Antennanpassare - Transmatch - Matchbox - ATU - Antenna Tuner - Vimpa

Varför inte "impedansanpassare", det är ju vad det handlar om, inga antenner avstäms med en dylik låda, utan matarledningen anpassas till sändaren. Eftersom den är variabel får vi kortordet "vimpa", plural "vimpor", ett smidigt ord som stavas, uttalas och böjs svenskt. Nutida amatörradiotidskrifter vimlar av annonser för sådana burkar, men i annonserna i ARRL:s handbok 1955 finns bara en enda.
Gamla tiders rörbestyckade sändare hade nämligen avstämbart pifilter med rejält variationsområde. De kompakta SSB-stationerna på 60-talet fick reducerade möjligheter att anpassa olika impedanser och i och med transistorsändare med oavstämt slutsteg kom behovet att belasta dem med 50 ohm resistiv impedans. När sändarna var rörbestyckade var 20 dB extra övertonsdämpning välkommen och kunde rentav göra lågpassfilter obehövligt. I och med transistorstegens intåg finns effektiva filter inbyggda från början, så vimpor av högpasstyp har blivit populära. Ägare till rörslutsteg förväntas använda separat lågpassfilter till dem.
Vimpor är inte billiga, de är ofta prissatta till flera tusen kronor. En normalhändig person utan elektronikutbildning kan emellertid bygga en med samma funktion för ett par hundralappar om han besöker loppmarknader och vet vad han ska leta efter. Här visas olika kopplingar med förklaring på vad de är bäst lämpade för. Vilken är då den bästa vimpakopplingen? Det är ingen dum idé att ha två, en för balanserade och en för obalanserade matarledningar.

L-filter
Enkla hembyggda anpassare för en enkeltrådsantenn kan göras med L-filter (fig.1). Ett sådant anpassar till högre än 50 ohm, men för god flexibilitet måste en allbandsversion ha rullspole eller omkopplare med massor av uttag. Jag seriekopplade två 11-vägsomkopplare innan jag blev nöjd, det ger ett läge per spolvarv. Vridkondensatorn kan vara på ca 250 pF med inkopplingsbar parallellkondensator på samma värde för lågfrekventa banden. Alternativt används en tvågangskondensator. Filtrets belastade Q-värde, och därav avhängiga bredbandighet och övertonsundertryckning, beror på impedansomsättningen. Med högre omsättning följer högre Q-värde som är roten ur impedansomsättningen. Ett sådant L-filter är av lågpasstyp och dämpar alltså övertoner.
Med en omkopplare kan kondensatorn skiftas till ingångssidan och då transformeras 50 ohm till lägre impedans. Då krävs mycket större kapacitans, men å andra sidan klarar man sig med mindre plattavstånd eftersom spänningen inte överstiger 250-300 V. Ett alternativ är att sätta en bredbandstransformator 4:1 på ingången och anpassa uppåt från 12 ohm.

Fig. 1  Bandomkoppling ej utritad.

Parallellkrets
I ARRL:s handbok 1955 annonserades Johnsons "Matchbox" (fig.2). Den innehåller en parallellavstämd krets och används både med stege och ändmatade trådar. Kopplingen till matarkabeln görs kontinuerligt variabel med vridkondensator istället för att man provar ut var på spolen uttagen ska sitta. Därmed spar man in ett par omkopplardäck och får stor flexibilitet, men kondensatorerna måste vara av differentialtyp, tvågangare där ena sektionen är invriden när den andra är urvriden. C2 utgörs av två tvågangare, hoplänkade med t ex skalsnöre. Filtret dämpar övertoner med ca 20 dB. "Matchbox" gjordes i två versioner för 275 W resp.1 kW input. (275 W AM motsvarar ca 750 W PEP ut.) Kondensatorerna är på 100 pF per sektion. Obalanserad ledning ansluts till den ena utgångskontakten.
En version med "normala" vridkondensatorer beskrevs i ARRL:s handbok 1964 (fig.3). Spoldata  Med C3 urvriden matas en extremt lågimpediv nedledning med seriekrets.

Fig. 2   Bandomkoppling ej utritad.
Fig. 3  C1 250 pF, övriga 100 pF per sektion


En enklare variant av parallellkrets är att slopa C2 och C4, använda 2x200 pF till C3 och ha två extra omkopplardäck som ansluter stegen till spolen. Med en fast antenninstallation provar man ut var uttagen ska sitta. Primärspolen bör ha en tiondel av sekundärlindningens varvtal och det räcker med ett omkopplardäck där för att välja varv. De andra däcket kan användas till att koppla in kondensatorer parallellt med C1.
Läs även Mina erfarenheter av parallellavstämd stegmatare som bygger på två konstruktioner, högeffekt- och medeleffektvariant.


Jag avstod i detta medeleffektbygge för 1,8-18 MHz från de mest högfrekventa banden, med en så tätlindad spole blir det så få varv på 21-29 MHz att man inte får rätt varvtalsförhållande mellan primär- och sekundärspole. Träplattan reducerar strökapacitanser, min högeffektvariant på sådan har separata kretsar för 1,8-7 MHz och 10-29 MHz. Den vänstra vridkondensatorn som ligger i serie med kopplingsspolen har jag inte behövt använda, den är överkopplad med den lilla brytaren till höger, eftersom den spolen alltid har en tiondel av sekundärlindningens varvtal.

Det går inte att få med alla nio KV-banden i samma konstruktion, i detta försök är lägsta frekvens 3,3 MHz och jag kom bara till 25 MHz med konstant varvtäthet på 32 mm plaströr. Tråddiametern är 1 mm och varvtalet på 25 MHz är 4+4 varv. Den innersta delen av spolen behöver lindas med glesare varv för att ge tillräckligt många uttag till matarledningen. Jag har i denna version avstått från seriekondensator till kopplingsspolen, men plats finns under instrumentet om det visar sig att en sådan behövs. SVF-mätarens strömtransformator är monterad på koaxialkontaktens hylsa med ett gummimellanlägg.

Multibandkrets
Samma år 1955 saluförde Harvey-Wells en omkopplarlös vimpa kallad "Z-match" (fig.4), som beskrevs i QST samma år av W1JCL och var gjord för samma antenntyper som Johnsons burk. Kopplingen beskrevs i QTC 12/70. Kommersiellt tillverkades den även av KW. Electronics. Med vridkondensatorer med låg minimikapacitans kan den även täcka 10 MHz-bandet och där väljer man lågbandsspolen, alltså med kondensatorerna nästan helt urvridna. Att man måste byta uttag mellan låg- och högfrekventa band är priset man får betala för att slippa jaga keramisk omkopplare. Konstruktionen är optimerad för 300-600 ohms belastning. På sistone har en enkelspolevariant (fig.5) blivit populär bland lågeffekt-entusiasterna som använder järnpulvertoroidkärna och plastvridkondensatorer, "sockerbitar", för nätta yttermått. Med två sekundärspolar kan man välja mellan låg- och högimpediv belastning. Spoldata: 24 v på T130-6 med uttag 6 och 12 v från botten. Link 10 v och 4 v, centrerade runt det jordade uttaget på primärsidan. Mer webbinfo finns av W6JJZ. Jag har läst rapporter om att Z-match inte ger riktigt balanserad matning till stege, jag mätte aldrig då jag använde denna typ men det är klokt att kontrollera med termokorsinstrument eller små glödlampor.
Både Johnson-boxen och Z-match saknar 1,8 MHz.

Fig. 4
Fig. 5

T-nät
I början av 60-talet kom Millens "Transmatch" (se fig. 6 nedan), avsedd för koax- och enkeltrådsmatning. Den är gjord med T-filter och baserades på en beskrivning i QST 1961 av McCoy, W1ICP. Millen erbjöd versioner för 300 W och 1 kW input. Ingångens tvågangskondensator kan ersättas av en engangs seriekondensator utan någon skillnad i funktion, och det är den kopplingen som är dominerande i dagens kommersiella utbud. Kopplingen är av högpasstyp. Ville man ändå använda sin tvågangare rekommenderades man i ARRL:s handbok 1987 att koppla enligt "SPC", dvs skifta in- och utgång för att få en viss övertonsdämpning. T-filtret har det största variationsområdet av alla här beskrivna kopplingarna, förutsatt att man använder rullspole. Omkopplare med ett läge per band räcker inte för alla typer av impedanser.

En liten plexiglaskonstruktion för 100 W-nivå, med 24 omkopplarlägen, spole på 27 µH och inkopplingsbara fasta parallellkondensatorer 270 pF över de variabla på 300 pF fås anpassning på alla KV-band. Med mantelströmsfilter i form av bifilär lindning på ferritstav anslutet till ingången är anpassaren lämplig även för balanserad matarledning. Se fig.9 nedan.

En högeffektversion med kraftig rullspole på 30 µH och kondensatorer på 2x200 pF med 2 mm luftgap. Omkopplare för in-/urkoppling och val av parallellkopplade kondensatorsektioner eller inte.

Här ses inkråmet i Alinco EDX-1: 300 pF-kondensatorer, 20-varvs spole med 2 cm diameter för 7-28 MHz samt seriekopplade T130-2 toroider med 24 varv för 3,5 och 1,8 MHz. Toroidkärnor ger mindre dimensioner men dubbelt så hög dämpning som luftspolar. Normalt förorsakar en vimpa 10 % effektförlust. EDX-1 dämpar hela 20 % på 3,5 MHz-bandet, men byter man toroiden mot en spole på pvc-rör halveras dämpningen.

Fig. 6  T-filter, rullspole eller fast spole med många uttag.
Fig. 7  Modifierat pifilter, bandomkoppling ej utritad.

Pifilter
Drake kom 1967 med MN-4 och MN-2000 (fig.7) för enbart koaxialkabelmatning (SVF upp till 5:1) och innehållet är ett modifierat pifilter med variabel seriekondensator till antennkontakten. Här syns innanmätet i Daiwa CNW-518 för 3,5-29 MHz och även Tokyo gjorde en vimpa med Drakes koppling. Kondensatorn på ingången utgörs av fasta glimmerkondensatorer som väljs med bandomkopplaren, från 300 pF på 28 MHz till 2400 pF på 3,5 MHz. En senare modell Drake MN-2700 har inkopplingsbara kondensatorer på 150 eller 300 pF som läggs parallellt med vridkondensatorerna på 240 pF för att utöka frekvensområdet till 1,8 MHz. Därmed undgår man problemet med att större vridkondensatorer får för hög minimikapacitans.

Fig. 8  Rullspole eller fast med många uttag.
Fig. 9 Balanserad variant av fig. 6.

Balanserade kopplingar
Parallell- och multibandkretsarna har balanserad utgång för perforerad bandkabel eller stege. Pi- och T-filtren är avsedda för obalanserad kabel, så en balun- (symmetri-) transformator behövs. Fram till sista åren har balunen placerats på utgångssidan, där den möter impedanser som den inte är dimensionerad att hantera. Resultatet blir effektförlust och rent av överslag och/eller överhettning. En ny typ av vimpa för balanserade ledningar kom i mitten av 90-talet. Balunen sitter på ingången där den får möta rätt impedans och transformeringen sker därefter med en mer eller mindre balanserad T-krets (fig. 8 och 9). QST hade i september 2004 en jämförelse mellan olika modeller och jämförde dem med gamla Johnson.

Komponentjakt
Att leta efter på loppis och i amatörkompisarnas kartonger? Vridkondensatorer med 1-3 mm luftgap och kapacitans på 250 pF. Halva avståndet kan räcka för den som nöjer sig med blygsam effekt. För 1,8 MHz behöver man parallellkoppla med 200 pF fast högspänningskondensator, glimmer eller keramisk.
En rullspole på 25 µH är perfekt för den som behöver största möjliga impedansomfång och varvräknare kan göras med gummirem till ett räkneverk från bandspelare. I brist på rullspole tar man en fast spole med ca 5 cm diameter och kompletterar med en keramisk omkopplare med 11 lägen. För 100-wattsnivån går det med pertinaxisolering och jag har sådana omkopplare med 24 lägen, de ger nästan samma möjligheter som en rullspole.
Isolerande axelkopplingar, planetväxlar och rattar med krage är annat godis att spana efter liksom enklare omkopplare med två lägen för in- och urkoppling av vimpan.
Ska det vara inbyggd ståendevågmeter behövs ett panelinstrument med 100 µA känslighet. Från skrotade kassettdäck kan man ta två VU-metrar och fixa till skalan lite, någon absolut kalibrering behövs ju inte.

Automatiska vimpor
De kräver naturligtvis strömförsörjning även i mottagningsläge och bör kompletteras med balun för balanserade matarledningar. Möjligen kan man få någorlunda balans utan en sådan om man lindar koaxialkabeln från sändaren och manöverkabeln på ferritkärnor. Tre långa hoptejpade ferritstavar ger lagom diameter och tillräcklig induktansfaktor med RG-58. För effekter upp till ett par hundra watt finns det flera modeller att välja mellan och jag har sett åtminstone en modell som klarar 1500 W CW. I Kenwood TS-930SAT sitter en med motordrivna vridkondensatorer som klarar koaxmatade antenner bra. Den senaste generationen arbetar med reläer som kopplar in fasta kondensatorer och spolar. Jag hade tillfälle att undersöka en SGS-239 som har fått mycket beröm av användare. Det är ett pifilter som kan ändras till L-filter om ena kondensatorn kopplas bort. Ingångskondensatorn kan varieras i 50 pF-steg mellan 0-3150 pF och utgångskondensatorn i 50 pF-steg mellan 0-750 pF. Spolen varieras i 0,12 uH-steg från 0,12-15,87 µH. Det krävs 17 reläer som styrs av en mikroprocessor.
Den största fördelen med automatiska konstruktioner av detta slag är att de kan sättas vid antennen, t ex mobilantennfästet eller där den ändmatade tråden når husgaveln. Med inbyggda batterier behöver de inte ens strömförsörjningskabel. En annan fördel är att synskadade får det enklare att handskas med sin station. Det går också snabbt att byta band, man slipper att krana på två rattar och stirra på SVF-metern samtidigt. En nackdel är att den oerfarne amatör som börjar med en automatisk konstruktion inte lär sig handskas med en manuell och därmed blir lika hjälplös som han är inför ett rörslutsteg där det står Tune och Load ovanför rattarna.

Åter till Tekniskt-sidan