De L-Tuner
Een L-tuner is een van de meest eenvoudige en efficiënte manieren om een aanpassing van de antenne aan de transceiver te realiseren. Ron PA2RF schreef recentelijk in het forum al een stukje over zo'n tuner waarmee een halve golf antenne aan de Bitx20 aan te passen zou zijn. Maar ik wilde op meer situaties voorbereid zijn: tijd om er eens wat berekeningen op los te laten.
De L-tuner bestaat uit slechts twee componenten: een spoel en een condensator. Daarmee vindt een impedantie transformatie plaats waarmee de onbekende antenne impedantie aangepast wordt aan de 50 Ohm van de zender. We kennen twee mogelijke configuraties van de L-tuner:
In figuur 1 is te zien hoe de zender aangepast wordt aan een impedantie die lager is dan zijn eigen impedantie, dus lager dan 50 Ohm. Zo'n situatie kan zich voordoen als de antenne lager opgesteld wordt dan een kwart golflengte; op 20m dus lager dan 5 meter. Dat zal in een woonsituatie misschien niet zo gauw gebeuren, maar vooral bij portable opstellingen – zoals met de buddipole – is het zeker geen ondenkbare situatie.
In figuur 2 is de configuratie getekend voor het aanpassen aan impedanties die hoger zijn dan 50 Ohm, wat in het merendeel van de gevallen zo zal zijn. Zoals te zien is, zit het verschil slechts in de plaatsing van de condensator. Hoewel de condensator en de spoel onderling gewisseld kunnen worden, heeft het voordelen de condensator aan de massa te hangen. Dan brand je je vingers niet als je de kale as aanraakt, en bovendien heb je dan veel minder last van handeffect.
Om met deze configuraties te kunnen rekenen, ging ik op zoek naar een programmaatje dat dit mogelijk zou maken. Ik vond dat in de vorm van Hamic20; een programma waarmee je allerlei berekeningen aan impedanties (weerstanden, condensatoren, zelfinducties), conversies (maten, gewichten) maar ook netwerken zoals T- Pi- en L-netwerken kunt maken. En om die laatste ging het natuurlijk. Een 30-dagen probeerversie is hier te downloaden.
Ik selecteerde het L-netwerk en begon eens met wat extreme waarden in te voeren voor de tuner.
De eerste impedantie was een resistieve impedantie van 5000 Ohm. Resistief betekent dat we uitgaan van een zuivere weerstand, dus geen zelfinductie of capaciteit. In de praktijk zal dat vrijwel nooit het geval zijn, maar ik wilde eerst eens weten waar dit op uit zou komen. Zoals je ziet worden Z1 en Z2 weergegeven als complexe impedanties. Is de j-waarde positief, dan is er sprake van een zelfinductie, en is de j-waarde negatief, dan is er sprake van een capaciteit. De complexe impedanties moeten nog wel omgerekend worden naar uH en pF. Dat doen we als volgt:
jX = ωL = 2πfL
Hieruit volgt:
L = X / (2πfL)
Voor het berekenen van de condensator geldt:
-jX = 1 / ωC = 1 / 2πfC
Ofwel voor de condensator:
C = 1 / 2πfX
In figuur 3 komen die waarden overeen met een spoel van 5,6μH en een condensator van 22,5pF. Dat komt aardig in de buurt van de 4,4μH met variabele condensator van 30pF waar Ron over schreef. 5000 Ohm is ook extreem hoog. Nu een andere situatie:
Hier is de antenne impedantie op 55 Ohm gezet. Niet iets wat je zou tunen; dit zou een perfecte staandegolf verhouding opleveren, maar gewoon om te kijken wat de waarden worden bij extremen. De omgerekende waarden voor de spoel en de condensator worden nu 0,18μH en 65pF. Dat is allemaal nog te overzien. Tijd om de impedantie wat complexer te maken:
Nu is er sprake van een reële impedantie van 100 Ohm en een behoorlijke inductieve component j300. Dat levert omgerekend voor spoel en condensator respectievelijk 2,5μH en 83pF op. Veranderen we vervolgens de inductieve component van j300 naar een capacitieve component van -j300, dan ziet dat er als volgt uit:
Omgerekend betekent dit een spoel van 2,5μH (Hee… Die verandert dus niet als de antenne van inductief naar capacitief verandert…) en een condensator van 15pF.
Deze waarden mogen als bijzonder extreem gesteld worden. Dat betekent dus dat we met een spoel van 5μH met een paar aftakkingen, plus een condensator van maximaal 100pF vrijwel alles wat meer dan 50 Ohm is, aan kunnen passen. Dat begint er op te lijken. Om het geheel te vervolmaken voegde ik wat schakelaars aan het ontwerp toe:
In het schema is de meerstandenschakelaar een type met 2 moedercontacten en 6 standen. Die dingen zijn vrijwel altijd uitgevoerd als 12 standenschakelaars, en afhankelijk van wat je nodig hebt, voegen ze daar stops en moedercontacten aan toe. Dus bijvoorbeeld 1×12, 2×6, 3×4 of 4×3 standen zijn standaard schakelaars. Waar de bovenste schakelaar rechtsom draait, doet de onderste dat linksom, voor het lezersgemak. Ze bewegen dus gelijktijdig van links naar rechts. De windingen op de spoel berekende ik voor een 4C65 kern met een AL waarde van 125. Daar zijn dus vrijwel geen windingen voor nodig. De spoel heeft dan aftakkingen op respectievelijk 0,5, 1, 2, 3.5 en 5μH. Genoeg variatie om een goede aanpassing te krijgen.
In de uiterst linkse stand van beide contacten zie je dat de spoel niet gebruikt wordt en de condensator niet meer verbonden is. Dat is de "bypass" stand waarbij de tuner dus uitgeschakeld is. Voer maar eens 50 Ohm in voor de ingangs- en de uitgangsimpedantie: Hamic heeft daar geen oplossing voor omdat de waarde voor Z2 naar oneindig nadert om de condensator nul te kunnen maken (voer maar eens oneindig in voor C in de omrekenformule. Er komt dan 1 gedeeld door oneindig te staan en dat is 0. Maar daar kan Hamic niet mee rekenen). Met de omschakelaar wordt de condensator óf met de zenderkant, óf met de antennekant verbonden. Dat maakt aanpassing van zowel hoogohmige als laagohmige antennes mogelijk. Met deze opbouw kan je dus met de BitX alle misaanpassingen te lijf!