[] High power ATU rev1

High power AUTOMATIC Antenna Tuner

by F1FRV

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* 05/11/2008 Revision 0 du projet (sans PIC) sur le site *

* 11/12/2008 Revision 1 Modifié concept, avec un PIC *

* 06/06/2009 Des kits de motoréducteurs sont disponibles. *

* 01/10/2009 Modifié levels translators LT1016/AD8561 *

* 30/03/2010 PROJECT STOPPED, BY LACK OF COMPETENT PEOPLE AVAILABLE TIME.*

* CE PROJET EST ARRETE PAR MANQUE DE TEMPS DISPONIBLE DES PERSONNES COMPETENTES.

Projet de boite d'accord automatique d'antenne.

Description du projet

Fréquences de 1.8 à 30 MHz

Antennes symétriques ou asymétriques.

Puissances 10-5000 W ou plus, limitation uniquement par les valeurs de tension et courant des composants: selfs, condensateurs, et relais utilisés. En effet, sur le marché amateur, au dessus de 200 Watts, il n'existe rien de disponible à un coût abordable.

Les gammes de puissances des détecteurs, avec le nouveau détecteur de phase (qui n'utilise plus de mélangeur équilibré), sont maintenant dans un rapport de l'ordre de 1 à 100 entre les puissances mini et maxi acceptables (par exemple: 50-5000 W). Une version "prototype" 10-200 W permet de tester l'ensemble avec de petits moyens.

Tous les composants doivent pouvoir être trouvés sans difficulté particulière (Sauf si vous habitez au milieu de nulle part, sans internet, et que vous n’en sortez jamais). Le code source du PIC devra être disponible pour tous.

Le coût global ne doit pas être prohibitif.

Des composants de puissance: selfs, condensateurs sous vide et relais d'origine soviétique, se trouvent aisément avec des prix corrects (sauf en France) dans les "flea markets" des VRAIS salons radio amateur, ou sur Internet (entre autres chez Alex UR4LL).

Pour les tores nécéssaires à la construction des détecteurs (FTxxx-43), deux bonnes sources d'approvisionnement sont: AMIDON USA, qui vend directement aux radio amateurs à prix corrects (minimum de commande 50 $), et surtout aussi Parts And Kits (USA), avec de très bons prix, sans minimum de commande. Parts And Kits propose également des diodes 1N5711 et des 2N7000.

Les circuits d'accord en "L", ou "T différentiel" simples ou doubles sont utilisables, car leurs systèmes n'ont besoin que de deux variables de pilotage des moteurs.

Ma préférence va au circuit en "L" (configuration passe bas). Des condensateurs fixes peuvent être mis en parallèle avec le condensateur variable par des relais, si besoin.

Nota: Bien que seules les valeurs de résistance, conductance et phase soient nécessaires, pour un accord sans ambiguïté, d'autres données comme la fréquence et le ROS (SWR pour les anglophones) sont néanmoins disponibles.

Schéma de principe

Ce que je sais faire:

1/ Un détecteur de puissance directe et réfléchie (pour ROS).

Design suivant feuille EXCEL: SWR bridge f1frv

Pour plus d'informations, voir la page du ROS mètre

2/ Un détecteur de phase avec sortie 0V pour phase=0° et sortie positive si Ph>0° ou sortie négative si Ph<0°. Résolution de l'ordre du degré.

3/ Un détecteur de résistance, design suivant feuille de calculs EXCEL : R & G Bridges F1FRV

Sortie 0V pour R=50 Ohms, et sortie positive si R>50 Ohms, ou sortie négative si R<50 Ohms, qui ne dévie pas si une réactance (self ou capa) est mise en série avec la charge (jusqu'à un ROS de l'ordre de 5/1).

4/ Un détecteur de conductance, design suivant feuille de calculs EXCEL: R & G Bridges F1FRV

Sortie 0V pour G=20 mS, et sortie positive si G>20 mS, ou sortie négative si G<20 mS, qui ne dévie pas si une réactance (self ou capa) est mise en parallèle avec la charge (jusqu'à un ROS de l'ordre de 5/1).

5/ Une platine pour 2 moteurs à courant continu (2 A maxi par moteur) avec 2 sens de marche. Ces moteurs commandent soit des éléments "mono tour sans butées" comme des variomètres ou condensateurs variables a air, soit ils commandent des éléments multi tours, comme des capas sous vide, ou des selfs a roulette ou a ruban, avec contacts de fin de course et potentiomètres de recopie de position. Les moteurs pas à pas (sans recopie de position) ne sont pas envisagés à cause du problème bien connu des VRAIS spécialistes: la pertes de pas en charge, qui décalerait tout, avec risques mécaniques en fin de course pour les composants motorisés.

Commande d'arrêt par tension 0V sur entrée "enable" pour chaque moteur. Commande de réduction de vitesse des 2 moteurs par entrée ROS<2/1.

NOTA: Cette platine pourrait éventuellement être remplacée par un "PWM" qui serait plus souple, sans perte de couple, chaufferait moins, et aurait un coût inférieur. A réaliser par vous même, ou à acheter pour quelques Euro (par exemple chez TCHONG2, ou autres similaires, ou BAKATRONICS).

6/ Un ensemble (levels translators) de mise à des niveaux compatibles pour le PIC des signaux issus des détecteurs (0 à +5V, ou +2.5V +/-2.5V), incluant un pré-diviseur par 4 de la fréquence d'entrée (1.8 à 30 MHz), sensibilité quelques mV, avec mise en forme des signaux en sortie (carrés 0 à +5V) 450 kHz à 7.5 MHz.

Cette information de fréquence est utilisable par le PIC dans le cas de mémorisation des réglages pour une fréquence donnée (si cela s'avère réellement utile). Avec une résolution de 16 bits sur le timer du PIC, cela permet de mémoriser des pas de ~100 Hz. La mémorisation des réglages n'est applicable que si les éléments variables sont équipés de systèmes de recopie de position.

7/ Le "hardware" d'une platine logique avec un PIC. Ce circuit peut piloter soit 2 motoréducteurs à courant continu, soit 2 moteurs pas à pas.

Deux relais sont utilisés dans le circuit en L avec self variable en série, et condensateur variable a la masse, pour positionner le condensateur : Côté TX quand la résistance de l'antenne est <50 Ohms, ou côté antenne quand la résistance de l'antenne est >50 Ohms. Si la capacité résiduelle du condensateur variable était trop élevée, pour certains accords extrèmes, le relais serait ouvert par la logique de contrôle.

Des sorties relais supplémentaires permettent d'ajouter dans le circuit d'accord quelques condensateurs (K15U-1 ou K15U-2) ou selfs fixes, au cas où le condensateur variable ou la self variable en votre possession ne seraient pas suffisants (inférieurs à ~35 µH et ~2000 pF) pour couvrir une large plage d'accord.

Une fonction "by-pass" coupe l'alimentation des relais de sélection haute et basse impédance, et actionne un relais by passant l'élément de réglage d'impédance qui est en série sur la ligne.

La platine supportant le PIC possède un programmateur, qui peut être utilisé pour charger le "boot loader" sur un PIC neuf. Si vous avez déjà un programmateur, inutile de câbler cette partie. Le PIC avec son "boot loader" installé, peut ensuite être chargé, modifié, lu ou commandé par la liaison série.

Ce qui est fait, mais reste à valider:

Des schémas et des circuits imprimés simple face , avec quelques straps, ont été dessinés pour:

Détecteurs de ROS, phase et fréquence (55 x 142 mm)

Détecteurs de résistance et conductance (55x142 mm)

Mise en forme des signaux des détecteurs (100 x 160 mm)

Commande de 2 motoréducteurs à courant continu (100 x 105 mm)

Platine "logique" avec PIC 18F4520 (100 x 160 mm)

Platine optionnelle pour le PIC avec RS485/422, RS232, affichage, 3 entrées analogiques ou jusqu'à 32 sorties relais supplémentaires (100 x 160 mm)

Platine pour liaison full duplex au PIC en RS485/422 (37 x 55 mm)

Platine pour liaison full duplex au PIC en RS232 (37 x 55 mm)

Platine de conversion RS232 <> RS422/485 pour le PC (37 x 74 mm)

Câblage 2 sens de marche pour motoréducteurs à courant continu (33 x 60 mm)

Ce que je n'ai pas à étudier:

Commande de 2 moteurs pas à pas bipolaires (2 phases) à la place des 2 moteurs à courant continu. Ceci évite d'avoir des fins de course et le traitement de potentiomètres de recopie de position, si l'on veut mémoriser des positions en fonction des fréquences.

Après enquête sur le web, cela ne vaut pas la peine de les concevoir. Des kits comme le L6203 de SELECTRONIC, ou des circuits prêts à l'emploi comme le G251x de GECKODRIVE (il y a aussi un groupe YAHOO GECKODRIVE), coûtent moins cher que d'acheter soi même les composants nécéssaires à la réalisation.....

Des moteurs 200 pas par tour genre 57xxxxxx (taille NEMA 23) ou 86xxxxxx (taille NEMA 34) se trouvent à peu près partout dans le monde (SELECTRONIC, entre autres, en vend en France, et ce n'est pas le seul revendeur...). Par contre, n'ayant pas d'expérience personnelle avec ces moteurs, je ne sais pas si ils seront suffisants pour de "très grosses" selfs avec des frottements importants, et si il n'y a pas de "glissement" de pas ...

Voir les caractéristiques typiques de ces moteurs sur le site d'un des fabricants : 57xxx et 86xxx

Ce qui reste à étudier:

Le diagramme logique détaillé des actions à effectuer pour obtenir un accord SANS AMBIGUITE, afin de préparer la programmation du PIC.

Des informations techniques utiles se trouvent sur le site de G3YNH http://www.g3ynh.info/zdocs/index.html , dans le chapitre "impedance matching".

Pour l'établissement du diagramme logique (algorigramme pour les puristes) , le freeware ALGODRAW (version française ou anglaise) pourrait être utilisé. La symbolique est conforme à la norme ISO 5807. Les unités de mesure pourront être conformes à la norme UNM_00_000.

Ce que je ne sais pas faire:

Ecrire le code pour programmer un PIC avec la logique définie. Ce PIC devra avoir suffisamment d'entrées analogiques et logiques, de sorties analogiques et logiques, et avoir des convertisseurs analogiques/digitaux sur au moins 10 bits.

Bien que non expert, le PIC 18F4520 me semble à priori bien adapté, pas trop cher, et pas en fin de vie .....

Le plus difficile:

Trouver les "compétences" manquantes, qui devront avoir du temps libre, et travailler en "open source", c'est à dire : que les participants ne gardent pas pour eux seuls ce qu'ils auront fait. Les mêmes logiciels devront être utilisés dans chaque groupe de travail.

Ce que je ne souhaite pas faire moi même:

Créer et gérer un groupe de discussion "YAHOO" si le besoin s'en faisait sentir.

Voila où j'en suis.

Les essais des motoréducteurs sont satisfaisants. Les 38 tours d'une self sont couverts en ~20 secondes. Les relais prévus à l'origine ont été remplacés, après essais infructueux, par des transistors FET's de puissance qui donnent toute satisfaction.

Le premier "draft" du diagramme logique a été écrit par Jacques F2MM. Il y a encore à faire, mais ça avance doucement. La programmation ne débutera qu'après finalisation du diagramme logique.

Détecteurs résistance & conductance

Détecteurs ROS, phase et fréquence

Levels translators, (adaptateurs de niveaux) pour les entrées du PIC

Commande de 2 moteurs à courant continu

Motoréducteurs et adaptation

Des kits sont disponibles ici

Autre exemple de montage

Pour utiliser le moteur sur des antennes "boucle magnétique" il peut être utile de diminuer la vitesse de rotation pour avoir un accord fin. Pour ce faire, soit vous réduisez la tension d'alimentation (avec perte de couple, mais généralement acceptable jusqu'à 12 V), soit vous utilisez un "PWM" sans perte de couple. A réaliser par vous même, ou à acheter pour quelques Euro, port inclus, sur E-PAY en Tchongland TCHONG1, ou TCHONG2, ou autres similaires, ou BAKATRONICS.

Platine "logique" avec PIC

Platine optionnelle pour le PIC. Sans grande utilité ici, juste pour le "fun"

Carte RS485/422 optionnelle pour le PIC

Carte RS232 optionnelle pour le PIC.

Interface PC RS232 > RS485/RS422.

For now, That's All Folks !!!!!

Enjoy !!!! and: YAPUKA !!!!!!

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Télécharger le manuel d'assemblage du KIT motoréducteur: Français/Anglais ou Anglais/Russe ou Français/Allemand

Télécharger le dossier moteurs, avec circuits imprimés et datasheets

Télécharger le dossier détecteurs, avec circuits imprimés et datasheets

Télécharger les simulations des détecteurs

Télécharger le premier "draft" du diagramme logique par Jacques F2MM

Télécharger le dossier level translators, avec circuit imprimé et datasheets

Télécharger le dossier du PIC, avec circuit imprimé et datasheets

Télécharger le dossier platine optionnelle, avec circuit imprimé et datasheets

Télécharger le dossier platine RS485, avec circuit imprimé et datasheets

Télécharger le dossier platine RS232, avec circuit imprimé et datasheets

Télécharger le dossier interface PC RS232 > RS485/422, avec circuit imprimé et datasheets

Télécharger l'ancien dossier révision 0, avec circuits imprimés et datasheets

Tous mes remerciements à Dave, G3YNH, qui m'a aidé à mieux comprendre le fonctionnement des détecteurs de résistance de conductance et de phase. Pour plus d'informations techniques, vous pouvez visiter son site: http://www.g3ynh.info/zdocs/index.html

Depuis sa mise en place en novembre 2008, et plus de 16000 visites sur cette page, UNE seule bonne volonté FRANCAISE nouvelle s'était manifestée pour se joindre à la petite équipe constituée de: F2MM pour la science du diagramme de Mr Smith et le logigramme, F3UE pour les tests et les rapports de tests suivant NF-EN 600, F1TE et F4DDJ (avec son équipe): les "PIC CADORS" pour la programmation, F5LJA pour la mécanique autour des motoréducteurs, et F1BHY pour la réalisation des circuits imprimés, pour les prototypes, et moi même pour les basse besognes comme la conception et la gestion de la réalisation et quelques menus travaux ....

Il nous manque encore quelques "bonnes volontés" supplémentaires pour se répartir les travaux de construction et de test des différents modules, et apporter de nouvelles solutions aux problèmes rencontrés. Pas besoin d'être ingénieur electronicien ou ingénieur informaticien pour participer, juste de la motivation, et le minimum de connaissances techniques et pratiques qui font la différence entre les VRAIS radioamateurs et cibistes, et le reste du monde .....

N'y aurait il que des "beaux parleurs (sachant tout)", "chefs de projets (ne sachant rien faire par eux mêmes) ", "joueurs de pipeau" (c'est joli le pipeau), "utilisateurs de matériels destinés aux radioamateurs (sans rien y comprendre)", ou des "OM's techniquement incompétents", juste capables de donner des conseils et des leçons dans notre beau pays ??????

Peut être que ce projet n'intéresse personne en France. Autre éventualité, qu'il y en ait quelques uns d'intéressés, et qu'ils attendent que ça leur tombe tout cuit et prémâché dans la bouche....

Prospective

Cela ferait un beau projet pour un radio club, une association regroupant des radio amateurs, ou un groupe d'OM's compétents et surtout motivés, ayant du temps libre .....

73's de Dominique.

f1frv@sfr.fr OU

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