ATU の回路

オートアンテナチューナーSG-239 の回路図(p.29)を見ていて気づいたことなど．

この ATU は基本的にはπマッチである．


πマッチは「π」の2本の足がキャパシタ C1，C2 で，それを結ぶ天井にコイル L のあるポピュラーな回路である．
このC1，C2，L の値を変化させて RF 入力とアンテナ側とのマッチングを取る．

C1 は，回路図 p.29 の C54～C64 で，これを K16～K21 の6個のリレースイッチの組合せで選ぶ．
6個のスイッチだから，一つも選ばない（0pF）から全部選ぶ(3171pF)の 2^6=64 通り．

L は，回路図 p.29 の L1～L8 で，これを K11～K14，K1～K3 の7個のリレースイッチの組合せで選ぶ．
7個のスイッチだから，一つも選ばない（0μH）から全部選ぶ(15.875μH)の 2^7=128 通り．

C2 は，回路図 p.29 の C21，C73，C74，C75 で，これを K6～K9 の4個のリレースイッチの組合せで選ぶ．
4個のスイッチだから，一つも選ばない（0pF）から全部選ぶ(740pF)の 2^4=16 通り．

すべての組合せは，64×128×16=131072 通りである．

0pF - 0μH - 0pF といった全く使わない組合せはあるのかな？と思ったら，ありうる．
もともとマッチングが取れているアンテナをつないだら，「回路なし」でマッチングが取れるのだから，そうした組合せもあるだろう．
さらに，C1，C2 の片方が 0 なら，Lマッチというマッチング回路である．

さて，選ばれる C や L の定数もうまく決めている．
たとえば， L は，
　　0.125，0.25，0.5，1，2，4，8
と倍々になっている．
C1，C2 も既製品の定数の範囲とはいえ，ほぼ倍々になっている．
本当なら，C1 は，
　50，100，200，400，800，1600
C2 は
　50，100，200，400
としたかったのだろう．

こうすると 2^n の組合せの中で，どれ一つとして同じになるものはない．

簡単のために，1，2，4，8 の4つで考える．
これでできる値は，
　0
　1
　2
　3=1+2
　4
　5=2+3
　6=2+4
　7=1+2+4
　8
　9=1+8
　10=2+8
　11=1+2+8
　12=4+8
　13=1+4+8
　14=2+4+8
　15=1+2+4+8
の16通りだが，これは2進数4桁
　0000
　0001
　0010
　0011
　0100
　0101
　0110
　0111
　1000
　1001
　1010
　1011
　1100
　1101
　1110
　1111
に対応している．
そして，この4桁は，左から「8の位，4の位，2の位，1の位」なのだから，これで 0～15 の数を1刻みで漏れなく作り出すことができる．
つまり，
　　0.125，0.25，0.5，1，2，4，8
のどれかを，「使う1，使わない0」の7桁の2進数に対応させ，その組合せで 0 から15.875μH　まで 0.125μH刻みで128通り漏れなく作り出すことができる．
つまり，これは0～15.875μH の128段階のバリLなのである．

この選択をCPU を使ってスイッチングし，SWRの計測や周波数の計測で最適なものを探し出すのが，このATU の動作である．

こうしてみるとL が，最大でも 15.875μH というのは，1.8MHz から使えるチューナとしては意外と小さい．その代わり，C1 が最大3171pF，C2が740pF と，バリコンではありえない容量を選べるようになっている．
で，C1は 0 から 3150 までの50pFステップで2^6=64段階，C1は 0 から 750 までの50pFステップで2^4=16段階 のバリコンと考えることができる．

普通，手動のアンテナチューナを自作するなら，C1，C2 はポリバリコンなど200pF くらいが最大なので，1.8MHz で使うには L はいっぱい巻いて100μH くらいにしないと．
直径3cm，線の太さ1mmを密に100 回巻いて（コイルの長さ10cm）も，やっと77.9μHである(MMANAで計算)．するとやっぱり大きな C を並列にするか L をトロイダルコアに巻かなければ 1.8Mや3.5Mは難しい．