Algorytm strojenia AAT

[SP5FCS]

Jednym z trudniejszych zagadnień przy budowie automatycznej skrzynki antenowej jest algorytm poszukiwania optymalnego dopasowania do anteny. Mimo istnienia na forum kilku wątków o automatycznych skrzynkach oraz szerokiej dyskusji na ten temat ciągle brakuje konkretnych propozycji metodyki rozwiązania problemu. Ze względu na uniwersalność problemu proponuję dyskusję w oddzielnym wątku.

Metoda 1.
Najczęściej stosowanym algorytmem poszukiwania optymalnego dopasowania jest sprawdzenie wszystkich nastaw skrzynki i nastawa na minimalny SWR.
Metoda prosta, niestety wymagająca dużo czasu na wykonanie pełnego strojenia.

Proszę o propozycje innych metod, algorytmów lub opisy własnych pomysłów na podstawie strojenia anten różnymi skrzynkami.

[SP9FKP]

Widzę, że wątek nie może ruszyć z miejsca, więc aby dać jakiś bodziec do dyskusji powiem tak: można zautomatyzować każdą operację na zasadzie "kręcenia gałkami" aż do skutku lecz aby to zrobić optymalnie trzeba dogłębnie poznać zasady rządzące procesem i wynikającymi z tego konsekwencjami. Mam nadzieję, że jest wśród nas ktoś kto w przystępnej formie wytłumaczy jakie są zależności w transformacji impedancji z wejścia do wyjścia w zależności od nastaw. Jeśli nie, wypada zacząć od przestudiowania teorii dotyczącej dopasowania/kompensacji obciążenia z reaktancją.
Szukając źródła w miarę kompleksowo ogarniającego cały wachlarz zagadnień znalazłem stronę moim zdaniem bardzo przydatną i w przystępnej formie.
Pozostaje zatem:
1. napisać do autora o zgodę na tłumaczenie na potrzeby forum,
2. przetłumaczyć,
3. zrozumieć,
4. podać propozycje algorytmów (opisowo),
5. w burzliwej dyskusji wyłonić najlepsze,
6. zaimplementować.
No chyba, że ktoś to zrobi (już zrobił) za nas ...

[SP9MRN]

(09-01-2011 21:13)sp9fkp napisał(a):  Widzę, że wątek nie może ruszyć z miejsca, więc aby dać jakiś bodziec do dyskusji powiem tak: można zautomatyzować każdą operację na zasadzie "kręcenia gałkami" aż do skutku lecz aby to zrobić optymalnie trzeba dogłębnie poznać zasady rządzące procesem i wynikającymi z tego konsekwencjami.

:-)
Problem zaiste jest paskudny :-)
Co mnie się wydaje...
Jeżeli przyjmiemy (bo tak się nauczyliśmy), że antena jest w rezonansie jeżeli składowa urojona jest równa zero, to można przyjąć, że:
najpierw kawałkiem L lub c kompensujemy składową urojoną do zera a następnie otrzymaną czystą rezystancję dopasowujemy do 50ohm kabla.
"Zupełnie przypadkiem" dzieje się to za pomocą tych samych elementów.

Pozostaje nam zatem pytanie ( a raczej kilka)
Czy antena ma być w rezonansie? ( mnie się po przeczytaniu fragmentów z maxwella wydaje, że nie)
Czy minimalny SWR oznacza, że antena jest w rezonansie? (na pewno nie)
Czy SWR jest wyznacznikiem optymalnego dostrojenia anteny? (i co to właściwie znaczy)
Czy istnieje jakiś sensowny związek pomiędzy SWR a składową urojoną??
Podsumowując - co powinniśmy mierzyć jako parametr mówiący o poprawnym zestrojeniu anteny?


I na koniec to co można sprawdzić excelem, albo ktoś już wie:
czy dopasowanie anteny w funkcji pojemności i ilndukcyjności jest funkcją ciągłą i monotoniczną.
Do czego zmierzam - Czy pojedynczy pomiar dla dwóch wartości L i dwóch C spowoduje, że będziemy znali pożądany kierunek zmian? - to pozwoliłoby ograniczyć ilość potrzebnych prób...

Tyle mi się nasunęło.
Dodam, że po przeczytaniu wyjątkow z Maxwella (Walthera) rozumiem mniej niż bez czytania :-)

Pozdrawiam serdecznie (czekam na drivery, reszta eAtu polutowana)

MAc
mrn

[SP5FCS]

Piotrze, podana strona to prawdziwa kopalnia wiedzy i teorii na temat dopasowania. Niestety "przetrawienie" takiej ilości wiedzy wymaga czasy a potem kilku obliczeń lub symulacji.

Tak jak zostało to napisane w głównym wątku o skrzynce antenowej podstawą są pomiary. Jeśli będziemy dysponowali tylko pomiarem SWR-a i może częstotliwości to będzie to metoda poszukiwania minimum.
Gdyby udało się mierzyć składowe (R+jX) anteny to znalibyśmy punkt startowy na wykresie impedancji co uprościłoby algorytm. Różnorodność miejsc startu algorytmu strojenia ilustruje wykres możliwych impedancji anteny.

Wydaje mi się, że najważniejsze jest aby stopień mocy widział czystą rezystancję R=50 poprzez układ dopasowania. To czy antena jest w rezonansie jest mniej istotne, co mi po rezonansie jeśli antena będzie miała R=300.

W2DU - Walter Maxwell

[SP9MRN]

(10-01-2011 0:28)sp5fcs napisał(a):  Wydaje mi się, że najważniejsze jest aby stopień mocy widział czystą rezystancję R=50 poprzez układ dopasowania. To czy antena jest w rezonansie jest mniej istotne, co mi po rezonansie jeśli antena będzie miała R=300.

No właśnie - czy ważny jest rezonans? i czy tak ważny jest SWR...
Zawsze (jeszcze tydzień temu) wydawało mi się, że ważne jest jedno i drugie.
Przytoczę tu starą historię o Ground Plane:
GP 1/4lambda w rezonansie i idealnych warunkach ma 36 ohm. Czyli jest niedopasowany do linii. SWR jest większy niż pożądany.

Mamy kilka możliwości - możemy szukać transformatora, możemy użyć Lnetworka ale możemy też zrobić GP trochę za długie a następnie zasilając je przez kondensator wykorzystać fakt, że będzie miał wówczas składową rzeczywistą 50ohm a reaktancję kompensujemy wspomnianą pojemnością.
Czyli sprowadzamy GP do rezonansu jednocześnie sprowadzając go do 50 ohm.
Możemy też zrobić za krótki GP, będzie miał 50 ohm, ale będzie poza rezonansem.
Ale jednak przedłużamy...
Tylko po co? To chyba ma jakiś sens...

Z drugiej strony patrząc - czy dążenie do minimum SWR jest rzeczą najważniejszą?

To nie są tezy - to pytania na które (naprawdę) nie znam odpowiedzi.

MAc
mrn

[HM_DIPOL]

Temat jest ciekawy, niestety brakuje mi szerszej wiedzy na temat anten i zmian jej parametrów.

1/Czy ktoś z Kolegów może narysować schemat zastępczy typowej anteny np. dipola. Rozumiem, że w zależności od częstotliwości mamy rezystancję oraz reaktancję (pojemnościową lub indukcyjną) połączone szeregowo, może coś jeszcze ?

2/ Czy Koledzy posiadający VNA mogą zamieścić pomiar np, dipol w funkcji częstotliwości (Z, R, X, faza, swr).
Samo kompensowanie reaktancji wydaje się proste ale przy rezystancji R<>50 musimy wykonać właściwe dopasowanie (dwa zabiegi jednym układem).

Jeśli układem dopasowanie uzyskamy samą rezystancję 50 om to dla PA radia układ (dopasowanie,antena) będzie w rezonansie mimo, że sama antena w rezonansie być nie musi. Jak potraktujemy dopasowanie jako element anteny to uzyskamy dopasowanie i rezonans.

[SP9MRN]

(10-01-2011 18:58)hm_dipol napisał(a):  Samo kompensowanie reaktancji wydaje się proste ale przy rezystancji R<>50 musimy wykonać właściwe dopasowanie (dwa zabiegi jednym układem).

Kompensowanie nie jest problemem. dopasowanie też nie. Problemem jest określenie "jaka mierzalna wielkość jest wyznacznikiem prawidłowego zestrojenia anteny". Resztę procek wyliczy. No i co to znaczy "prawidłowo"


Maxwell pisze, że SWR nie ma znaczenia, rezonans też ponoć nie ma. Więc co ma?
Ja czuję się trochę zagubiony jak facet robiący anteny do satelitów kłóci się z facetem z doktoratem z anten i wykazują sobie, kto jest mądrzejszy...

Wracając do pytań, to parę wykresów przytoczyl Robert RGB w swojej prezentachi : http://www.cxt.pl/~sot/Antenowe%20fakty%20i%20mity.ppt
warto popatrzyć, chociaż też go Maxwell trochę zauroczył :-)
Jest przekonujący..

73
MAc
mrn

[HM_DIPOL]

(11-01-2011 3:25)sp9mrn napisał(a):  Maxwell pisze, że SWR nie ma znaczenia, rezonans też ponoć nie ma. Więc co ma?

To ja już niczego nie rozumiem. O jakim rezonansie dyskutujemy, samej anteny (druty) czy anteny z układem dopasowania ?

Celem skrzynki antenowej jest doprowadzenie impedancji widzianej na wyjściu wzmacniacza do Z=50+j0. Jeśli tak, to oba powszechnie uznane warunki dopasowania są spełnione (rezonans, swr=1).
Oczywiście cały czas mówimy o tym co widzi wyjście nadajnika. Tylko takie dopasowanie daje oddawanie pełnej mocy przez stopień końcowy.

Taka jest moja wiedza ale jest możliwe, że przez wiele lat stroiłem anteny nie do końca świadomie.

[SP9MRN]

(11-01-2011 11:23)hm_dipol napisał(a):  To ja już niczego nie rozumiem. O jakim rezonansie dyskutujemy, samej anteny (druty) czy anteny z układem dopasowania ?

Celem skrzynki antenowej jest doprowadzenie impedancji widzianej na wyjściu wzmacniacza do Z=50+j0. Jeśli tak, to oba powszechnie uznane warunki dopasowania są spełnione (rezonans, swr=1).
Oczywiście cały czas mówimy o tym co widzi wyjście nadajnika. Tylko takie dopasowanie daje oddawanie pełnej mocy przez stopień końcowy.
Taka jest moja wiedza ale jest możliwe, że przez wiele lat stroiłem anteny nie do końca świadomie.

Czytaj, zgłupiejesz tak jak ja :-)

"...Many authors are responsible for perpetuating the unscientific and erroneous viewpoint that the coax-fed antenna must be operated at its self-resonant frequency.
They have continually overemphasized the necessity for the antenna being
matched to the line within some arbitrary, low SWR value to preserve transmission efficiency, and by implying that efficiency equals 100 minus percent reflected power..."

Co się tłumaczy na nasze mniej więcej tak:
"...Wielu autorów jest odpowiedzialnych za podtrzymywanie nienaukowego i błędnego punktu widzenia, że anteny zasilane linią wspołosiową muszą pracować będąc w rezonansie. Stale podtrzymują przecenianą konieczność dopasowania anteny do linii zasilającej z arbitralnie przyjętym niskim współczynnikiem SWR w celu zachowania skuteczności przenoszenia mocy i twierdząc, że efektywność ta jest równa 100-procent mocy odbitej..."

Trudno nie wierzyć facetowi z tak ogromną wiedzą i praktyką - z drugiej zaś strony przestawia mi dosyć mocno punkt widzenia... :-)

Reszta pierwszego rozdziału w załączniku:

  Chapter01.pdf (Rozmiar: 152.88 KB / Pobrań: 1297)

MAc\
mrn

[TG50]

Autor opracowanie nie neguje dbałości o SWR w systemie antenowym, wskazuje jedynie że jego rola jest mniejsza nić większość sądzi. Nigdy nie martwiłem się SWR-ami do 3, ważniejsza była sama antena, wysokość jej zawieszenia, otwartość terenu na kierunkach promieniowania i grunt pod anteną.

Skąd zatem biorą się te mity antenowe ?

Jeśli używamy anteny która stroi się ostro a poza rezonansem jej impedancja szybko rośnie to w sposób naturalny wydaje się nam, że to najlepsze dopasowanie. Drugi jak sądzę powód, to wydaje się mam, że dodatkowa reaktancja anteny może być jakoś szkodliwa dla radia i zmniejszać skuteczność promieniowania anteny.

Często słyszymy na paśmie, że ktoś musi podstroić antenę bo SWR ma koło 2. Niewielu przelicza to na wymierne waty powracające do radia a jeszcze mniej zdaje sobie sprawę że fala odbita nie jest pochłaniana w radiu tylko odbija się od niego i biegnie ponownie do anteny. Rzeczywisty skutek wysokiego SWRa jest dlatego mniejszy niż nam się wydaje.

Analizując system antenowy nie zapominajmy o stopniu końcowych, jak będzie się zmieniała jego moc w zależności od impedancji obciążenia. Nie możemy zakładać że będzie stała od kilku omów do kiloomów dlatego dopasowanie niezależnie od roli SWRa jest pożądane.