1. This site uses cookies. By continuing to use this site, you are agreeing to our use of cookies. Learn More.

S-match enligt PA0FRI

Discussion in 'Antenner och master' started by SM6APQ, Sep 5, 2012.

  1. SM7EQL

    SM7EQL Kortvågs- och UKV-tekniker

    FPD skrev; "Myten om att gamla radiostationer med slutrör följda av en inbyggd antennavstämmare, (Pi filter) gjorde det möjligt förr att köra alla band med en dålig antenn ställer jag inte upp på."
    ----

    En rör-tx med inbyggt Pi-filter kan anpassa en matarledning inom ett begränsat impedansområde. Om lasten sedan är helt resistiv, induktiv eller kapacitiv spelar näppeligen någon roll. Om "dip" erhålls och kan fyllas ut samt om man håller sig till rördata så lär inget rör brinna upp.

    /Bengt
     
    1 person likes this.
  2. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Hmm... på något sätt känns detta bekant och har förvisso diskuterats tidigare här på ham.se.

    Jag förstår att du, utifrån dina erfarenheter, reagerar och spetsar till det Roy, men att påstå att det är finns mytbildning kring detta är kanske lite väl magstarkt.

    Även om ett pi-filter, i sig, har ett mycket stort impedansanpassningsområde, med lämpligt komponentval, så kan jag hålla med dig om att pifiltret i de flesta kommersiellt byggda rörsändare, hade ett förhållandevis snävt område de kunde anpassa inom. Detta då p.g.a. val av enklare och billigare komponenter.

    Dock täckte dessa betydligt större impedansområde och komplexa laster än dagens AT, som numera finns i våra stationer.

    Av det skälet fanns det då, likafullt som idag, behov av externa avstämmare!

    Att man skulle bränna upp slutrören på grund av att man med pi-filtret lyckats avstämma en antenn som inte är i resonans, till en för rören korrekt belastningslinje, är rent nonsens! Såna påståenden borde du kanske hålla dig för god för.

    Allt som inte hanteras riktigt kommer att uppvisa en viss ömtålighet och kanske fanns inte lika mycket "hängslen och livrem" i de gamla rörstationerna som i dagens överbeskyddade transceivrar! Dock är det ändå inte särskilt svårt att knäcka dessa heller, med en lagom dos SBK!

    73/Lasse
     
    3 people like this.
  3. JanneG

    JanneG Well-Known Member

  4. SM7EQL

    SM7EQL Kortvågs- och UKV-tekniker

    BNV skrev; "Att med små medel kunna göra stora saker är en utmaning i sig enligt min åsikt"
    ---

    Det är en bra sammanfattning Åke. Den stationsuppställning du presenterar är ett utmärkt exempel på en nära nog optimal installation. Om vi bortser ifrån själva antennen så finns det möjligtvis en viss förbättringspotential i anpassningen mellan matarledning och sändare. Kanske går det att hämta hem några tiondels dB eller på sin höjd 1 dB om din S-match förses med "grövre komponenter" eller du använder dig av en linkkopplad dito också den dimensionerad för låga förluster. I praktiken betydelselösa skillnader.

    Men det är ändå intressant att diskutera ämnet då det blir tydligt att man inte kan få allt. Kompromisser blir alltid nödvändiga och det slutliga valet man gör beror på vad man som användare efterfrågar och prioriterar. Jag har t ex aldrig använt matchboxar i mina fasta antennsystem. Jag har aldrig haft antenner för samtliga band uppe samtidigt. Alla antenner är och har alltid varit resonanta och matade med 50 ohm.

    Jo, jag har byggt ganska många sorters matchboxar under årens lopp men då mest för att det varit intressant och i syfte att optimera och minimera förluster. Några av dessa boxar har använts vid div field days och DX-peditioner där antennförutsättningarna varit okända.

    CBS DE EQL
    Jag lovar att jag skall svänga ihop en S-match framåt vintern och jämföra med den jag har på hyllan här. :)

    /Bengt
     
    1 person likes this.
  5. SM7EQL

    SM7EQL Kortvågs- och UKV-tekniker

    CBS skrev; "Det optimala läget inträffar alltså då man har lägsta swr och då har man också max antennström. Man behöver alltså ingen indikator på utströmmen...swr-indikatorn räcker. Det är den enkelheten som gör s-matchen så effektiv och attraktiv."
    -----

    Jag vill bara lägga till att det optimala läget som "bevisas" av lägsta SVF inte nödvändigtvis behöver betyda låga förluster. Du kan för att spetsa till det en aning linda en spole av järntråd och ändå finna en kombination mellan L och C som ger ett lågt SVF.

    I de länkar som AQW hänvisade till beskrivs flera intressanta mätmetoder och en kopplingsbox med ett antal motstånd valda så att de utifrån mittinställningen på omkopplaren fördubblas resp halveras i varje steg.

    Finessen med de beskrivna metoderna bygger på att man kan använda en "Antenna analyzer" d v s en lågeffekt oscillator och mätbrygga för att få fram mätdata. Sak samma kan du göra med en vanlig "QRO-sändare" och SVF-meter men då måste motstånden naturligtvis tåla effekten.

    Om din S-match är helt förlustfri så skall den efter att ha stämts av till t ex 200 ohm med SVF 1:1 visa SVF 2:1 vid 100 resp 400 ohm. Avviker dessa värden så betyder det att det finns förluster och hur mycket kan räknas ut med de formler som presenteras. Mätningen kan sedan utföras vid olika laster. Sannolikt kommer S-matchen att visa ökande förluster när du går mot mycket låga resp mycket höga impedanser.

    Blir nog till att svänga ihop en sådan box här också. Tycker att mätmetoderna i sig är intressanta och går ju att tillämpa på fasta impedanstransformatorer också.

    /Bengt
     
  6. SM6APQ

    SM6APQ Well-Known Member

    balanserade antennavstämmare

    Jag skiljer på antennavstämmare för hemmabruk och sådana för portabelt bruk när jag är (var) på resande fot.

    Den "portabla" avstämmaren utgjordes av ett dubbelt pi-filter närmast feederledningen. Två små BC-kondingar - cirka 500-pF vardera och två amidon ferritringar med ett antal varv av 2 mm lacktråd var inbyggda i en plastlåda. En Yaxi-switch med två "däck" kortslöt succsesivt de bägge spolarna. För att få "någotsonär" balansering var ingången försedd med en ferritstav lindad med RG-58.

    I "bagaget" hade jag dessutom alltid med mig ett 40-tal meter av Claes Olssons grå 300-ohms bandkabel och små "sockerbitsstora" teflonisolatorer. Allt för att hålla vikten nere.

    Koaxmatade dipoler, W3DZZ, FD-4 m m göra sig icke besvär!

    Som antennlina använde jag 1,5 mm lacktråd. Jag valde längden på den mittmatade dipolen efter vad omgivningen tillät. Hade jag två träd 50 meter från varandra blev det en 2 x 20 m dipol. Fall - upphissningslinor - utgjordes för det mesta av nylontråd - fisklinor. Cu-tråd och fisklinor fanns alltid att införskaffa lokalt.

    På det viset var jag QRV från många länder i Mellersta Östern, Fiji-öarna, Nauru, Vanuatu, Solomon Islands (Guadalcanal!) etc.
    Jag erhöll licens i de flesta länder. Med hjälp av den beskrivna portabla tunern och den mittmatade antennen hade jag QSO på amatörfrekvenserna och dessutom med Stockholm Radio, Göteborg Radio, Svenska Ambassaderna, UD i Stockholm, FN-kontoren m m, allt för att jag satsat på en antenn mittmatad med bandkabel - oslagbart!

    73
    Bengt SM6APQ
     
    Last edited: Sep 6, 2012
  7. SM4INV

    SM4INV Well-Known Member

    CBS skrev; "Det optimala läget inträffar alltså då man har lägsta swr och då har man också max antennström. Man behöver alltså ingen indikator på utströmmen...swr-indikatorn räcker."
    -----
    Jovisst, ett 50 ohms motstånd ger swr 1:1 men inte strålar det så bra inte... ;-)

    /p-a
     
  8. SM7CBS

    SM7CBS Well-Known Member

    Hej igen!
    För att förklara/förtydliga än en gång hur det kommer sig att det finns bara ett optimalt LC-förhållande i en LC-krets vill jag bifoga nedanstående utredning som Karl-Arne gjorde i en annan tråd som "Sparky" startade 2012-05-02 med rubrik Stege-Twin koax-jmf.
    Citat:
    Ursprungligen skriven av Sparky:
    Ditt L-filter är betydligt bättre, men som sagt, det finns mer än en kombination av L & C som "gör jobbet".

    Karl-Arne skrev:
    Ska vi vara strikta så finns det bara en kombination av L och C i ett L-nät
    för impedansanpassning som ger lägsta SWR.

    Detta kommer ur en fundamental egenskap hos impedansnät som bara innehåller två komponenter, nämligen att transformationsförhållandet är låst till att vara = Q^2+1. Q bestäms entydigt av förhållandet mellan reaktans och resistans i antingen ingångs- eller utgångssidan.

    Enklast kan man se detta i Smith-diagrammet, där en resistans på ena sidan nätet seriekopplas med en reaktans så att det uppstår en komplex impedans.
    Man följer då en konstant resistanscirkel. Denna motsvaras också av en
    konstant konduktanscirkel, och när man når en punkt på denna som ger den
    önskade resistanskomponenten på den andra sidan, kopplar man en reaktans av motsatt tecken parallellt så att den resulterande impedansen blir rent reell.

    Det finns bara en kombination av reaktanser, L och C, vilken ger den önskade transformationen i ett L-nät från den ena reella impedansen till den andra.
    När det villkoret är uppfyllt kommer antennströmmen att vara maximal, samtidigt som SWR är som lägst.

    Ett annat läge uppstår när man har fler frihetsgrader som i t.ex. Pi-nätet. Där kan man välja Q mer oberoende av transformationen. Dock kan inte Q i ett godtyckligt transformationsnät understiga roten
    (transformationsförhållandet-1)

    73/

    Karl-Arne
    SM0AOM

    Hälsningar
    Tore SM7CBS
     
  9. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Där fick vi antagligen "svart på vitt". Intressant!

    Den möjliga frågan som kvarstår är huruvida vi kan betrakta S-matchens kretslösning som ekvivalent med en L-krets? Inte helt enkelt att utreda, tycker jag. Någon?

    73/Lasse
     

    Attached Files:

    Last edited: Sep 6, 2012
  10. SM6APQ

    SM6APQ Well-Known Member

    Pi-filter i rörslutsteg

    FPD skrev:

    Myten om att gamla radiostationer med slutrör följda av en inbyggd antennavstämmare, (Pi filter) gjorde det möjligt förr att köra alla band med en dålig antenn ställer jag inte upp på.
    Faktum är att det såldes avsevärt fler fabriksbyggda och mycket dyra antennavstämmare på rörtiden. Avsedda att kopplas efter rörstation med Pi-filter. Där då Pi-filtret först stämdes av mot konstlast.
    Efter detta ett Pa och sen en ännu större dyrare avstämmare.

    Dessutom, de som gjorde så att de tvingade röriggens inbyggda avastämmare, Pi-filter till en antenn utanför dess resonans, brände ofta upp rör-riggen.
    Man bytte rör, man modifeirade till sändarrör, man lämnade in för rep, man bytte vridkondingar, och skrotade riggar.

    nej rör-riggarna var ofta väldigt ömtåliga.




    På 50 och 60-talet var jag QRV som SM8APQ/mm och sedan SM6APQ/mm. Som telegrafist på tankbåtar i oceanfart hade jag med mig hemmagjorda sändare. Ofta var det xtallstyrd 6AG7 följt av 6146 med Pi-filterutgång. Om jag inte minns fel plågade jag 6146:an med 750 volt på anoden. Enligt datablad skulle röret lastas ut till 100 mA anodström. Då var input 75 Watt.
    Jag använde fartygets stora "T-antenn" bortkopplad från Televerkets ST-450.

    Denna antenn var absolut inte i resonans på något amatörband (ej heller på någon marin frekvens!).

    Pi-filtret i mina hemmabyggen bestod C2 (load-kondingen) av en c:a 500 pF BC-kondensator.
    Genom att starta med C2 helt invriden (max kap) och sedan hitta dippet med C1 kunde man sedan långsamt minska C2 och efterjustera med C1 tills anodströmmen var c:a 100 mA.

    Jag kunde stämma samtliga amatörband 3,5 - 29 MHz utan problem.

    Jag har aldrig förstört ett slutrör.

    73
    Bengt SM6APQ
     
    Last edited: Sep 6, 2012
    4 people like this.
  11. SM7EQL

    SM7EQL Kortvågs- och UKV-tekniker

    BDZ skrev; "Den möjliga frågan som kvarstår är huruvida vi kan betrakta S-matchens kretslösning som ekvivalent med en L-krets? "
    -----

    Det kan man fråga sig. Jag finner ingen mer detaljerad genomgång av S-matchen på PA0FRI:s sida men utgår ifrån att man för optimal anpassning måste kunna variera såväl kopplingsgraden som avstämning till önskad frekvens.

    Det finns i S-matchen en variabel kondensator och en variabel induktans som kan bringas i resonans. Kopplingsgraden borde kunna varieras genom att man helt enkelt varierar L/C-förhållandet med bibehållen resonansfrekvens. Är det så det är tänkt månne?

    CBS frågade tidigare varför kretsen gick att få i resonans på 28 MHz när de två induktanserna på järnkärnan borde vara allt för stora för så hög frekvens. Kan det vara så att de är lindade på ett sådant sätt att den ömsesidiga induktansen gör att serieinduktansen blir noll, d v s spolarna på ferriterna inte ingår i resonanskretsen?

    I schemat ser det ut som PA0FRI använder två separata kärnor medan det i andra kopplingar jag sett på bild bara används en enda där alla spolarna är lindade. Spelar detta ingen roll och varför inte i så fall?

    Jag slänger ut en metkrok till experterna och undrar hur S-matchen egentligen fungerar lite mer detaljerat.

    /Bengt
     
  12. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Det är högintressant att försöka bena ut hur S-Matchen egentligen arbetar.

    Jag slänger också ut en fråga till Er.

    Om vi, för att förenkla schemat, tänker bort den del som har med omvandlingen från obalanserad till balanserad signal i kopplingen att göra och förutsätter att avstämmaren matas med en balanserad signal med 50 ohm impedans, borde vi kunna rita om schemat enl. nedan.

    Om det då är riktigt, finner vi att avstämmaren endast består av en parallellkrets, där vi har möjlighet att välja om vi vill mata densamma över den variabla kondensatorn eller den variabla spolen samtidigt som vi ansluter belastningen till den motstående reaktiva komponenten.

    Kan man tänka så?

    73/Lasse
     

    Attached Files:

  13. SM7CBS

    SM7CBS Well-Known Member

    EQL skrev: Kan det vara så att de är lindade på ett sådant sätt att den ömsesidiga induktansen gör att serieinduktansen blir noll, d v s spolarna på ferriterna inte ingår i resonanskretsen?

    Precis samma tanke har slagit mig. Min opålitliga ryggmärgskänsla säger mig att Du är rätt ute. Men jag gör som Du, väntar på någon expert fastnar på kroken!

    Lasse/BDZ och jag talades vid tidigare i kväll och allt tyder på att kretsen fungerar som ett dubbelt L-filter, tycker jag.

    Eftersom balans råder så måste det finnas en flytande balanspunkt både på in- och utgångsidan.
    Det betyder ju att hela kretsen i så fall bildar ett L-filter på ömse sidor om den flytande mittpunkten. Alltså ett dubbelt L-filter.
    Resonemanget styrks av att jag i eftermiddag gjort flera kontroller och konstateranaden att max feederström sammanfaller med minimum swr på ingången.
    Alltså det villkor som Karl-Arne stipulerar ovan...dvs att i en L-krets finns ett enda optimalt läge för LC-förhållandet och i det läget sammanfaller max antennström med min swr. I alla andra lägen ökar swr och antennströmmen minskar. Oavsett ev. förluster.

    PA0FRI har också ritat några s-matcher med flergangade vridkonsatorer på ingången som är mittjordade.

    Frågan är ju om det villkoret ovan kan gälla för andra enkla kretsar än L-kretsar? Jag tolkar Karl-Arnes redogörelse att så inte är fallet.
    Mitt antagande inledningsvis att s-matchen i grunden är ett parallellfilter tror jag inte längre på. Fast jag har ju haft fel förut! Vi ställer vårt hopp till experterna!
    Karl-Arne var inte tillgänglig i kväll.
    God Natt!
    Tore
     
    Last edited: Sep 7, 2012
  14. SM7CBS

    SM7CBS Well-Known Member

    Lasse!
    Ja, kolla PA0FRI:s hemsida. Han har flera scheman där han visar anslutningar precis som Du tänker.
    Men en annan sak. Om vi påstår att man matar balanserat på ingången så måste det ju finnas en flytande mittlinje? Och på ömse sidor om den har Du en L-match? Se ovan.
    Det är ju så The Balanced Balanced tuner fungerar. Den som AG6K visar på somis.org.
    Den har ju flytande balanspunkt både på in- och utgången och ses som ett dubbel L-filter.
    God Natt igen!
    Tore
     
  15. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Under tiden jag ritade och tänkte på ytterligare alternativ krets/schema-förenkling, skrev du vad jag tänkte Tore! :)

    Man skulle kunna se kretsen som ett L-filter i varje branch på den utgående matarledningen. Toroid-trafons funktion blir då, förutom att vara balun, som powersplitter och fasvändare!

    Jag är böjd att hålla med om att det är den troligaste funktionen, då även min ryggmärgskänsla talar till mig och säger att en L-krets är mer "avstämningsanordning" än en parallell dito! Det förenklade schemat skulle då kunna bli enl nedan.

    73/Lasse
     

    Attached Files:

    Last edited: Sep 7, 2012
  16. SM0AOM

    SM0AOM Well-Known Member

    Tittar man på de scheman som PA0FRI har på hemsidan, så ser man att S-matchen konceptmässigt började som ett L-nät.

    Sedan delades transformatorn som finns på ingången upp i två halvor och sist blev den två kopplingslindningar i var sin 1:1 transformator som sitter i serie med resonanskretsen. Genom att göra så kan obalansen som orsakas av strökapacitanser och -induktanser på högre frekvenser kompenseras.

    L-nätets funktion bygger i princip på impedanstransformationen inom en serie-till parallellkrets, så det är inte fel att betrakta S-matchen antingen som ett L-nät, en seriekrets eller en parallellkrets, beroende på vilken egenskap man vill analysera. Allmänt sett råder förhållandet mellan realdelarna i en resonanskrets betraktad som antingen seriekrets eller parallellkrets:

    Rp = Rs * Q^2+1 eller Rs = Rp/(Q^2+1)

    där man känner igen transformeringsvillkoret för L-nätet. Går det att välja Q inom vida gränser genom att ha stora variationsområden för L och C så ser man att realdelarna Rs resp Rp också kan varieras påtagligt.

    Orsaken till att S-matchen får ett sådant stort transformationsområde är att LC-produkten kan ställas in inom vida gränser och att det finns två möjligheter att ansluta antennen, antingen över kondensatorn eller över induktansen. Då kan man dra nytta av förmågan att absorbera reaktiva komponenter i antennimpedansen i antingen spolen eller kondensatorn beroende på tecken, samt att en lågohmig last kan sättas över kondensatorn när den har ett stort värde för en given frekvens.

    Detta är en direkt analogi till serie- respektive parallellavstämning i den linkkopplade avstämmaren.

    Finns det möjlighet till att göra uttag på spolen ökar också transformationsområdet.

    Sammanfattningsvis är S-matchen en "listig" tillämpning av fundamental kretsteori, och den har inga "magiska egenskaper". Den har samma begränsningar som andra avstämmare genom begränsningarna hos realiserbara komponenter.

    Det finns anledning att anta att förlusterna i S-matchen är något högre vid stora transformationsförhållanden jämfört med andra realiseringar genom att det sitter järnpulverkärnor konstant inkopplade i kretsen. Dock är dessa förluster sannolikt marginella.

    73/
    Karl-Arne
    SM0AOM
     
    3 people like this.
  17. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Tack Karl-Arne!

    Jag tror vi börjar fatta! Håller med om att konceptet är listigt när det nu uppenbarligen är så att det nyttjar många av de fördelar som en traditionellt linkkopplad avstämmare kan tänkas ha.

    En ytterligare fråga. Ska induktansen i lindningen i toroid-transformatorn verkligen anses ingå i resonanskretsen/L-kretsen?

    Jag tänker mig att man ser trafon som generator, powersplitter och fasvändare, fast det gör kanske ingen skillnad?


    73/Lasse
     
  18. SM0AOM

    SM0AOM Well-Known Member

    Om man kan betrakta 1:1 transformatorn som ideal så har den ingen induktans.

    Realiserbara transformatorer har däremot alltid en del läckinduktans, och det är med denna man behöver räkna. Troligen så går det att försumma läckinduktansen långt upp i frekvensområdet. När den inte längre kan försummas blir den en del av avstämningsinduktansen.

    I den "ideala världen" har det ingen betydelse hur transformatorn är gjord, men i verkligheten kan det finnas ett inflytande av om den är delad eller inte.

    Transformatorn är däremot varken powersplitter eller fasvändare, eftersom den cirkulerande strömmen genom en resonanskrets alla delar måste vara i fas. Skulle en halva av transformatorn vara i motfas med den andra så blir det omöjligt att mata in effekt i anordningen, eftersom strömmarna då kommer att sträva efter att ta ut varandra.

    73/
    Karl-Arne
    SM0AOM
     
    Last edited: Sep 7, 2012
  19. SM4RNA

    SM4RNA Well-Known Member

    Verkar vara mycket jobb att uppnå den perfekta balansen. Kanske inte riggarna ska ha en koaxialkontakt? Kanske man ska ha två keramiska genomföringar i locket på radion och ett balanserat steg? Eller bygga PA:t balanserat?
     
  20. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Nu förstår jag inte riktigt. Om man tillför kretsen energi (e.g. 2 kretsar i det här fallet - en i vardera branchen) i var sin branch, måste väl strömmarna vara 180 grader ur fas, för att den totala strömmen i kretsen skall vara i fas?

    RNA: Om det känns jobbigt att läsa, finns ju fler trådar att ta del av. Det som diskuteras här handlar egentligen inte om balansvillkor, utan om verkningssättet hos en avstämmare!

    73/Lasse
     
    Last edited: Sep 7, 2012

Share This Page