K1FM MANYETİK LOOP ANTEN - VERSİYON 2 (UZAKTAN KONTROLLÜ - OTOMATİK)

K1FM MAGNETIC LOOP ANTENNA - VERSION 2 (REMOTE CONTROLLED - AUTO)

ABD'den Kanada'ya taşınırken bir kutuya giren bizim loop anten, küresel salgın, lojistikte aksamalar, sokağa çıkma yasakları falan derken 2020 sonuna kadar parçalarına ayrılmış olarak bir çekmecede kaldı. Nihayet yılbaşına yaklaşırken işlerin yavaşlamasıyla biraz amatör çalışma yapmaya karar verdim. Önceleri dinlemekle yetindim, sonra dayanamadım duyduğum Amerikan istasyonlarına çağrı yapmaya karar verdim ve hayretle gördüm ki, odanın içinde, 5W gibi bir güçle bile Florida, Georgia gibi uzak eyaletlerden beni duyuyorlar... 

Montreal'de bir bina ve 10. katta "minimalist " bir istasyon

Tabii bir sonraki hevesim anteni dairenin balkonuna çıkarmak ve daha yüksek güçlerde çalışmak oldu. Ama bir sorun vardı. Önceki yazımda da belirtmiş oldğum gibi, bu anten frekansı biraz kaydırınca (örneğin 20m bandında 20-30 kHz) yeniden ayar gerektiriyordu. Bana bir metre mesafedeki anteni ayarlamak bile zor gelirken (gözlerim SWR metrede, sol elimi arkaya uzatıp bakmadan ayar mekanizmasıyla oynuyor, sağ elimle de PTT düğmesine basıyorum) anten balkonda olunca nasıl ayar yapacaktım? 

Tahmin edebileceğiniz gibi Internet'te sayfadan sayfaya birkaç gün gezdim ve anladım ki bunun kolay bir yolu yoktu. İlk fikrim, kondansatörü düşük devirli basit bir DC motora bağlamak ve onun aracılığıyla ayar yapmaktı. Olumsuz yanları yüzünden bu fikirden çabucak vazgeçtim: Anahtarlamada ve motorun devreye girip-çıkmasındaki gecikmeler yüzünden, hassas bir ayar yapmak için sürekli ileri-geri hareket vermem gerekecekti. Kondansatörün minimum ve maksimum konumlarında motor hareketini durdurmak da bir sorundu, bir de çok yavaş devirli bir motor kullanınca bant değişikliklerinde istediğim konuma gitmek çok uzun sürecekti, vb.

Okudukça ben de gerçekleştirebileceğim en uygun çözümün, bir mikro-işlemci aracılığıyla kontrol edilecek ve kondansatörü döndürecek bir stepper motor kullanmak olduğuna ikna oldum. Internet'te başka amatörlerin projelerini incelerken, gözüme VE1CEN'in çalışması ilişti. Daha basitti ancak uygulanması daha kolaydı, üstelik otomatik ayar imkanı da sunuyordu, bu nedenle denemek istedim. 

VE1CEN Loop Anten Uzaktan Ayar Devresi

Şemada da görebileceğiniz gibi VE1CEN'in devresi Arduino ile tasarlanmış. Loop antenin yakınına yerleştirilen bir anten, bir miktar RF gerilimini Arduino'ya taşıyor. D9 gerilimi doğrultuyor, diğer 8 diyot ise modüle ulaşan gerilimin 5V'u aşmasını engelliyor (Arduino'nun kabul edebileceği en yüksek gerilim). Arduino bu gerilimi dijital bir değere dönüştürüyor, onu da ölçme ve karşılaştırma için kullanıyor.

S2-S6 düğmelerin ikisi elle ayar için motoru saat yönünde ve aksi yönde çevirmek için. Üçüncüsü belirli bir ayar noktasını hafızaya yazmak, dördüncüsü ise o ayar noktasına ait değeri geri çağırmak için. Beşinci düğme ise ayar işlemini başlatıyor. Doğal olarak, stepper motor ile arduino arasında bir sürücü modülü var. Bir de ayar işlemi için referans noktası oluşabilmesi için kullandığımız bir anahtar var (S1).

VE1CEN, yapım ve işleyişi ile ilgili tüm ayrıntılarıyla açıklamış olduğu için uzun yazmayacağım, şuradan özgün belgeye bakabilirsiniz. Genel olarak işleyişi anlatayım. Çalışmak istediğiniz her bantta, uygun buldugunuz bir frekansa gidip motoru elle kontrol ederek anteni tune ediyorsunuz. En iyi ayarın olduğu konum stepper motor için belirli bir adım sayısına denk geliyor. Bu değeri hafızaya alıyorsunuz. Bundan sonra söz konusu bantta haberleşme yapmak istediğinizde, bu değeri geri çağırıp cihazınızda mandala basarken (FM ya da AM) 'ayarla' komutu veren düğmeye basmanız yeterli oluyor. Arduino, önce motoru o adım sayısı kadar 'yürütüyor'. 

Hafızadaki konuma varınca önce saat yönünde sonra da karşı yönde belirli bir adım sayısı kadar döndürüyor, bir yandan da antenden gelen gerilimi ölçüyor ve sonra da en yüksek çıkış gücünü (en düşük SWR oranını) bulduğu konuma motoru geri getiriyor. Kulağa uzun gelebilir ama bütün bunlar bir-iki saniyeden fazla sürmüyor. Şunu da ekleyeyim, her defasında aynı konumu bulabilmek için bir referans noktası gerekli (sıfırıncı adım). Onu da kondansatörün aksına bağladığınız bir parçanın, bir anahtarı kapatmasıyla elde ediyorsunuz. Devreye ilk gerilim verdiğinizde, Arduino motoru döndürüp anahtarı kapatıyor ve sayacı sıfırlıyor.

Gördüğünüz gibi burada bir geri-bildirim döngüsü var. Başka projelerde bu geri bildirim, RF hattı üzerindeki bir örnekleyici sayesinde elde edilen SWR değerine dayalı. Bu projede ise, antenin etkin çıkış düzeyi kullanılıyor. Bu arada, kaç tane ayar konumunun hafızaya alınabileceği, ayar sırasında motorun kaç adım ileri-geri gideceği gibi birçok değer, programdan değiştirilebiliyor. Yine kullandığınız motor ve sürücü devresine uyarlamak için de programda değişiklikler yapabilirsiniz.

Ben daha ciddi bir yapıma girişmeden önce elimdeki Arduino setinin parçası olan küçük bir stepper motor (28BYJ) ve ULN2003 sürücü ile bir deneme yapmak istedim. Ortaya fotoğraflarda gördüğünüz montaj çıktı. Elbette yine elimdeki Lego parçalarını değerlendirdim. 

Aksa takılı olan çarkın üzerindeki gri parça,
sıfırlamayı sağlayan anahtarı kapatmaya yarıyor. 

Kumanda 'paneli'

Sistem en yüksek çıkış noktasını ararken ekrandan
durumu izleyebilirsiniz (serial monitor ile)

Bu sistemi çeşitli parametreleri değiştirerek bir süre denedim. Bir yandan ayar komutu veriyor, bir yandan da bağladığım SWRmetre'de sonucu gözlüyordum. Gördüm ki mikrodenetleyici her zaman en düşük SWR/en yüksek çıkış noktasını bulamıyor ve kondansatörü olması gerekenden farklı bir noktada bırakıyordu. Bir örnekle anlatırsam daha kolay olacak. Diyelim ki benim hafızaya 7050 KHz için aldığım ayar başlangıç noktası adım 1000 olsun. 'Ayarla' komutunu veriyorum, mandala basıyorum. Arduino, stepper motoru 1000 adım ilerletiyor. Sonra 950. adıma geri gidiyor, peşisıra 1050. adıma kadar ilerliyor ve RF gücünü ölçüyor. Bu arada en yüksek çıkışın örneğin 1022. adımda olduğunu saptamışsa,  tekrar 1022. adıma gidip duruyor. İşte bu konumda normalde en düşük SWR'yi görmem gerekirken, her zaman görmüyordum. Bu durumda elle birkaç adım ileri veya geri yaptırmam gerekiyordu.

Bir-iki hafta bu sorun üzerinde çalıştıktan sonra anladım ki 'backlash', yani diş boşluğu sorunu yaşıyordum... Bizim stepper motorun içinde bir dişli çark kutusu vardı, ayrıca motor da yumuşak/esnek malzemeden bir mil ile 2 Lego çarkı döndürüyordu. Dişlerin arasında bol bol boşluk oluşması için gerekli koşullar fazlasıyla mevcuttu. Motor bir yönde belirli bir adımda katettiği mesafeyi, aksi yönde aynı adım sayısında kat edemiyordu. Bir yöne doğru dönerken sıkışan dişliler, aksi yöne döndürülünce hemen harekete geçmiyor, önce çok az da olsa boşta dönüyorlardı. Muhtemelen mil de esniyordu. Bu nedenle de ilk birkaç ayarlamadan sonra, sistem anteni verimli biçimde tune edemiyordu. Ancak ne yalan söyleyeyim, aşağıdaki filmde görebileceğiniz gibi çalışınca da gayet güzel sonuç veriyordu. Filmde 2 farklı frekansta en yüksek güç noktasını arama işlemi sırasında ibrelerin nasıl inip kalktığını, sonra da 1:1.2 gibi bir SWR değerinde nasıl sabitlendiğini fark edeceksiniz.

Alttaki filmde de aynı arama işlemi sırasında kondansatör kutusunda ne olup bittiğini görebilirsiniz.

Bu diş boşluğu sorununu mekanik olarak çözmem elimdeki araçlarla mümkün olmayacağından yazılımda bazı değişiklikler yaparak gidermeye çalıştım. Örneğin en yüksek güç noktasını arama işlemi bittikten sonra, saptanan noktaya değil ama birkaç adım ilerisi veya gerisine dönmek, her ayar komutu geldiğinde önce referans noktasına gidip adım sayısını sıfırlamak gibi çözümleri denedim. Bunlar ne yazık ki çok büyük bir fark yaratmadı. Bu nedenle de daha iyi (ve pahalı) malzemelere bütçe ayırabileceğim bir zamana kadar, loop antenimi uzaktan tune etmek fikrini değil ama bu otomatik ayar işlevini bir kenara bırakmaya karar verdim. Bir sonraki aşama, bu projede stepper motor kontrolü hakkında öğrendiklerimi uygulayarak elle ayar yapabilmemi sağlayacak bir mekanizma yapmak oldu: Versiyon 3. Onu da şu sayfada okuyabilirsiniz.