KV reflektomety

Tuto tématiku z konstruk?ního hlediska precizn? zpracoval OK1AYY v [ 6 ] a není t?eba k této úctyhodné práci cokoli dodávat. Povšimneme si proto jenom n?kterých drobných nápad?, souvisejících s daným tématem. Vzhledem k dob?, ve které z?ejm? tento materiál vznikal, zam??il se autor na ferity z Prametu, které již v dnešní dob? nejsou v?tšinou dostupné a je nutno uvažovat o jejich náhrad?. Za ur?itý nedostatek považuji, že autor pro vinutí proudových transformátor? udává vždy jen po?et závit? nebo vychází pouze z A_L konstanty, aniž by byla uvedena též hodnota induk?nosti, která by pomohla alespo? k rychlému porovnání a orientaci. To samé ovšem platí i pro reflektometry, uvedené v literatu?e [ 8 ]. V dnešní dob? již existuje praktický program Mini Ring Core Calculator, který lze voln? stáhnout z autorových stránek www.dl5swb.de. Mezi bastlí?i je tento program též znám jako „toroidová kalkula?ka“. Po krátkém zácviku se s ním pracuje velice rychle, krom toho je vlastn? i katalogem nejb?žn?jších feromagnetických materiál? dodávaných od Amidonu, Philipse a Siemense (dnes Epcos ) v?etn? barevných kód?, umož?uje též ?adu dalších výpo?t?, nap?. reaktance vinutí pro daný kmito?et (pravidlo ?ty?násobku ?i vícenásobku), jak uvádí OK1AYY. Umož?uje též výpo?et vzduchových cívek, ale i neznámých toroid? podle rozm?r?, takže nám posta?í posuvné m??ítko ?ili šuplera a m??i? induk?ností. Zde nedoporu?uji rezonan?ní m??i?e LC pracující na vyšších kmito?tech, nanejvýš lze pro nf materiály použít klasické RLC m?stky. Výborn? se osv?d?il "Digitální m??i? induk?ností a kapacit" s PIC16C622, který svého ?asu pod ozna?ením W 039 jako stavebnici distribuoval HADEX Ostrava. Zcela identické m??i?e se objevují dodnes na netu, pouze s námi nemluví ?esky. Jsou universálním kompromisem mezi LC a RLC m?stky. S ješt? dostate?nou p?esností m??í i relativn? malé hodnoty induk?ností na prachových a feritových materiálech s nižší permeabilitou. Induk?nost m??íme tak, že toroid prost? navlékneme na drát mezi vstupními svorkami (jeden pr?chod toroidem p?edstavuje jeden závit). Tato induk?nost je zárove? A_L konstantou pro m??ený vzorek, se kterou pak m?žeme dále pracovat. Pro tyto materiály bývá obvyklé m??it induk?nost vzorku vinutí nap?. p?i 10 závitech, ale praxe ukazuje, že to p?i zmín?ném m??i?i není nezbytn? nutné. A ješt? poznámka k programu Mini Ring Core Calculator: Poslední verze obsahuje výpo?et sycení B a upozorn?ní p?i p?ekro?ení jeho maximální hodnoty, výpo?et ztrát a nár?st oteplení daného jádra p?i zadaném úbytku nap?tí na vinutí. ?ili vše nejd?ležit?jší, co v praxi pot?ebujeme, aniž bychom si lámali hlavu ?adou vzorc? a v?bec zapínali kalkula?ku. To vše se hodí i pro návrh výkonových vf transformátor? a balun?.

Vra?me se však k ?lánku OK1AYY v [ 6 ]. Jaroslav zcela správn? zd?raz?uje, že pro širokopásmové aplikace v?etn? reflektometr? se prachová jádra nehodí a to nejen kv?li jejich vysoké cen?. Doménou využití prachových jader jsou rezonan?ní obvody p?ípadn? filtry, u kterých požadujeme vysoké Q. To je ovšem p?ežitek z doby krystalek a dvoulampovek, kdy se nám usadilo v hlav?, že když už cívka, tak musí mít vysoké Q. Nemusí! A tak cpeme dnes kone?n? dostupná prachová jádra i tam, kde je to zbyte?né, a to nejen u nás v OK. Lid radioamatérský prost? blbne. Poukaz na maximální sycení, kdy se feritové materiály p?íliš oh?ívají a praskají, není taktéž na míst? p?i dnes v?tšinov? používaných 100 W transceivrech. Samoz?ejm? p?i kilowattových PA již jde o n?co jiného, ale tyto výkony p?edpokládejme u osob alespo? pou?ených. Zmín?ný ?lánek [6] uvádí i použití feritových materiál? s vyšší permeabilitou nap?. H6 až H22, abychom splnili podmínku deseti až dvacetinásobku reaktance na spodní kmito?tové hranici 1,8 MHz a dosáhli tak dostate?n? malé délky vinutí, která zase ovliv?uje horní hranici kmito?t? na 28 MHz.

Pro ilustraci si p?ipome?me dávnou a osv?d?enou konstrukci uvedenou v [ 8 ], p?edtím ješt? OK1BI v "P?ednáškách" a ješt? p?ed tím v Handbooku a QST. Taktéž Jaroslav OK1AYY ji ve svém ?lánku uvádí jako obr. 1e a zde jej p?edkládám jako obr.14.

Tento reflektometr jsem realizoval v mnoha provedeních s jedním m??idlem, se dv?ma m??idly samostatnými i k?ížovými. Pokud to není bezpodmíne?n? nutné, zásadn? odmítám n?jaká vylepšení digitálními m??idly, protože ta ?eší nanejvýš parádu, ale nikoli vlastní m?stek. Je zbyte?né p?ivád?t do krabi?ky další napájecí dráty, ostatn? indikaci bargrafem má dnes každý slušný transceiver. Reflektometr je možné vždy dokonale vybalancovat pomocí kapacitních trimr? v obou sm?rech, použití kapacitních d?li?? nás do jisté míry zbavuje starostí s jejich zatížitelností na rozdíl od rezistor?. Kdysi jsem pro toto zapojení používal oby?ejné "televizní" sklen?né trimry, jejich hodnota do 5 pF zcela posta?ovala. Kondenzátory 220 pF jsou nejlépe staré trubi?kové ze šuplíkových zásob, pokud je do krabi?ky zapájíme coby pr?chodkové, získáme tak pevné pájecí body pro trimry a diody. Kapacitní d?li?e jsou kmito?tov? nezávislé stejn? tak jako d?li?e rezistorové, kdo tomu nev??í, a? si to ov??í pokusným výpo?tem. Tlumivky jsou 1mH, lze je koupit v GESu nebo navinout podle [6]. Na uvedené konstrukci jsem pr?b?hem let ov??oval i r?zné toroidy. P?vodní provedení proudového transformátoru, tedy 20 závit? na toroidu N1 ?i N2 se pln? osv?d?ilo, naopak prachový Amidon ?ervený materiál ?.2. ani zdaleka nedosáhl pot?ebné reaktance a tím ani širokopásmovosti. To uvádím proto, že použití tohoto materiálu bylo kdysi v jakési staré zahrani?ní literatu?e uvedeno, pro? to tedy neov??it v praxi.

Pro porovnání jsem n?kolik vybraných typ? toroid? se?adil do tabulky. Zat?žovací odpor vinutí p?edpokládejme (podle obr. 14 ) 12+12, tj. 24 ohm?, vinutí bude mít 20 závit?, jak uvedeno ve zmín?ném pramenu.

Z tabulky je z?ejmé, že feritové materiály pro populární reflektometr z obr.14 podmínce dvacetinásobku tém?? všechny vyhovují. Pokud nevyužíváme pásmo 1,8MHz a za?ínáme až od 3,5MHz, vyhovují naprosto všechny. Protože tuzemské ferity Fonox již také nejsou b?žn? dostupné, uvádím pro materiál N1 ekvivalenty Philips 4C65 a Amidon 61, které jsem n?kolikrát ov??il s naprosto shodnými výsledky. Reflektometr není sice ur?en pro vyložen? QRP, ale širokopásmovost pro m??ení pr?chozího výkonu je dosta?ující až do 50MHz. Na 145MHz už jako m??i? výkonu vzhledem k délce vinutí samoz?ejm? ukazuje nesmysly, ale vybalancování zp?tného sm?ru pro SWR je i zde možné.

Poslední ?ty?i vzorky v tabulce (tu?n? vytišt?no) jsou prachová, nikoli feritová jádra. Nejznám?jším distributorem od ?ady výrobc? je Amidon Corp. Jádra T50 – 3 a T68 -2 jsou použita v konstrukci uvedené již p?ed ?asem v Handbooku 1992. Na první pohled je patrné, že se pro širokopásmové aplikace nehodí. Materiál ?.3 ( m = 35) nedosahuje ani ?ty?násobku, natož deseti ?i dvacetinásobku požadované reaktance. Populární ?ervený materiál ?.2 ( m = 10) nedosahuje ani dvojnásobku, p?esto konstrukci z Handbooku mnozí vytrvale kopírují, asi práv? proto, že je v Handbooku. Mimochodem, p?ed lety jsem to ud?lal také.

Podívejme se pro zajímavost na prachový materiál ?.26 zna?ený žlutou barvou s bílou základnou a používaný v po?íta?ových, p?esn?ji ?e?eno obecn? ve spínaných zdrojích, pro které byl p?vodn? vyvinut. D?lají ho všechny možné firmy na sv?t?, Amidon ho distribuuje také. Z vysokofrekven?ního hlediska je to „šmejd“ s natolik nízkým Q, že nestojí za ?e?. Permeabilita m = 75 však nazna?uje, že je možné dosáhnout u vinutí docela vysoké reaktance, kterou pro naše ú?ely vyžadujeme. Velikost T106, uvedenou na poslední ?ádce tabulky, najdeme ve v?tšin? po?íta?ových zdroj? cca 250W. V podstat? shodných výsledk? dosáhneme se dv?ma slepenými toroidy T68. Zde platí, že konstanta A_L se s po?tem toroid? zdvoj, ztroj, obecn? n – násobí, stejn? tak výkonová zatížitelnost. Induk?nost pak roste kvadraticky, p?ipomenu známý vzorec L = A_L N². Ješt? poznámka pro ty, kte?í se s americkým zna?ením velikosti setkávají poprvé, že jde o zlomky palc?, tedy T68 zna?í 0,68 palce, T106 zna?í 1,06 palce, T200 pak rovné 2,0 palce. Obdobn? se zna?í ferity: FT50, FT82 atd. Koeficient p?epo?tu na normální evropské míry je 25,4 mm = 1 palec. To nám pom?že p?i porovnávání toroid? nejasného p?vodu. Vra?me se však k otázce použitelnosti jader z po?íta?ového šrotu v reflektometrech. Námitka, že tato jádra mají na vf kmito?tech velké ztráty v tomto p?ípad? neobstojí, protože v p?ípad? reflektometr? je nám to jedno. Žádný výkon zde nep?enášíme a m??idla stejn? cejchujeme zvláš?. Zajímavé je i výkonové využití t?chto jader v proudových balunech, p?ipome?me si ?lánek OK2BUH o „cvakacích“ feritech. Kolik to snese, je otázkou pokus?, koneckonc? jde o materiál ze šrotu. Mnozí bastlí?i už to úsp?šn? ov??ili. Na tomto míst? si pouze porovnejme 4 známé materiály, oby?ejn? posuzované z hlediska kmito?tové využitelnosti. Obecn? jsou tyto parametry uvád?ny v katalozích, ale lze je najít i v toroidové kalkula?ce DL5SWB. Porovnání je v tabulce:

Pokud materiál posuzujeme pouze podle kmito?tu, jak je u v?tšiny bastlí?? podv?dom? zažité, je feritový materiál 43 pro širokopásmový transformátor v oboru KV nejvhodn?jší a také je tak v praxi v?tšinou využíván. Vzhledem k permeabilit? byl u nás ?asto nahrazován materiálem Fonox H6 s m_i = 600, to ostatn? uvádí i OK1AYY. Pomineme-li pro tuto chvíli otázku sycení a oh?evu, nabízí se op?t na první pohled prachový materiál ?.2, ten je ale pro uvedenou kmito?tovou oblast vhodný p?edevším pro rezonan?ní obvody a je pro n? vzhledem k vysokému Q ur?en. Proto také všichni shán?jí bez rozmyslu na své baluny ?ervené prachové toroidy z materiálu 2. Pro transformátory ovšem žádné vysoké Q nepot?ebujeme. Povšimn?me si, že u prachových materiál? se širokopásmové aplikace obecn? ani neuvádí, i když toto využití samoz?ejm? možné je. Za úvahu proto stojí materiál ?.26 z po?íta?ového šrotu, který má v p?ípad? rezonan?ního obvodu stejný rozsah jako ferit 43. Vyzkoušel jsem n?kolik balun? na prachovém materiálu 26 v oblasti KV, vzhledem k permeabilit? jsou blíže k feritovému materiálu 61 (náš žlutý N1), též pro baluny velmi ?asto používanému. Op?t zde p?ipomenu cvakací jádra OK2BUH. Ztráty jsou samoz?ejm? o n?co vyšší. M??ení vzorku na analyzéru IW3HEV ukázalo p?i optimální zát?ži return loss cca 20dB na 3,5MHz a 15dB na 50MHz p?i SWR menším než 1,5 v celém m??eném rozsahu. Uv?domíme-li si, že pro náš domácí 100W vysila? znamenají ztráty 15dB celé (!) 3W, není co ?ešit. Oh?ev bude záviset na velikosti a hmotnosti toroidu, ale výše uvád?ný T106 se ani nezapotí. Ostatn? p?ed lety jsem vyráb?l baluny podle Rothammela na sendustových kroužcích pr?m?ru 40mm z Prametu a fungovalo to bez problém?. Další možné provedení je na následujícím obrázku 15:

Pokud to n?komu n?co p?ipomíná, nemýlí se. Tento proudový balun 1:4 je skute?n? zv?tšeninou historického symetriza?ního ?lenu pro TV. Toroidy jsou 6ks T106/26, dvakrát 3,5 závitu sí?ovou dvojlinkou 2,5 mm². Ta má impedanci zhruba 110 W. To odpovídá teorii Guanellových širokopásmových transformátor?, ale pro daný ú?el to není až tak nezbytné. Za zmínku stojí údaj o hmotnosti jádra. Pro prachová jádra platí praktický odhad, že materiál ?.2 velikosti T68 odpovídá zhruba 10W, T106 je pro 100W a T200 pak jako balun p?enese 1000W. P?enášený výkon odpovídá objemu jádra, objemu jádra pak jeho hmotnost. Zvážil jsem proto tyto vzorky: T68/2 má hmotnost 4g, T106/2 má 23g, T200/2 má 84g a velikost T225/2 pak 103g. To je skute?n? jen hrubé vodítko, u materiálu 26 budou v?tší ztráty i oh?ev, takže údaj 200g by mohl odpovídat cca 2kW. Tento výkon a oh?ev však zcela jist? nesnese sí?ová dvojlinka s PVC izolací a rad?ji to ani nezkoušejte. P?esto pro zajímavost jsem tyto sebrané údaje uvedl.

Vra?me se však zp?t k p?vodnímu tématu reflektometr?. Nabízí se otázka, zdá je možné zkonstruovat skute?n? širokopásmovou odbo?nici v rozsahu dejme tomu 1 až 1000 MHz. Taková odbo?nice byla jako patent popsána kolem r.1980 v sov?tském ?asopise Radio. Pro horní kmito?tovou hranici je nutné, aby sekundární vinutí m??icího proudového trafa m?lo co nejmenší parazitní kapacitu, nabízí se tedy koaxiální provedení, kdy primární vinutí p?estavuje vnit?ní vodi?, sekundární pak pláš? kabelu p?erušený na obou koncích v?ne?ky z paralelních rezistor?, jejichž výsledná hodnota tvo?í zat?žovací odpory stejn? jako je tomu u konstrukce na obr. 14. Více napoví fotografie vzorku obr.16:

Nikoho nenutím k následování, pájení paralelních odp?rk? je práce pro vraha. Ale možná se najde i n?kdo, kdo to zkusí s SMD. Povšimn?me si následujícího: Toroidy jsou oranžové Fonox H22 pr?m?r 16 mm, 10 ks. Tento vyložen? nf materiál zmi?uje i OK1AYY ve svém ?lánku [ 6 ]. Pláš? kabelu, tedy 1 závit protažený sloupkem toroid? p?edstavuje 12,4 mH (tedy výpo?tem, ve skute?nosti je to trochu složit?jší), tedy reaktanci 80 W/ 1 MHz. Protože zat?žovací odpory jsou 0,5 + 0,5, tedy celkem 1 W, bohat? splníme podmínku 20 násobku pro nejnižší kmito?et. Odporové d?li?e vzorkující nap?tí na vstupu a výstupu pak svojí parazitní kapacitou do jisté míry ovlivní horní konec p?enášeného pásma. Reflektometr jsem p?ed lety ov??oval pouze do 432 MHz. Po pravd? ?e?eno, z praktického hlediska vzhledem k nevalné citlivosti (pot?ebuje min. 25W) nemá velký význam, uvádím ho pouze jako zajímavost pro fajnšmekry. I p?vodní pramen ho uvádí pouze jako laboratorní, SWR se proto vypo?ítávalo podle vzorce ( 4 ). Schematicky je uveden na obr. 17 a 18.

P?i pohledu na uvedený reflektometr nás napadne, zda by nebylo možno využít po?íta?ový šrot obdobným zp?sobem, konkrétn? feritové vále?ky používané jako tlumivky na kabelech. M?l jsem možnost m??it v?tší množství t?chto vále?k?. Obecn? lze ?íci, že mají nevelké Q (inu tlumivky) a též veliký rozptyl permeability od cca 150 do 4000, ani podle vn?jšího vzhledu a rozm?r? není snadné vybrat 2 ks do páru t?eba pro vf uzav?ený transformátor tvaru U do tranzistorového koncového stupn?. Vzhledem ke zmín?nému rozptylu parametr? však nelze uvést praktický návod ani výpo?ty, každý si musí vybrat z toho, co má. O „cvakacích“ jádrech podle [ 9 ] platí totéž, jsou taktéž použitelná. U reflektometr? však jde o celkem nenáro?né pokusy, tak pro? ne.

Pam?tníci starých konstrukcí samoz?ejm? vzpomenou na historický Mickey Match, uvedený v první ?ásti na obr.6. Ten se v tom nejjednodušším provedení realizoval provle?ením pomocného vodi?e pod stínícím plášt?m kabelu. Tyto a všechny podobné, nap?. „korýtkové“ konstrukce, který svého ?asu vyráb?la Radiotechnika Teplice, se vyzna?ují minimální citlivostí a pro KV se v?bec nehodí, natož jako pr?chozí širokopásmový m??i? výkonu. Za p?edpokladu p?esného výb?ru zakon?ovacích odpor? ovšem jako indikátor vylad?ní dob?e poslouží. Nastavování všech jednoduchých indikátor? provádíme klasicky, tedy pr?chozí sm?r na plnou výchylku, po p?epnutí na odraz m??íme SWR, stupnice bude jednoduchá s 3 uprost?ed, žádnou velkou p?esnost nepot?ebujeme, také vlastn? pro?. V souvislosti s feritovými vále?ky nás m?že napadnout, že navle?ením jednoho nebo více vále?k? na koaxiální kabel m?že zvýšit reaktanci i širokopásmovost. Bohužel to za tu snahu nestojí, vále?k? by bylo t?eba p?íliš mnoho a efekt je minimální.

Tolik tedy k možným nám?t?m pro bastlení na reflektometrech. Samoz?ejm? si m?žeme jakýkoli t?eba i drahý a pohledný reflektometr koupit, ale ten nám sám o sob? výkon vyzá?ený do vzduchu nezvedne a v kone?ném d?sledku jej stejn? budeme používat pro optimální vylad?ní antény, nic víc. Pro p?esná m??ení jsou jiné p?ístroje. Zkuste si tedy trochu pohrát, a? v tom komer?ním prost?edí udržíme zbytek technických znalostí. P?eji vám všem hodn? zdaru.

V Plzni 8.8.2011

Petr Novák OK1WPN