banda dei 3,5 MHz. Le bande alte HF come 21 MHz e superiori non hanno rappresentato alcun problema. Le misurazioni con NanoVNA hanno mostrato che l'adattamento era possibile fino a 36 MHz, ma non fino a 50 MHz.