Обзор автоматических тюнеров фирмы LDG Electronics

 Автоматический тюнер: Варианты включения и типы

Паспортное значение выходного сопротивления трансивера обычно составляет 50 Ом. Из курса теории цепей известно, что для максимальной передачи мощности от генератора к нагрузке сопротивление генератора и нагрузки должны быть равны. При разности сопротивлений генератора, линии питания и сопротивлении антенны возникает рассогласование. Отношения величины генерируемой мощности (или падающей волны) и отражённой мощности (стоячей волны) условились называть коэффициентом отражения или Коэффициентом Стоячей Волны (КСВ).

На практике сопротивление антенны 50 Ом в широкой полосе частот – явление крайне редкое, в результате чего часть энергии отражается от антенны и возвращается обратно в трансивер, вызывая изменения режимов работы оконечных каскадов, их перегрев или помехи домашним бытовым приборам. Для того что бы облегчить работу трансивера в его конструктив включили блок автоматической подстройки, который трансформирует случайное сопротивление на его входе к выходному сопротивлению оконечного каскада. Не все трансиверы имеют встроенный тюнер, обычно это трансиверы среднего и высокого ценового диапазона. Потому тем, у кого нет тюнера внутри трансивера, часто приходится прибегать к помощи внешнего тюнера. Это может быть самодельный ручной тюнер или покупной тюнер-автомат. На сегодняшний день, даже хороший трансивер со встроенным тюнером, предпочтительнее укомплектовать внешним автоматическим тюнером т.к. он обеспечит более широкий диапазон согласовываемых сопротивлений и убережет внутренний тюнер и трансивер в случае нештатной ситуации с антенной или от электрического пробоя. Согласитесь, проще поменять или отремонтировать тюнер ценою 200-300 долларов, чем иметь проблемы с ремонтом всего трансивера ценою 2000 – 5000 долларов. Для особо тяжелых случаев согласования можно прибегнуть к каскадному включению внутреннего и внешнего тюнеров или применению трансформирующего устройства. Вешний тюнер, при очень высоком значении рассогласования обычно достраивает КСВ до уровня 1.7 – 2. А внутренний тюнер уже достроит КСВ до чистой единицы. КПД при таком включении, конечно, падает, но иногда бывают случаи когда «очень надо!» Обычно такие тюнеры управляются трансивером по кабелю управления или запускаются в режим настройки нажатием кнопки «TUNE» на трансивере или на самом тюнере. Этот режим можно назвать «полуавтомат». Настройка антенны происходит автоматически, но запуск настройки всегда ручной.
Выше был рассмотрен вариант, когда тюнер находится возле трансивера. Этот вариант наиболее приемлем для стационарных моно-бендовых или мульти-бендовых, преднастроенных на заводе антенн или когда антенна находится в непосредственной близости от трансивера, например в машине или при полевом выезде. Если ваша антенна совсем не настроена, и расположена к тому же очень далеко от трансивера, то применение тюнера тут практически не поможет улучшить ситуацию. При высоком КСВ в кабеле, на большой длине, происходит катастрофическое падение КПД линии передачи. Большие потери энергии в кабеле обычно сопровождаются переходом энергии в тепло и как следствие – бесполезным разогревом кабеля или его пробоем. Ослабление мощности при таком режиме работы линии может составить больше 50%. Поэтому, рекомендуется настраивать саму антенну под сопротивление 50 Ом для того что бы потери энергии по кабелю были минимальны при переходе от трансивера к антенне. Для ненастроенной или плохо настроенной антенны, применение тюнера возле трансивера в таком варианте поможет только облегчить режим работы выходных каскадов трансиверов, но никак не повлияет на качество работы самой антенны и линии передачи.

Для решения проблемы настройки удалённой антенны разные фирму выпускают внешние всепогодные автоматические тюнеры, которые можно разместить на крыше дома, на дереве или мачте. Обычно такие тюнеры комплектуются кабелем управления, по которому подаётся так же питание. Привязаны такие тюнеры к конкретной марки трансивера и цена их довольно таки высока.
Очень часто, бывают ситуации, когда тюнер можно расположить непосредственно возле антенны в защищённом от осадков и вандалов помещении, но доступ к антенне или вводу антенного кабеля в помещение ограничен. Или антенна ставиться/вешается один раз, без возможности её периодического обслуживания и/или настройки – такие случаи тоже достаточно часто встречаются. Например, антенна висит с балкона на дерево, антенна может находиться на крыше лифтового помещения, или короткий кабель приходит от антенны на балкон или окно, а дальше, длинна кабеля по помещению, существенно превышает длину первого отрезка. Если тюнер подключить сразу непосредственно к антенне или в точке ввода кабеля в помещение, то можно существенно улучшить качество работы самой антенны и снизить потери в коаксиальном кабеле. Ещё один вариант удачного применения тюнера – повысить КПД автомобильной передающей антенны, укрепив тюнер в непосредственной близости от точки крепления антенны. Для таких вариантов применения хорошо подходят тюнеры с возможностью работы в режиме «полный автомат», которые выпускает фирма LDG. Эти тюнеры не нуждаются во внешнем управлении и могут автоматически подстраивают антенну в случае превышения заданной величины КСВ, автоматически запоминают диапазоны, частоты и параметры согласования. При подаче несущей частоты они могут практически мгновенно (меньше чем за секунду), подстроить антенну на уже известные параметры.

Расмотрим автоматические тюнеры фирмы LDG

В последние несколько лет американская фирма LDG вышла на Российский рынок в качестве основного поставщика автоматических антенных тюнеров. Отличают эти тюнеры очень высокое качество сборки и качество применяемых материалов. В качестве элементов подстройки индуктивности применяются катушки LC звеньев, намотанные на высококачественных кольцах фирмы Amidon, имеющих малые потери. Конденсаторы применяются в тюнерах только высокодобротные и с высоким пробивным напряжением. Сам материал печатных плат – качественный стеклотекстолит с зелёной маской и малыми диэлектрическими потерями. В качестве переключающих элементов применены фирменные поляризованные реле со стабильными и нормированными параметрами, потребляющие энергию только во время переключающего импульса. Фирма LDG начала своё существование в 1995 году и всего за несколько лет инженерам фирмы LDG удалось так хорошо отработать программы управления своими тюнерами, что на сегодня, не кривя душою, их можно назвать самым быстриым! Не более 10 секунд требуется, что бы провести полный цикл настройки антенны. И самым главным параметром этих тюнеров – является их доступность и очень привлекательная цена. Все знают один из первых популярных автоматических тюнеров LDG Z-100 образца 2005-2007 годов. При его относительно мизерной цене – порядка всего 200 долларов, он очень быстро настраивал практически любые антенны к КСВ=1, имел очень маленькие габариты, необычный дизайн и чрезвычайно высокую экономичность – в походе его легко можно было запитать от одного аккумулятора с трансивером, благо потреблял он небольшой ток только во время перестройки. На сегодняшнй день фирма LDG выпустила множество моделей тюнеров, что бы каждый пользователь смог выбрать себе лучший по необходимости и функциональности, под свою конкретную задачу.

Это линейка универсальных тюнеров общего назначения под различную проходящую мощность. Основная их особенность – возможность работы в режиме «Полный автомат», при котором тюнер сам отслеживает степень согласования антенны и подстраивает свои параметры для достижения лучшего КСВ. Он может располагаться удалённо от трансивера возле антенны и для работы ему необходимо только подать питание. Линейка тюнеров, поддерживающих различные интерфейсы управления со своим трансивером. Можно назвать эту линейку «Каждому своё». Это тюнеры «Полу-автоматы», каждый из которых может работать как независимо от трансивера, так и управляться со своего трансивера. Специализированные экономичные тюнеры с чрезвычайно малым потреблением энергии для мобильных устройств, таких например как трансивер FT-817 или самодельных маломощных QRP-трансиверов, которые имеют внутри корпуса отсек для аккумуляторов.

Из всего этого разнообразия каждый может себе выбрать тюнер по необходимости. В свете всего вышеописанного становится понятно, что тюнер фирмы LDG – это первое устройство, которое обязательно нужно покупать вместе с трансивером или он должен стать следующей покупкой. Сегодня автоматический тюнер жизненно необходим для обеспечения безаварийной и качественной работы вашего трансивера или антенны.

Все тюнеры выполнены по единой схеме. Это Г-образная LC-цепочка согласования с изменяемыми параметрами отдельно L и отдельно C – цепочек. Конструктивно L – цепочки выполнены из дискретных индуктивностей, намотанных на ферритовых кольцах фирмы Amidon. В зависимости от назначения тюнера и проходящей по нему мощности эти индуктивности мотаются на кольцах разного диаметра. Цепочки емкостей состоят из специальных высоковольтных конденсаторов. Настройка тюнера происходит методом перебора цепочек индуктивностей и ёмкостей. Для расширения диапазона перестройки применено 2 варианта включения LC – цепочки, последовательно индуктивность с нагрузкой или параллельно нагрузки ёмкость. Микропроцессор управляет реле переключения LC – звеньев и по встроенному датчику КСВ определяет степень согласования антенны с трансивером. Рассмотрим каждый из этих тюнеров в отдельности и оценим качество сборки, взглянув на фотографии.

Линейка универсальных автоматических тюнеров

Эта линейка представлена следующими тюнерами:

Каждый из этих тюнеров рассчитан на свою мощность, имеет светодиодную индикацию уровня падающей и отраженной волны. Имеется возможность подстраивать в ручном режиме параметры согласующей цепочки. Большинство могут работать в режиме «Полный автомат» и имеют по 2 выходных антенных порта, что, несомненно, даёт большое удобство применения и расширяет спектр применяемых антенн.

LDG Z-100Plus

Начнём обзор с самого простого и популярного тюнера LDG Z-100Plus. Это улучшенный и переработанный вариант некогда нашумевшего младшего собрата LDG Z-100. В новой конструкции были учтены недоработки и улучшена программа управления. Как видим, в микропроцессоре управления применена уже новая прошивка. Тюнер Z-100 был выполнен в пластиковом корпусе, что иногда вызывало сбои при согласовании. В новом тюнере корпус применён металлический, что благоприятно повлияло на его помехоустойчивость. Тюнер имеет универсальный интерфейс и может управляться большинством распространённых трансиверов.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG Z-100Plus


LDGZ-11Pro

Обновленная версия тюнера, пришедшая на замену LDGZ-11Pro. Это тюнер имеет уже, гораздо, большие возможности, чем Z-100. Его можно поставить в один ряд с тюнерами серии АТ, правда, среди них, он будет самым простым. На передней панели расположились 4 разноцветных светодиодных индикатора. Они отображают рабочее состояние тюнера и приблизительный уровень КСВ. 6 кнопок позволяют выбрать различные режимы работы и вручную подстроить параметры LC – цепочек или установить предполагаемый импеданс антенны, сохранить в памяти собственные параметры настройки тюнера, сделать обход тюнера. Этот тюнер так же имеет универсальный интерфейс управления, а так же режим «Полный автомат». Хочу заметить, что это самый простой и дешевый тюнер с режимом «Полный автомат». Тюнер не имеет кнопки питания и потребляет энергию только во время переключения реле и во время режима передачи для анализа уровня КСВ. Всё остальное время тюнер находится в режиме сна, в котором ток потребления составляет всего 25 микроампер. Исходя из этого, одной из главных особенностей этого тюнера, является возможность применения его в полевых условиях работы. Для этого случая во внутреннем пространстве тюнера предусмотрен батарейный отсек. От одного комплекта алкалиновых батарей можно спокойно работать с тюнером в течении больше полу-года.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG Z-11ProII


AT-100

Младшая модель из линейки тюнеров серии АТ. Тюнеры этой серии уже можно по-настоящему назвать высокоинтеллектуальными. Тут и полноценная свтодиодная шкала отображения параметров и состояния тюнера, кстати, очень удобная в восприятии. Эта шкала отображает не только состояния тюнера, уровень КСВ, но и всевозможные ошибочные состояния. К ним относятся невозможность настройки антенны, обрыв антенны, превышение мощности или наоборот – резкое пропадание входного сигнала и др. 7 многофункциональных кнопок управления позволяют гибко настраивать тюнер под необходимые нужды, выбрать нужный антенный порт или предполагаемое сопротивление антенны, подстроить параметры согласующего звена в ручном режиме. Вся тюнеры серии АТ имеют 2 антенных порта. Это существенно расширяет сферу применения и спектр подключаемых антенн к одному трансиверу. К примеру, если у вас есть одна большая антенна диапазоны 160-80-40м, и одна трёх-диапазонная яги на 10-15-20м, то подключая к одному тюнеру, вы перекрываете все основные любительские диапазоны. Другой очень интересный вариант – если на трансивере присутствует два программируемых антенных выхода, то, подключая два таких тюнера, получается уже программируемый автоматический антенный коммутатор с автоматическим тюнером в одной связке. Таким образом, с помощью 4х антенн появляется возможность перекрыть весь диапазон 1-30МГц или все радиолюбительские диапазоны и не только. Этот тюнер так же очень экономичен, что позволило уйти от кнопки питания.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG AT-100ProII


AT-200

LDG АТ-200 ProII – более мощный аналог тюнера LDGАТ-100ProII. Эта версия тюнера рассчитана на проходящую мощность до 200 Ватт. Данный тюнер можно применять совместно с самыми дорогими трансиверами, имеющие выходную мощность 200 Ватт, а так же с усилителями начального уровня типа RMHLA-150 или KL-200/300. На фото видно, что кольца этого тюнера уже больше размерам, чем в предыдущих рассмотренных тюнерах и в цепочке изменения ёмкости стоит по два конденсатора. Такое схемное решение позволяет вдвое поднять максимальное пробивное напряжение конденсатора. Реле так же видим, что применены другие – более высоковольтные и более мощные. В остальном, по функциям и сервису этот тюнер аналогичен своему младшему собрату.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG AT-200ProII


 

LDG AT-600Pro

Исходя из названия, можно понять, что это 600-Ваттный тюнер. По своему сервису он аналогичен двум предыдущим собратьям, за исключением того, что кольца катушек индуктивности применены ещё больших размеров чем в тюнере AT-200 и количество конденсаторов так же увеличилось. Во всём остальном этот тюнер является более мощным аналогом предыдущих. Применять этот тюнер можно практически с любыми транзисторными усилителями мощностями, с выходной мощностью не привышающей 600 Ватт в пике.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG AT-600Pro


LDG AT-1000Pro

АТ-1000Pro – флагман в линейке автоматических тюнеров фирмы LDG. Самый мощный тюнер, способный удовлетворить большинство запросов практически любого радиолюбителя! 1 кВатт проходящей мощности в сочетании с широкой полосою согласуемых сопротивлений помогут при работе в эфире с любой антенны, любой радиостанции и большинства усилителей мощности. По всем функциям и сервису этот тюнер так же аналогичен предыдущим описанным. Изменения коснулись теперь не только размеров колец, но и метода отображения состояний тюнера. За место светодиодной шкалы применён большой двух стрелочный индикатор, отображающий КСВ, падающую и отраженную мощность. Так же он может показывать пиковую и среднюю мощность. Если выходная мощность вашего усилителя или трансивера не превышает 100 Ватт, то для удобства считывания показаний предусмотрено 2 варианта масштаба – 100 и 1000 Ватт. Для индикации состояний тюнера светодиоды перенесены на соответствующие кнопки. Их тут 8 штук и они несут по 2 функции.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG AT-1000Pro


Линейка «каждому трансиверу — свой тюнер»

Эта линейка представлена следующими автоматическими тюнерами:

Эти тюнеры выполнены по одной схеме, описанной выше. По логике работы в самостоятельном режиме они все аналогичны тюнеру LDGZ-100Plus. Все тюнеры рассчитаны на проходящую мощность 100 Ватт. Отличаются они возможностью работы каждого из этих тюнеров не только самостоятельно, но и совместно со своим трансивером. При нажатии кнопки «TUNE» на трансивере или тюнере, между трансивером и тюнером происходит «общение» на протоколе данного трансивера. Трансивер переводится в нужный режим мощности и вид модуляции, тюнер настраивает антенну. В случае удачного результата настройки тюнер возвращает трансивер в исходное состояние и сигнализирует о готовности к работе.

LDG AT-897Plus

Этот тюнер по своим свойствам и функциональному назначению аналогичен тюнеру YaesuFC-30. Из фотографии видно, что он даже форму повторяет и метод крепления своего собрата. Отличается этот тюнер от FC-30 более широким диапазоном согласовываемых сопротивлений и большим количеством памяти настроек. Этот тюнер имеет сквозной CAT – интерфейс, через который возможно подключение трансивера к компьютеру в обход тюнера.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG AT-897Plus


 LDG IT-100

Как можно видеть из фотографии, этот тюнер во многом аналогичен LDGZ-100Plus, но отличается от него прошивкой управления. Интерфейс связи тюнера с трансивером работает по протоколу АН-4, что позволяет подключить его к любому трансиверу линейки ICOM, начиная от IC-703, и заканчивая IC-7600. Диапазон настраиваемых сопротивлений во много раз превышает диапазон всех внутренних тюнеров.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG IT-100


 LDG KT-100

Как видим, тут опять то же самое, с той лишь разницей, что интерфейс взаимодействия тюнера и трансивера совместим с протоколом фирмы Kenwood АТ-300. Т.о тюнер можно подключать не только к новейшему трансиверу Kenwood TS-590, но и к таким старинным трансиверам как Kenwood TS-50/TS-450/TS-690/TS-850/TS-870.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG KT-100


LDG YT-100

Этот тюнер предназначен для подключения только к трансиверам фирмы YaesuFT-100/857D/897D. Как и в тюнере FT-897Plus в этом тюнере есть сквозной CAT – интерфейс.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG YT-100


LDG YT-450

Этот тюнер является модификацией тюнера YT-100 для работы с трансиверами Yaesu FT-450/FT-450D/FT-950. Отличается от собрата видом интерфейсных разъёмов.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG YT-450


Линейка миниатюрных и экономичных автоматических тюнеров

Эта линейка представлена всего двумя моделями тюнеров:

Это миниатюрные автоматические тюнеры разработаны специально для использования с маломощными QRP трансиверами. Изначально они разрабатывались для использования с трансиверами Yaesu FT-817. Такие же маленькие и экономичные. Имеют протокол обмена данными с трансивером Yaesu. Главной особенностью этих двух моделей является их очень низкая цена! В эту же экономичную линейку можно отнести и тюнер Z-11ProII, т.к. он так же имеет батарейный отсек, но… цена у него уже другая. По параметру совместимости эти тюнеры можно было бы отнести одновременно и к линейке «Каждому трансиверу – свой тюнер».

Как видим, этот тюнер выполнен в миниатюрном корпусе и по виду он очень похож на тот самый тюнер Z-100. Согласующие LC – звенья выполнены на миниатюрных кольцах и реле. Тем самым достигнута высокая экономичность и миниатюрность, правда за счёт снижения максимальной мощности. Внешнего разъёма питания тюнер не имеет, а питается от 4х алкалиновых батареек типа АА или аккумуляторов. От батареек тюнер способен проработать больше полугода. Для возможности управления трансивером в обход тюнера он так же имеет сквозной CAT – интерфейс.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG Z-817


LDG Z-817H

 

 

Иногда 5 Ватт бывает мало для установления связи в эфире, или при долгом QSO прохождение может ухудшиться. Для этого случая можно применить внешний простой усилитель небольшой мощности. Самодельный или фирменный. Как показывает практика, при наличии прохождения и его флуктуациях в большую или меньшую сторону, обычно хватает мощности 30-50 Ватт, что бы провести полноценное QSO. В этом случае тюнер Z-817 не сможет пропустить через себя большую мощность. Что же делать тогда? Тогда нужно применить другой тюнер, совместимый с FT-817, но расчитанный на большую мощность. Тюнер Z-817H специально был разработана для применения с трансивером Yaesu FT-817 с учётом возможности применения небольшого внешнего усилителя. Например, Tokyo High Power HL-45B или самодельного простого усилителя мощностью до 80 Ватт. Так же как и предыдущий, этот тюнер питается только от батареек и имеет сквозной CAT – интерфейс.

Краткие характеристики антенного тюнера LDG Z-817H


 Полезное дополнение

Кроме собственно тюнеров, фирма LDG выпускает так же несколько дополнительные опции для антенн, дополнительно расширяющие возможности тюнеров. Это т.н. «Балуны». Если говорить по Русский – это симметрирующие устройства и симметрирующе трансформаторы сопротивлений. Эти устройства предназначены для правильного подключения антенн типа «Диполь», «Инвертер V» и других антенн с симметричной запиткой к несимметричному коаксиальному кабелю снижения. Применение «Балуна» позволяет антеннам работать более эффективно, за счёт правильного распределения ВЧ-тока по поверхности антенны и исключает влияние кабеля снижения на параметры и диаграмму направленности антенн. Симметрирующий трансформатор кроме функции симметрии дополнительно трансформирует сопротивление подключенной антенны в более низкое или более высокое. К примеру, трансформатор 4:1 предназначен для подключения больших высокоомных антенн «дипольного» типа, например W3DZZ, а так же высокоомных симметричных линий запитки к несимметричному коаксиальному кабелю снижения. Применение симметрирующего трансформатора совместно с автоматическим тюнером существенно расширяет диапазон настраиваемых сопротивлений, а так же спектр возможных применяемых антенн. Более подробно о необходимости применения симметрирующих устройст можно прочитать в моей статье о SDR, в разделе о ВЧ – заземлении.
Фирма LDG выпускает три таких устройства:

Все они рассчитаны на проходящую мощность до 200 Ватт, чего в большинстве случаев хватает для решения большинства задач, потому не стоит переусердствовать с подводимой к ним мощностью.

Для быстрого сравнения параметров всех тюнеров можно обратиться к таблице ниже, а для дополнительного удобства приведено дерево выбора тюнеров.

Картинка таблицы в большем разрешении, здесь.