Nedávno jsem se rozhodl oživit jeden klubový projekt, který ležel nějakou dobu u ledu a při jeho realizaci jsem narazil na potřebu výroby sdružovače pro 8 antén v pásmu 432 MHz. Takových sdružovačů už jsem v minulosti vyrobil několik a všechny fungují, proto jsem jeho výrobu nepovažoval za potíž. Pod dojmem toho, že je to snadné, jsem si kdysi asi ani nepoznamenal konkrétní rozměry, jediné, co si pamatuji je, že první kus nefungoval, resp. byl kmitočtově jinde, než by odpovídalo výpočtu, tak jsem vyrobil druhý, patřičně rozměrově upravený a ten už fungoval. Nesoulad rozměrů jsem přisuzoval okrajovým jevům na konci vedení a víc jsem se tím nezybýval. Nyní jsem se rozhodl přijít nesouladu na kloub a výrobu pořádně zdokumentovat.

Sdružovače již delší dobu vyrábím do hliníkového jeklu 30x60x2mm, vnitřní vodič je tvořen jeklem naohýbaným z měděného plechu na potřebný rozměr (TNX Jindrovi OK1DGY za pomoc, má ohýbačku a patřičně s ní umí zacházet). Výhodou konstrukce s použitím obdélníkového jeklu je třeba to, že na širší stranu se vejdou dva N konektory vedle sebe a na užší stranu jeden, takže maximální konfigurace, v případě oboustranného sdružovače s napájením uprostřed, je rozbočení pro 12 antén. Takto provedený sdružovač používáme v pásmu 2 m pro soustavu 12x5 el Yagi. Minimální konfigurace je rozbočení do dvou antén.

schematické provedení sdružovače.

Rozměry vnitřního jeklu záleží na tom, kolik antén hodláme sdružovat a jestli bude sdružovař jednostranný s napájením na jednom konci, nebo oboustranný s napájením uprostřed. Výpočet provedeme podle vzorce Z = druhá odmocnina z (Z1 x Z2), kde Z je impedance čtvrtvlnného vedení, Z1 je impedance na jednom konci vedení a Z2 je impedance na druhém konci vedení.V případě sdružovače pro 8 antén, který je oboustranný, bude Z = druhá odmocnina (100x12,5)= 35,3 Ohm. Impedance 100 Ohmů na jenom konci vedení je proto, že sdružovač je oboustranný.

Inpedanci obdélníkového vedení s obdélníkovým vnitřním vodičem exaktně počítat neumím, používám nomogramy, některé potřebné rozměry vnitřního jeklu jsou zde, platí pro vnější jekl 30x60x2, jehož světlost je 26x56mm:

Výroba jeklu z měděného plechu na ohýbačce má své limity, stroje určené pro výrobu okapů a parapetů logicky nejsou stavěné na tak přesnou výrobu, jaká je potřebná pro účel sdružovače, tak jsem objednal výrobu vnitřního jeklu na ohraňovacím lisu. Jekl je složen ze dvou kusů tvaru U, které jsou zasunuté do sebe a navzájem spojené pájením.

Vnější rozměr jeklu je 9x30mm, materiál je klempířský měděný plech tloušťky 0,6mm.

Vnější jekl po vyvrtání děr vypadá takto.

Okótovaný je jeden konec jeklu, druhý je shodný, jekl je osově i středově symetrický. Celková délka jeklu je 377mm. Upevňovací otvory se závitem M3 nejsou okótované, orýsování provádím tak, že do otvorů průměr 16mm vložím konektory a upevňovací otvory obkreslím. Průměr otvorů 16mm na N konektory se může přizpůsobit podle provedení konektoru, bývají různé. Podstatné (kvůli orýsování upevňovacích otvorů) je, aby konektor ve středovém otvoru seděl přesně bez vůle. Čtyři otvory průměr 4 mm slouží k upevnění kompenzačních indukčností prostřednictvím pájecích ok.

Po sestavení sdružovače jsem ho osadil osmi zátěžemi a změřil vstupní impedanci v napájecím bodě. Ukázalo se, že na 432 MHz má impedance reálnou složku 50 Ohmů, ale k tomu kladnou reaktanci cca 17 Ohmů.

Průběh impedance na kmitočtech od 400 do 600 MHz, marker je nastaven na 432 MHz.

Levý konec přivky odpovídá kmitočtu 600 MHz, pravý konec kmitočtu 400 MHz. Na průběhu impedance jsou zajímavé dva body - jeden z nich je je na kmitočtu cca 504 MHz, kde se křivka dotýká vodorovné osy a impedance je tedy reálná bez jalové složky, reálná část imedance má ale hodnotu cca 33 Ohmů  a druhý bod, kde se křivka dotýká kružnice procházející středem. Výhodné je, že je to na kmitočtu cca 432 MHz. Zde je reálná složka cca 50 Ohmů a stačí vykompenzovat jalovou složku . Řešením první varianty je zkrátit sdružovač tak, aby bod, kde je impedance reálná, padl na 432 MHz a zvětšit impedanci vedení tak, aby se impedance posunula z 33 Ohmů na 50 Ohmů. Řešení druhé varianty je vidět po vynesení impedance do Smithova diagramu.

Pohledem do diagrami vidíme,  že situaci by vyřešila sériová kapacita cca 22 pF. Protože první varianta řešení by znamenala vyhodit všechny již vyrobené vnitřní jekly, zkrátit vnější a začít od začátku, zkusil jsem se druhou cestu. (pozn.: vrátíme-li se na začátek článku, pochopíme, že ony zmíněné staré sdružovače jsou vyrobené první cestou).

Induktivní charakter impedance je pravděpodobně způsoben tím, že všechny N konektory jsou ke vnitřnímu jeklu připojeny kolíčkem dlouhým cca 8mm, jehož indukčnost na kmitočtu 432 MHz již nelze zanedbat a v konečném důsledku podstatně pokazí výsledek práce. Induktivní charakter impedance lze vykompenzovat vložením sériové kapacity, což ovšem z konstrukčního hlediska situaci komplikuje, protože by se obtížně vyráběla a musela by snést dlouhodobě výkon vysílače. Konzultoval jsem problém s Vaškem OK1VVP a ukázalo se, že řešení je jednoduché, sériovou kapacitu v napájecím bodě lze nahradit paralelní indukčností na opačné straně čtvrtvlnného vedení. V praxi to znamená vložit na konce jeklu celkem čtyři indukčnosti zapojené proti zemi (jekl má dva konce a na každém konci jsou dvě indukčnosti paralelně z důvodu zachování symetrie.

uspořádání je zřejmé z tohoto snímku

k plášti jeklu jsou indukčnosti připojené pomocí pájecího oka, rozvinutá délka každé cívky je 52mm, drát průměr 1mm. Změnou velikosti indukčností lze sdružovač naladit přesně na požadovaný kmitočet (v mém případě cca do středu pásma), je nutno dbát na to, aby všechny čtyři cívky byly shodné. Dolaďování lze provést posouváním konce indukčnosti v pájecím oku (ta část drátu, který přesahuje na druhou stranu od pájecího oka, se do indukčnosti nezapočítává. Šrouby M3 jsou zbytečně dlouhé, neměl jsem po ruce kratší.

Měření na hotovém sdružovači ukázalo útlum odrazu na vstupu cca 40 dB, útlum ze vstupu do jednotlivých výstupů byl naměřen v rozmezí 8,8 až 9,1 dB. Správná hodnota je 9,03 dB (10 log 0,125). V praxi je vyhovující útlum odrazu větší, než 26 dB.

Konstrukční poznámky:

1) všechny šrouby doporučuji použít nerezové.

2) konektory nestačí připojit k jeklu připájením natupo, spoj by vibracemi způsobenými větrem časem povolil a závada by se špatně hledala. Je nutné protilehlé konektory propojit drátem, drát provléknout skrz vnitřní jekl provrtanými otvory průměr 2mm v rozích jeklu a vše důkladně propájet.

3) konce jeklu se zavíčkují zátkami z plastu, lze je koupit ve Fabory, nebo v železářství V.J. Rousek. Do spodního víčka doporučuji vyvrtat "těsnicí" otvor.

4) uprostřed vnějšího jeklu vyvrtáme otvor pro N konektor včetně otvorů pro upevňovací šrouby M3 stejně, jako na krajích. Na protilehlé stravě vnějšího jeklu je nutné vyvrtat technologický otvor, aby bylo možné připájet střední vodič konektoru k vnitřnímu jeklu. Střední vodič je nutné pripájet k vnitřnímu jeklu na straně konektoru, ne na protilehlé. Aby to bylo možné, osadíme otvor uprostřed vnitřního jeklu válečkem. Nejdříve do vnitřního jeklu osadíme mosazný váleček, otvor pro něj vyvrtáme tak, aby do měděného jeklu šel zasunout natěsno. Poté váleček z obou stran zapájíme do vnitřního jeklu. S výhodou použijeme bezolovnatou pájku, dosáhneme tím toho, že při následném pájení konektoru k válečku normální pájkou s obsahem olova se nám neuvolní váleček v jeklu. Středem válečku provlékneme drát , který předem zapájíme do N konektoru. Střed válečku poté pořádně propájíme tak, aby cín zatekl až ke konektoru a spolehlivě ho připojil k jeklu na straně u konektoru. Technologický otvor poté zaslepíme záslepkou.

5) pájení provádím pistolovou páječkou, v případě potřeby si vypomáhám horkovzdušnou pistolí.

Měření na hotovém sdružovači: