漫谈天线调谐器(二)基本原理和主要参数

 

天调虽然外形和结构各有不同但万卷不离其宗,改善匹配和减小驻波比是其最主要的职责。...

天调的基本原理
天调在基本电路结构上是一个阻抗匹配网络,基本的典型电路有π型线路和T型线路,其中的主要元器件是可调电感和可调电容。通常工作频率越低的天调需要使用到的电容电感量也越大。电容具有一个耐压指标,这与天调承受的最大功率有关。对于空气电容来说,如果输入功率过大会引起极板间电压过高,有可能会出现极板打火的现象,对于介质型定值电容则可能引起物理损伤。由此设计高功率型天调就需要使用高耐压的电容。电感功率关系到电感线圈允许通过的最大电流。高功率型天调内都要使用线径足够粗的大功率电感才能满足大天线中电流通过的需求。市场上大功率的可调电容和可调电感不容易买到,有的甚至需要定制,这成为很多业余电台爱好者DIY制作手动天调的最大障碍。
天调内部基本电路结构


天调的阻抗匹配网络电子线路并不复杂,很多商品级手动天调亦是如此。在业余电台爱好者中大部分自制天调都会选择线路简单的手动天调,如果您能完全自制出一台自动天调,那绝对是高手了。自动天调内部看似复杂但从宏观原理上看与手动天调相比只是多了自动控制单元和功率驻波检测单元。自动控制单元的线路会复杂一些,需要用到单片机控制电路和单片机程序编程。早期的自动天调多采用伺服马达与继电器混合的方式进行调谐,伺服马达控制传统可变电容的转动达到连续调节电容量的目的。现代的自动天调多采用继电器切换定值电容群和电感群的组合来实现实际接入电容电感值的步进改变,可谓另辟蹊径。
自动天调的内部结构


前者的优点是理论调谐精度高,几乎连续可调,缺点是机械机构复杂、调谐速度慢、成本相对较高、不太适合自动化生产。后者的优点是调谐速度快、几乎没有机械控制机构、相对成本较低、适合自动化生产,缺点是继电器寿命有限。这种新型结构的自动天调需要用到较多的机械继电器,大电流调谐过程中可能产生的电弧加速了继电器触点的氧化,这类天调的故障主要集中在继电器上。很多搭配原厂配套天调的电台在调谐时都会自动进入优化模式,以小功率发射调试信号,一方面保护功放单元一方面也是减小了流过天调中继电器触点的电流,以延长其寿命。高品质高规格的继电器可以明显延长天调的平均无故障工作时间,但由于牵涉到成本问题,很多国产和低价产品都不舍得用OMRON、TAKAMI-SAWA等进口名牌的继电器。扯句题外话,很多中高档电脑鼠标都采用OMRON的微动开关作为左右按键的原因是看中了它的触点经久耐用。

天线调谐器的驻波检测电路与普通指针式驻波比表线路类似。对于自动天调来说,驻波检测电路是必须的,天调要靠他来判断调谐的实时状态。对于手动天调则是一个选装电路,因为手动操作的用户可以参考发射机内置的驻波显示或者外接驻波比表上的第三方数据。大部分商品级中高档手动天调都内置有驻波比/功率表单元,一方面便于操作,另一方也通过增加表头显示面板提升产品的科技感。简易型和微型手动天调可能考虑到成本和空间因素,一般不附加驻波检测电路。

有的天线调谐器设计有状态显示界面,简单的只是几个发光LED指示灯,常见的是提供驻波/功率表头指示,时髦的是采用点阵液晶屏以数字或图形方式提供工作与设定数据。漂亮的显示界面往往能使产品更吸引眼球,尤其是对设备可玩性和可观赏性要求都很高的个人业余电台爱好者。此外具有驻波和功率指示功能的天调在实际使用中也是实用的线路监视设备,它能及时发现天馈系统以及发射机的异常情况。

一些外置的桌面型天调还提供实用的扩展功能。有的天调内置有负载器(假负载)配合功率指示功能来检测电台功率发射状况,方便电台的调机和输出功率设定。有的天调内置有多天线切换器,方便用户选择连接多条不同的天线。也可以利用此功能在电台不工作时与天线断开物理连接,这对于防止天线感应到高电位电动势,对机器有一定的保护作用。
天调的主要参数
选购一部天调,主要可以参考以下参数。

1. 工作频率范围

是指天调设计适应调谐波段的范围,不同工作频段的天调其内部配置的电容和电感量是不同的。常见的天调大多是工作于HF短波波段,现在一些新型的天调可以工作在HF和50MHz波段。应用于VHF/UHF波段的天调比较少见,这主要是V/U段天线带宽比较宽以及考虑到射频插入损耗的问题。

2. 调谐功率范围

是指天调能够承受通过的最大安全功率以及天调调谐需要维持的最小功率。一般要求天调的最大承受功率不小于发射机最大输出功率,否则实际发射功率超过了天调承受水平容易损坏天调的调谐部件。通常天调标称工作功率有两种,一种是最大峰值非连续功率,一种是连续承受功率。使用QRP小功率电台的用户对于自动天调的最小输入功率要求应当引起重视,有很多天调尤其是自动天调,如果输入功率小于设计范围将无法进行有效调谐。

3. 工作类型

是指天调的工作方式和特性,也就前面提到的手动天调与自动天调,自动天调是否需要专用数据线,以及是否长线天调。

4. 调谐范围

是指天调能够匹配调谐的阻抗范围,如果用户使用的天线阻抗超过了这个范围,那么天调也无能为力了。通常产品的技术指标用两种形式给出,一种是通过调谐阻抗范围,一种是通过可以改善的最大驻波比水平。比如一部天调给出的调谐阻抗范围为16.5Ω~150Ω,那么这部天调可以改善的最大驻波比水平在SWR


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