Acordul de la distanță cu ajutorul unui condensator variabil cu vid.

Acordul de la distanță cu ajutorul unui condensator variabil cu vid.

YO4UQ – Cristian Colonati

O aplicație simplă însoțită de o realizare practică care poate constitui un bun exemplu pentru ”ce se mai poate face cu forțe proprii” pe lângă echipamentele industriale cumpărate, stația de radio și celelalte echipamente industriale anexă: tuner, SWR-metru, analizor de antenă, etc. Preocupările autorului acestor rânduri privind antenele magnetice – ML Magnetic LOOP, sunt îndeobște cunoscute. În SUA și nu numai, există o puternică emulație în rândul radioamatorilor pentru a dezvolta în construcție proprie astfel de antene adaptate pentru spații reduse. Discuțiile pot fi urmărite pe https://beta.groups.yahoo.com/neo/groups/MagLoop/info?referrer=vodovozfamily

Nici firmele nu stau degeaba. În publicațiile de specialitate ale radioamatorilor din SUA, Anglia, Italia sau Germania aproape în fiecare număr apar articole și referințe la ML precum și reclame ale firmelor, mai mari sau mai mici, cu oferte pentru multiple variante constructive ale acestui model de antenă. De asemeni și Internetul este plin de numeroase referințe cu privire la realizările practice proprii ale radioamatorilor. Deoarece programele de calcul pentru dimensioanrea antenelor magnetice, existente la un moment dat pe Internet, dădeau rezultate diferite cu privire la unii parametrii: constructivi, dimensionali și ai valorilor parametrilor de funcționare, a fost construit pe baze teoretice solide un program propriu pentru dimensionarea antenelor magnetice și evidențierea parametrilor de funcționare, care poate fi descărcat de la

http://tehnic.frr.org.ro/index.php/3-articole/3-2-hf/3-2-1-antene-hf/

inclusiv considerentele teoretice, sau la

http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=920

                Pentru expunerea practică din acest articol sunt prezentate mai sus două capturi de ecran cu parametrii dimensionali și de funcționare ai antenei magnetice proprii pentru benzile de la 7MHz, frecvența cea mai joasă și până la 21MHz cea mai înaltă frecvență acoperită de ML. Se referă la o antenă de țeavă de cupru de φ22mm cu D=1,1m pentru o putere de 100watt. Cu acestă antenă lucrez de mulți ani în special în modurile digitale: WSPR, PSK toate variantele, RTTY, CW, ș.a. Din cele două capturi de ecran anexate în continuare sunt prezentați (în coloana Cupru din dreapta) toți parametrii de funcționare rezultați în urma calculului.

Cei interesanți pentru expunerea de față sunt:

Parametru C [pF] C [pF] la7MHz C[pF] la 21MHz
Capacitatea de rezonanță C 187,4 19,9
Capacitatea distribuită Cd 9,3 9,3
Capacitatea de acord Ca 178,1 10,6

 După cum probabil bine știți, o capacitate reziduală mică a unui condensator variabil clasic, cu izolație cu aer și distanță mare între plăci pentru a rezista la tensiuni ce pot atinge 5 – 6kV RF și care să acopere un interval de 10pF la 250pF, este destul de greu de realizat. Singura soluție practică a fost alegerea unui condensator variabil cu vid (din panoplia constructivă sovietică) cu ecrtul între 5 la 250pF la tensiunea de 5kV. Cu acestă soluție se acoperă 5 benzi din undele scurte 7, 10, 14, 18, și 21MHz lucru care mi se pare o rezolvare rezonabilă pentru un trafic mai mult decât modest. În finalul articolului vom vedea un exemplu de lucru cu acestă antenă în concursul de CQ WW RTTY 2016. Testarea preliminară a soluției a trecut și prin varianta cu acordul manual cu mai multe variante constructive: CV la verticală sus cu manevra de acord cu baghetă izolantă, CV montat orizontal jos și acord cu buton izolant, cu buton cu vernier, ș.a. Manevre greoaie, imprecise și în special incomode chiar dacă antena se afla pe balcon. Pentru un SWR cât mai bun tebuiau făcute corecții funcție de poziția antenei, de temperatura ambiantă, noapte / zi, vară / iarnă. Corecția de temperatură se întâmplă și la antenele filare, în special cele lungi, dar corecția se face de obicei din ”antenna tuner”. La antena magnetică se lucrează fără ” antenna tuner” fiindcă se poate obține relativ ușor un SWR foarte bun prin adaptare Γ sau cu buclă inductive. Am încercat să găsesc o soluție simplă care să răspundă la două obiective:

  • Să se poată comanda de la distanță acordul antenei în cele cinci benzi.
  • Să se poată asigura controlul capetelor de cursă la nivelul benzilor de 7MHz și 21MHz cu posibilitatea de întorcere. Să se asigure rezerva minimă de deplasare pentru a nu forța griparea mecanică a CV-ului.

Condensatorul variabil utilizat își realizează intervalul de 5 la 250pF pe 10 ture de rotație ale axului. S-a făcut o măsurătoare cu un capacimetru (model YO9HVP) cu sonde cât mai scurte și lăsat să se stabilizeze cu temperatura. Pentru poziția CV total deschis fără a forța până la nivelul de blocaj s-a obținut o valoare a capacității sub 10pF. Deci se poate atinge frecvența de 21MHz. Partea de mare capacitate nu mai era interesantă deoarece valoarea necesară de 178pF era obtenabilă fără CV-ul la cap de cursă ”închis” ci undeva la cca. 70% din aceasta. Având în vedere aceste câteva comentarii introductive și justificative vom trece la descrierea realizării practice. Expunerea este însoțită de fotografii și capturi de ecran pentru o mai ușoară înțelegere și eventual, la nevoie, de o reproducere a soluției.

  1. Piesa principală este un șurub de teflon (poate fi și un alt material izolant rezistent la HV și RF) de dimensiuni conform schiței. Acesta asigură transformarea mișcării de rotație dată de motorul de curent continuu, necesară pentru acordul antenei cu ajutorul CV cu vid, într-o mișcare de translație. Piulița este blocată la rotație printr-un ”știft” care culisează printr-un canal făcut din două baghete izolante.
  2. Mișcarea de translație a piuliței este controlată la capetele de cursă de două micro limitatoare cu rolă. Detaliile dimensionale ale șurubului și piuliței adaptate la dimensiunile la ax ale CV și ale motorului de curent continuu sunt date în schița alăturată.

    Cele 16 spire asigură acoperitor acordul CV între 5 și peste 200pF. Reglajul fin al capetelor de cursă se face din poziția micro limitatoarelor începând cu poziția cea mai deschisă a CV-ului. Pentru un alt condensator variabil cu vid, de altă valoare sau de altă construcție, cu un alt număr de rotații între Cmin și Cmax se va putea realiza un alt șurub cu alt număr de spire (ganguri de filet). Un filet mai fin cu mai multe ganguri asigură un acord mai fin dar mai lent iar un filet mai mare face un acord grosier, mai rapid. Viteza de parcurgere a distanței între cele două limitatoare depinde, după cum se vede imediat, de viteza de rotație a motorului.

În figurile 2 și 3 se vede canalul pe care se va plimba ”știft”-ul piuliței în cursa de translație a acesteia, microlimitatorii și CV-ul cu vid cu șurubul de teflon și piulița montate.

Figura 3 – CV-ul cu vid montat cu ”știft”-ul poziționat în canlul inferior iar figura 4 cu tot ansamblul de CV, șurub și motorul de curent continuu.

Figurile 5 și 6 – Detaliile de montaj și conexiunile electrice pentru reglajul la banc al cursei piuliței pentru acoperirea Cmin – C max.

Motorul de curent continuu fig.7 a fost procurat din comerț de la firma Robofun foarte cunoscută din promovarea microprocesoarelor Arduino și RasebrryPi și a construcțiilor de microroboți.

https://www.robofun.ro/mecanice/motoare/motor_37D/motor-cutie-viteza-0-5-rpm-3-12v

Caracteristicile dimensionale și funcționale ale motorului de curent continuu sunt prezentate în figura 7 imediat următoare. Motorul nu are perii, nu necesită deparazitare electrică și acordul pe frecvență se poate face cu transeciverul în funcțiune urmărind pe lângă SWR și volumul emisiunilor recepționate.

Caracteristici: •Tensiune: 3-12 V •Raport de transmisie: 3000:1 •Cuplu maxim: 215kg cm. (@ 12V) •Viteza: 0.5 RPM (@ 12V)•Curent: 95 mA (@ 12V) •Curent stall: 0,5 A (@ 12V) •Rezistenta : 10 MOhm •Rigiditate dielectrica: 300VDC•DC reversibil.

Dimensiuni: •Dimensiuni Motor: 1.30 “Diametru x 1.03″ Lungime •Dimensiune ax: Diametru 6mm x 1.23 ” •Greutate: 4.9 uncii.

  1. Figurile 8 și 9 prezintă ansamblul montat la partea superioară a antenei magnetice.
  2. NOTĂ – Alimentarea de curent continuu a motorului s-a făcut printr-un cablu bifilar de audio (roșu și negru) prin interiorul țevii de cupru a antenei. S-a dat o gaură de mici dimensiuni la bază și o alta la partea superioară prin care s-a trecut cablul de alimentare. La partea superioară unde este o tensiune de RF de peste 5kV trecerea cablului prin țevă a fost izolată cu bandă de teflon. Această soluție a fost adoptată pentru a evita influența cablului de alimentare asupra parametrilor electrici ai antenei. Este o soluție des utilizată.
  3. Schema electrică pentru comanda motorului și controlul capetelor de cursă a fost făcută conform schiței alăturate.

Comanda motorului a fost adoptată după revista CQ_DL nr.1/1990 pag. 26 pentru inversarea sensului de mers și controlul capătului de cursă. Comanda de sens S3 – S4 a fost realizată cu un comutator ON-OFF-ON iar pentru limitatorii de cap de cursă au fost utilizați 2 buc. existente în ”bazarul” propriu.

Alimentarea și comanda de la distanță s-a făcut dintr-un acumulator de 12V existent în dotare. Pentru controlul vitezei motorului (tensiunea între 3 -12Vcc) a fost montat un potențiometru bobinat de 470 ohmi.

Pentru edificarea cititorilor asupra performanțelor de acord, a timpului de mișcare între două benzi din cele 5 acoperite de ML, precum și timpul de mișcare între frecvențele de capăt ale fiecărei benzi aceste valori sunt date în tabelele alăturate.

Calculul vitezei medii de deplasare și a timpului de acord între două benzi.

Interval în kHz Δ kHz Minute Secunde kHz/min kHz/sec
7000 – 10200 3200 9,5 570 337 5,6
10200 – 14300 4100 4,3 260 953 15,7
14300 – 18300 4000 2,0 120 2000 33,3
18300 – 21500 3200 1,3 80 2460 40

 Timpul de baleiere a intervalului frecvențelor benzilor acoperite de acordul cu CV cu vid.

Interval în kHz Δ bandă kHz Δ bandă / viteza medie Timpul de acord [sec]
7000 – 7200 200 200 kHz : 5,6 sec/kHz 35,7
10100 – 10200 100 100 kHz : 10,7 sec/kHz 9,3
14000 – 14400 400 400 kHz : 15,7 sec/kHz 15,5
18050 – 18200 150 150 kHz : 33,3 sec/kHz 4,5
21000 – 21500 500 500 kHz : 40,0 sec/kHz 12,5

Așa cum am promis pe parcursul expunerii, prezentăm rezultatele lucrului cu antena magnetică și comanda de mișcare între benzi la concursul CQ WW RTTY 2016.

Ca detaliu la această sinteză obținută cu N1MM Logger+ este anexat log-ul Cabrillo pentru legăturile efectuate în concurs, pe măsura timpului disponibil. Am realizat acestă intervenție finală pentru a încuraja pe cei care au posibilități limitate pentru montarea antenelor să nu descurajeze și să încerce și soluții alternative pentru a continua activitatea în trafic.

Câteva cuvinte de încheiere.

  • Cu mijloace modeste și care evită restricțiile, mai mult sau mai puțin justificate, privind instalarea antenelor puteți continua activitatea în trafic.
  • Cu o antenă de mici dimensiuni, corect realizată, puteți lucra comod într-un număr important de benzi din undele scurte cu rezultate mai mult decât satisfăcătoare.
  • Cu un ceas cu secundar și un SWR-metru (cel din transceiver sau cel separat) puteți realiza acordul perfect între benzi precum și în interiorul unei aceleiași benzi. Antena ML are un acord foarte ascuțit, o lărgime de bandă mică. Pentru un acord ușor și precis este utilă o demultiplicare cu un șurub cu filet relativ fin și un motor cu turație mică (sau o demultiplicare corespunzătoare). Acordul într-o bandă îngustă este un dezavantaj dar antena ML cu bandă îngustă are și unele avantaje: face o recepție liniștită și elimină în mod nativ eventuale armonice la emisie.
  • Chiar dacă pentru unii din colegii noștrii acestă expunere ar părea prea ”școlărească”, ea îndeamnă pe cei mai tineri dintre noi să înceapă să abordeze în mod sistematic probleme constructive relativ simple care să le amelioreze activitatea și să asigure continuitatea de lucru în traficul de radioamator.
  • Pentru cei care doresc să-și tipărească articolul este postat în format .pdf.

 Comanda de la distanță a mișcării unui condensator variabil cu vid

This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.