Dziś parę słów o wykonaniu naszego hybrydu do dzielenia i sumowania mocy. Kondensatory do tego elementu powinny być dobrej jakości dobrane z tolerancją lepszą od 1%. Z tego powodu musimy posiadać miernik RLC. Tolerancja dotyczy wszystkich kondensatorów w obu układach. Decydują one o precyzji przesunięcia fazy. Zauważmy jeden istotny szczegół. Jeśli nawet wystąpi jakiś błąd przesunięcia fazy, to musi on być jednakowy w obydwu hybrydach. Jeśli więc dobierzemy wszystkie kondensatory jednakpowe to ten warunek będzie spełniony. Małe odchyłki fazy nawzajem się skompensują jak połączymy dwie hybrydy w całość. Wyjście przesuwające fazę o +45 stopni jest poprzez filtr kwarcowy w naszym układzie połączone z odpowiednim wejściem przesuwającym również o 45 stopni. Na wyjściu obciążonym rezystorem 50 omów ten sygnał pojawi się z sumarycznym przesunięciem fazy o 90 stopni.
Analogicznie będzie z drugim torem w którym najperw dostajemy sygnał przesunięty w fazie o -45stopni a po przejściu przez filtr kwarcowy w drugiej hybrydzie znowu faza będzie przesunięta o również -45 stopni. Ten sygnał również pojawi się na wyjściu obciążonym rezystorem z sumarycznym przesunięciem fazowym tym razem -90 stopni.
w PRAWIDŁOWO ZESTROJONYM UKŁADZIE dostaniemy zatem na rezystorze sumę dwóch sygnałów o przeciwnych znakach przesunięcia fazy - z tego powodu oba te sygnału się zniosą i na rezystorze obciążalnika 50 omów w normalnym stanie nie wydzieli się żadna moc, nie będzie żadnych dodatkowych strat.
Zgoła odwrotna sytuacja będzie na wyjściu sumującym hybrydy. Tam przesunięcia fazy się odejmą i wypadkowe przesunięcie obydwóch sygnałów będzie zerowe. W zawiązku z tym sygnały te posumują się również bez dodatkowych strat.
Aby opisane wyżej zjawiska fizyczne mogły zaistnieć cały układ musi być bardzo precyzyjnie wykonany i nastrojony. Jeśli przykładowo wystąpi różnica amplitud między sygnałami przenoszonymi przez filtry to układ zadziała w ten sposób, że część mocy zostanie wydzielona na rezystorze obciążalnika, i powstaną dodatkowe straty. Proponuję na nasz użytek wprowadzić pojęcie mocy różnicowej. Jeśli moce sygnałów w dwóch torach będą się różnić to ta różnica zostanie podzielona na dwa - połowa mocy różnicowej trafi do wyjścia a druga połowa wydzieli się w rezystorze obciążalnika.
I tak przykładowo jeśli podamy na wejście moc 2mW i po podzieleniu do filtrów kwarcowych trafi po 1mW mocy a na ich wyjściu będą nierówne moce wskutek różnicy w tłumieniu poszczególnych filtrów powiedzmy 0,4mW i 0,6mW (filtry wniosą nierówne tłumienia) to nasza moc różnicowa wyniesie 0,2mW. Ta moc podzieli się na dwa. Połowa trafi do rezystora a druga połowa do wyjścia. Zatem na wyjściu naszego całego układu dipleksera dostaniemy 0,9mW mocy zamiast pełnej sumy algebraicznej czyli 1mW.
Widać z tych rozważań jak ważne jest identyczne wykonanie obydwóch filtrów kwarcowych.
Zarówno amplitudy jak i fazy sygnałów po przejściu przez filtry kwarcowe dla prawidłowego działania muszą być identyczne.
Identycznie muszą działać też hybrydy dzielące i sumujące moc. Cały układ jest zatem pewnym rodzajem mostka, który musi być w pełnej równowadze. Jeśli to będzie spełnione to wtedy taki układ będzie wykazywał od strony wejścia pełne dopasowanie. Zauważmy, że odstrajanie od częstotliwości przenoszenia filtrów kwarcowych powoduje na obrzeżach charakterystyki przenoszenia gwałtowny skok przesunięcia fazy oraz impedancji. Jeśli ten skok będzie identyczny w obydwu filtrach to nic nie będzie się działo, a moc odbita wydzieli się na obciążalniku w pierwszej hybrydzie dzielącej moc. Jeśli jednak zbocza filtrów kwarcowych będą się różnić to w obu torach na granicy pasma przenoszenia powstaną różne sygnały. Sygnał wyjściowy na granicy pasma będzie zniekształcony i przeniesiony ze stratami, a w wejściowej charakterystyce odbiciowej powstaną zafalowania (czasem bardzo duże) i mieszacz nie będzie już widział idealnego obciążenia. Zwróćcie uwagę że nawet jeśli zbocza filtrów będą względem siebie przesunięte o tylko 50Hz to przy dużym ich nachyleniu różnice amplitud i faz między filtrami będą bardzo duże. Warunkiem prawidłowego działania całego układu jest więc wykonanie dwóch identycnych układów podziału i sumowania mocy, co jest stosunkowo łatwe mając miernik RLC, ale przede wszystkim dwóch identycznych filtrów kwarcowych, co jest nie lada sztuką. Nie wystarczy odpowiednia charakterystyka filtrów:
1. Oba filtry muszą mieć identyczne charakterystyki pasma przenoszenia.
2. Oba filtry muszą mieć identyczne tłumienie.
3. Oba filtry muszą mieć identyczne przesunięcia fazowe
4. Oba filtry muszą mieć dobre i identyczne dopasowanie do 50 omów
Te przyczyny sprawiły, że do dzisiejszych czasów nie stosuje się takich rozwiązań powszechnie w sprzęcie dla krótkofalowców, a jedynie w bardzo zaawansowanych, wyrafinowanych i drogich urządzeniach profesjonalnych.
Teraz kolej na kilka rad czysto praktycznych dotyczących wykonania hybrydy sumującej moc.
Już wspomniałem o konieczności precyzyjnego dobrania elementów (kondensatory). Następnym elementem jest transformator pełniący rolę sprzęgacza. Od precyzji jego wykonania zależy dokładność podziału mocy.
Kiedyś w dawnych czasach konstruktorzy sprzeczali się jak nawijać transformatory - czy lepiej równoległymi przewodami czy też skręcić je ze sobą - zdania były podzielone.
Tymczasem ten typ transformatora jest odpowiednikiem ćwierćfalowej linii długiej zastosowanej w tradycyjnym sprzęgaczu kierunkowym. Nasze uzwojenie muśi więc posiadać jako linia dwuprzewodowa ściśle określoną impedancję, tak aby umożliwić odpowiednie sprzężenie i przesunięcie fazy. O przesunięciu fazy decyduje indukcyjność całej nawiniętej biflarnie cewki. Tu też niezbędny jest pomiar po nawinięciu za pomocą miernika RLC. Nawet jeśli wystąpi drobna odchyłka od obliczonej wartości, to musi być ona identyczne w obu egzemplarzach transformatorków.
Jak uzyskać linię o oporności falowej 50 omów?
Pokazują to zdjęcia umieszczone na stronie kolegi SP7EWL:
http://www.sp7ewl.one.pl/mixer_jqr.htm
Nasze druty którymi będziemy nawijać trafa muszą być ze sobą skręcone w ściśle określony sposób. Aby ułatwić wykonanie takiej skrętki do wiertarki elektrycznej z regulacją obrotów zamontowałem rezystor o oporności 50 omów i przylutowałem do niego skręcane druty nawojowe. Z drugiej strony podłączyłem je do poczciwego analizatora antenowego firmy MFJ. Posiadacze NWT mogą użyć mostka odbiciowego i oglądać charakterystykę odbiciową w całym zakresie. Należy przy tym w analizatorze NWT ustawić możliwie małą liczbę punktów pomiarowych, co powoduje znaczne porzyśpieszenie odczytów. Ponieważ ekran ma swój czas odświeżania druty w tym przypadku trzeba skręcać bardzo powoli obserwując dopasowanie na ekranie komputera. Nie polecam też skręcania ręcznego, bo może dać dużą nierównomierność.
Długość skręcanych drutów też nie może być przypadkowa. Jeśli trafi się ćwierć fali, to wystąpi ćwierćfalowa transformacja impedancji i wynik będzie zafałszowany. Jeśli damy pół fali to impedancja obciążenia linii zostanie przeniesiona na początek bez istotnego wpływu linii długiej.
Do wykonania kilku transformatorków nie potrzebujemy dużo drutu. Przy małej długości jednak linia w zakresie fal krótkich również nie będzie miała istotnego wpływu na pomiar. Zatem musimy dobrać częstotliwości z zakresów UKF przestrzegająć podanych wcześniej zasad.
Podczas skręcania zaobserwujemy moment w którym SWR (WFS - po polsku) zacznie spadać - to jest ten moment. Zwalniamy obroty, ale nie koń czymy skręcania musimy odrobinę przekroczyć punkt dobrego dopasowania, ponieważ skręcony drut sprężynuje i po wyjęciu z wiertarki nieco się odkręci... To każy sam musi podoświadczać i uzyskać najlepszy efekt.
Z tak skręconych drutów odcinamy 10% z początku i 10% z końca. Mierzymy powtórnie środkowy kawałek - tylko środkowa część jest wystarczająco równomiernie nawinięta, aby można jej było użyć do naszych celów.
Tak sporządzoną linią o oporności falowej 50 omów możemy nawijać nasze transformatorki, a po nawinięciu obowiązkowo kontrolować indukcyjność.
Dwie hybrydy muszą być wykonane identycznie.
c.d.n.
