Andreas Lindenau DL4JAL DOK:S43. Loheweg Schellenberg. WWW:

Transkript

1 Andreas Lindenau DL4JAL DOK:S43 Loheweg Schellenberg DL4JAL@darc.de WWW:

2 Ich benötige für die Anpassung meines Dipols einen symmetrischen Tuner der fernsteuerbar ist. 10m Höhe 8,50m Höhe Dipol 2 x 22 m Mast GFK Wohnhaus Koaxkabel RG213 etwa 30m Tuner in Garage Shack Fernsteuerkabel 2 x 1ab (4 Drähte)

3 Lecherleitung

4 Hier ist das andere Ende des Dipols an einem GFK Mast mit Abspannungen in 3 Ebenen. Früher hatte ich das Ende des Dipoles am Gebäude. Das Gebäude wird dieses Jahr abgerissen.

5 In meinem neuen Tuner benutze ich nur ein L / C Glied für die Anpassung der Impedanz auf den verschiedenen Frequenzen. Es gibt Zweifel ob das überhaupt funktionieren kann, da das Abstimmelement nicht symmetrisch aufgebaut ist. Hier einige Überlegungen dazu. Wir erstellen uns ein einfaches Model im elektrisch kurzen Aufbau zur Erläuterung: Gewünschter Strom 100mA 100mA Gewünschter Strom 100mA 100mA 50 Ohm 50 Ohm Lecherleitung Anpassung symmetrisch 50 Ohm 20 Volt 50 Ohm 50 Ohm Lecherleitung 50 Ohm 100mA Anpassung unsymmetrisch 100 Ohm 20 Volt In dieser einfachen Darstellung sehen wir, dass beide Anpassungen den gleichen Effekt erzielen. Das müsste doch auch bei der Hochfrequenz genau so funktionieren.

6 Jetzt galt es das Prinzip des Tuners in der Praxis zu testen. Ich habe einen MFJ-Tuner-941 umgebaut: 1. Eine Mantelwellensperre eingebaut 2. Das T-Glied von der Masse isoliert (schwimmend) 3. Am Ausgang der Lecherleitung eine Strommessung eingebaut Strommessung an der Lecherleitung Mantelwellen sperre Plexiglas Grundplatte

7 Die Abstimmversuche an meinem Dipol waren alle positiv. Der Strom in den 2 Adern der Lecherleitung war immer fast gleich groß. Das Ergebnis hatte ich vermutet. Umschalter der Anzeige SWR / Lecherleitung Umschalter 300W / 6W Empfindlichkeit der Stromanzeige in der Lecherleitung

8 Dipolantenne Symmetrische HF-Ströme in der Antenne. Sie dürfen nicht in Richtung Koaxkabel abfließen Lecherleitung (fast verlustfreie Ableitung zum Anpassnetzwerk) Impedanz je nach Frequenz unterschiedlich Wichtigstes Bauelement ist der Balun. Es funktioniert eine gute Mantelwellensperre oder ich verwende einen Hybridbalun nach DG0SA. Entscheidend ist die hohe Sperrwirkung von Gleichtaktströmen in Richtung Koaxkabel. Wichtige Erkenntnis! Die HF-Symmetrie der Antenne wird durch den räumlichen Aufbau bestimmt und nicht durch das Anpassnetzwerk. Anpassnetzwerk, egal ob symmetrisch oder unsymmetrisch. Wenige Anpasselemente bedeutet wenig Verluste! Impedanz 50 Ohm Koaxkabel

9 Jetzt konnte ich mit dem Aufbau und der Planung des Symmetrischen Tuners beginnen. Maximale Leistung 750 Watt sollte möglich sein Fernsteuerbar mit DTMF-Befehlen. Das hat sich schon bei mir bewährt. Das L/C-Glied muss umschaltbar sein, um alle Abstimmmöglichkeiten auszuschöpfen Das Tunen soll schon mit 5 bis 10Watt Sendeleistung möglich sein um die Relais zu schonen Ein großer Speicher für möglichst viele L/C Kombinationen. Eventuell aufgeteilt für mehrere Antennen. Möglichst eine Automatikfunktion für das Tunen, da die DTMF-Fernsteuerung langsam ist.

10 Blockschaltbild des Tuners

11 Der Hybridbalun von DG0SA mit einer ausgezeichneten Sperrwirkung

12 Ich habe die Sperrwirkung gemessen. Einspeisung über ein Poti 50 Ohm, Mittelanzapfung, symmetrischer Ausgang. Ausgang ist der unsymmetrische Eingang des Baluns: Messung S21 in db

13 Eine weitere interessante Messung ist die Impedanz und das SWR im Frequenzbereich: Messung S11 am unsymmetrischen Eingang

14 Das L-Glied verteilt auf 2 Eurokarten. Dahinter die Platine mit den Zusatzkapazitäten.

15 Testaufbau der ersten Messungen

16 Es ergeben sich folgen Wertebereich bei der Abstimmung des L/C-Gliedes. Wertebereich des L-Gliedes 0 bis 255 entsprechen 0 bis 31,875uH. Pro Schritt 0,125uH. Wertebereich des C-Gliedes 0 bis 99 entsprechen 0 bis 37pF. 0,37pF pro Einzelschritt. 100 bis 199 entsprechen 0 bis 140pF. 1,4pF pro Einzelschritt. 200 bis 299 entsprechen 100 bis 240pF. 1,4pF pro Einzelschritt. 300 bis 399 entsprechen 200 bis 340pF. 1,4pF pro Einzelschritt. 400 bis 499 entsprechen 300 bis 440pF. 1,4pF pro Einzelschritt. 500 bis 599 entsprechen 400 bis 540pF. 1,4pF pro Einzelschritt. 600 bis 699 entsprechen 500 bis 640pF. 1,4pF pro Einzelschritt. 700 bis 799 entsprechen 600 bis 740pF. 1,4pF pro Einzelschritt. 800 bis 899 entsprechen 700 bis 840pF. 1,4pF pro Einzelschritt. Man könnte eventuell die Überlappungsbereiche der Kapazität verringern. Damit würde sich das Abstimmen fließender gestalten. Als Beispiel: es wird vom Wert 299 (240pF) ein Schritt höher geschaltet, es kommt als nächstes die 300 (mit 200pF). Also ist im Übergangsbereich die Kapazität wieder geringer und steigt dann wieder an. Das irritiert beim Abstimmen etwas.

17 Das C-Glied wird aus einer Kombination von einem 4kV-Spiltdrehkondesator (Schubert) und zuschaltbaren Kapazitäten gebildet. Insgesamt kommen wir auf eine Kapazität von etwa 850pF. Folgende L/C-Varianten sind möglich Nur L ohne C L/C als Tiefpass. Transformation Z größer 50Ohm L/C als Tiefpass. Transformation Z kleiner 50Ohm L/C als Hochpass. Transformation Z größer 50Ohm L/C als Hochpass. Transformation Z kleiner 50Ohm Nur C ohne L

18 Externer Speicher im Tuner Ich habe einen externen Eeprom 24LC512 eingesetzt. Dieser Speicher hat eine Kapazität von 64kByte. 64 kbyte sind Byte. Für die Speicherung einer Tunereinstellung werden 4 Byte benötigt / 4 = Speicherplätze. Für die KW 1,5 bis 30MHz im Raster von 25kHz brauche ich / 25 = 1140 Speicherplätze Jetzt waren meine Überlegungen 5 x 1140 Speicherplätze zu verwenden für 5 verschiedene Antennen. Das hat den Vorteil, dass ich bei Antennenexperimenten einfach eine neue Antenne 2 bis 5 verwende. Alle Einstellungen der Antenne 1 bleiben erhalten. Es besteht sogar die Möglichkeit komplett eine Antenne zu kopieren. Dazu später bei den Erklärungen der DTMF-befehle.

19 Vorlauf Return Loss Rücklauf dbm dbm db LCD-Anzeige am Tuner aufgesteckt, für den Testbetrieb.

20 Die Genauigkeit der Leistungs- und SWR-Messung hängt von der Qualität des Messkopfes ab. Welche Kriterien sind entscheidend? Einsatz einer bewährten Schaltung mit 2 Breitbandübertrager im Messkoppler. Diese Schaltung bedarf keinen größeren Abgleich. Nur eine Kompensation der Reflektionsdämpfung im oberen Frequenzbereich. Die Auskoppeldämpfung wird durch die Anzahl der Windungen festgelegt. Einsatz des AD8307 als HF-Detektor. Mit diesen IC ist eine genaue Leistungsmessung in einem sehr großen dynamischen Bereich (90dB) möglich. Zusätzlich habe ich noch ein kleines Netzwerk für die frequenzabhängige Kompensation der Leistungskurve vor dem AD8307 platziert.

21 Schaltbild des Kopplers im SWR Messkopf

22 AD zum Messen der Frequenz Trennstellen zum Messen und Kalibrieren Trimmer für Kompensation 50 Ohm Messabschluss SWR-Messkopf mit 2 x AD8307.

23 Etwa -30dB Dämpfung+ Frequenzkompensation Das Schaltbild für die Erfassung der Messwerte

24 Die Rückflussdämpfung ist sehr gut. 1,8 MHz ~ 44dB 30 MHz ~ 45dB 50 MHz ~ 35dB Im Kurzwellenbereich kann ich damit mindestens SWR 1,02 Messen. Was will man mehr!

25 IC Schrittmotor Ext. Speicher 64kByte Mikrokontroller Relaisansteuerung Steuerung des Tuners mit Mikrokontroller PIC 18F4520 DTMF IC

26 Übergang von der Steuerbaugruppe in den HF verseuchten Tuner. Alles muss exakt abgeblockt werden.

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29 Am DTMF-Sender wird das gleiche LCD-Display mit der Tastatur wie am Tuner verwendet. Der Tuner arbeitet auch ohne Display. Die Fernsteuerung des Tuners erfolgt mit DTMF-Befehlen über ein Leitungspaar a/b und die Rückmeldung des Tuners erfolgt über das 2. Leitungspaar a/b direkt zur LED.

30 Das Leitungspaar für die Rückmeldung zur LED verwende ich zusätzlich zur Datenübertragung der Parameter des Tuners. Somit lassen sich Einstellungen und Messergebnisse des Tuners auf dem Fernsteuerteil anzeigen. Für die Übertragung des Datenpaketes nutze ich den Manchestercode.

31 Befehle für die DTMF Fernsteuerung Zweibyte-Befehle (1..5) a b Alles auf 0 stellen. Wie bei Power ON L/C Variante einstellen L-Wert einstellen C-Wert einstellen Antennennummer einstellen Einstellung für das 25kHz-Segment speichern Optional mit der Zusatzziffer 1..5 werden entsprechend viele Segmente oberhalb und unterhalb mit der Tunereinstellung belegt automatisches Nachtunen SWR < 1,3: Segment wird gespeichert in alle 25kHz-Segmente des Bandes wird Einstellung gespeichert Antenne # wird gelöscht Antenne a wird nach Antenne b kopiert automatischen Nachführung 0= keine Nachführung 1= Frequenzinfo per DTMF von Fernsteuerung 2= Frequenzinfo per Messung im SWR-Messkopf 3= Frequenzinfo per DTMF oder Messung des Sendesignales Relaistest (wichtig bei der Inbetriebnahme des Tuners) Datensatz holen Tuner -> Fernsteuerung Sleep-Modus; geringster Stromverbrauch (nur ein paar ma), alle Relais fallen ab.

32 Befehle für die DTMF Fernsteuerung Einbyte-Befehle 7 * # L-Wert -L-Wert ++ L/C Variante ++ C-Wert -C-Wert ++ Befehlsabschluss; auch automatische Anforderung Datensatzes Befehl für Frequenzinformation Beginnt ein Befehl mit der Ziffer 0, 1, 2 oder 3 kann es sich nur um den Befehl der Frequenzinformation handeln. Dieser Befehl wird genutzt um den Tuner ohne Senden zu müssen die Arbeitsfrequenz mitzuteilen. Ist für diese Frequenz eine Tunereinstellung gespeichert, wird diese aktiv. Der Befehl ist immer 5 Byte lang # 14100# Einstellung des Tuner für die Frequenz 3,650 MHz auswählen Einstellung für die Frequenz 14,1 MHz auswählen Mit diesem Befehl kann der Tuner mit der Abstimmung nachgeführt werden.

33 Befehle für die DTMF Fernsteuerung Der Befehles 46 Dieser Befehl aktiviert das automatische Tunen in gewissen Grenzen. Dazu ein Beispiel: Steht der C-Wert z.b.: auf 155 wird beim automatischen Tunen nur der Bereich 100 bis 199 überstrichen. Der L-Wert wird von 0 bis 255 genutzt. Das Arbeiten des Tuner sieht man an der LED. Es beginnt bei etwa 5W Sendeleistung. Als Abschluss des automatischen Tunens blinkt oder flackert die LED gleichmäßig Wurde ein SWR kleiner 1,3 gefunden blinkt die LED im Sekundenrhythmus gleichmäßig. Ist das SWR > 1,3 flackert die LED gleichmäßig. Egal ob die LED blinkt oder flackert. Der Abstimmvorgang ist damit beendet. Der TX kann jetzt wieder ausgeschaltet werden. Ist das SWR < 1,3 wird die gefunden Einstellung abgespeichert. Die LED blinkt kurz zweimalig.

34 Automatische Nachführung der Tunereinstellung je nach TRX-Frequenz PicAStar o. FT 847 Bei jeder Frequenzänderung wird über die RS232 die neue Frequenz ausgegeben (PicAStar). Beim FT847 wird die Frequenz über CAT angefordert. über RS232 Frequenzinformation Tunerfernsteuerung Die Frequenzdaten werden ausgewertet. Wird ein neues Raster (25kHz) erreicht, sendet die Fernsteuerung automatisch die neue Frequenzinformation an den Tuner. (siehe DTMFBefehle) DTMF-Befehle mit Frequenzinformation Symmetrischer Tuner Die Frequenzinformation wird im Tuner empfangen und der Tuner schaut im Speicher nach, ob eine Einstellung für diese Frequenz gespeichert ist. Wenn ja, wird diese Einstellung genommen.

35 Das Nachsteuern des Tuners ist prinzipiell auch für andere Transceiver möglich. Für Wolfgang DL5WF aus Plauen habe ich eine Anpassung an den FT847 programmiert. Beide Varianten sind in der Firmware enthalten und werden mit einem Tastenbefehl eingestellt. Dazu wird die 9 lange gedrückt bis der Text Befehl:9 erscheint. Mit der zweiten Ziffer wird die Art der CAT-Verbindung eingestellt. 1 für PicAStar 2 für FT847 Diese Einstellung wird im Eeprom abgespeichert und ist dann gültig. Die Fernsteuereinheit besitzt auch eine USB-Schnittstelle. Ich habe noch vor eine SW für Linux und Windows zu schreiben. Da kann der Tuner auch über den PC gesteuert werden.

36 Es gibt noch einen kleinen Bruder, den 100W Automatischen Tuner Symmetrisch/Unsymmetrisch für Portabelbetrieb gedacht. Der Aufbau ist fast identisch. Allerdings habe ich im C-Glied auch binär gestaffelte Kondensatoren, wie im L-Glied. C-Glied L-Glied L/C Varianten Speicher 3200pF in 1,6pF Schritten 32 uh in 0,12uH Schritten 6 Variante wie sein großer Bruder 5 Antennen im 10kHz Segment-Raster Dieser kann auch Ferngesteuert werden. Aber nach einem völlig anderen Prinzip. G3XJP hatte mit seinem PicATUn die geniale Idee zur Fernsteuerung. Die ist also nicht auf meinen Mist gewachsen. Ich habe diese Idee übernommen und für meine Zwecke abgewandelt.

37 Die Ansicht des Tuners, LCD 2x16 und 8 Tasten für die Bedienung per Hand

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39 Hybritbalun SymBa 200 von DG0SA

40 Das Prinzip der Fernsteuerung des ATU100W: Die Betriebsspannung erhält der Tuner über das Koaxkabel (12Volt). Die Steuerung des Tuners erfolgt durch kurze Unterbrechungen der Betriebsspannung im Millisekundenbereich. Auf diese Interrupts antwortet der Tuner mit CW-Signalen, auch über das Koaxkabel. Die CW-Signale sind breitbandig im gesamten KW-Bereich im Transceiver hörbar!! Ich kann den Ablauf an einem Beispiel erläutern (z.b.: Nachtunen): Unterbrechung der 12V mit Fernsteuerumschalter am TRX Tuner schaltet Antenne ab und antwortet T N - während N ausgegeben wird betätige ich wieder den Fernsteuerschalter. Der Tuner erkennt das. Tuner geht auf Nachtunen und wartet auf das Sendesignal Sendesignal erkannt, richtiger Pegel und Frequenzmessung OK Tuner sucht neues SWR-Minimum Tuner ist fertig. Alle Relais werden im Rhythmus einer Sekunde ein/aus geschaltet. Ich erkenne das am TRX die LED beginnt zu blinken durch den unterschiedlichen Stromverbrauch des Tuners. Sendesignal ausschalten. Der Tuner antwortet per CW und gibt das gemessene SWR aus. Ist das SWR < 1,3 werden die Einstellungen im 10kHz Segment gespeichert. TRX ist wieder möglich

41 Das komplette Fernsteuer-CW-Menü: T Tunen in allen 4 Varianten. Bestes Ergebnis wird am Ende genommen. Abbruch, wenn SWR < 1,3 N Nachtunen in dieser Variante bis SWR nicht mehr zu verbessern ist U Utility SW SWV ausgabe B In alle Segmente (10kHz) im Band diese Einstellung speichern Q CW-Ausgabe QRS oder QRQ K Einstellung im Segment 10kHz speichern ST Status Ausgabe aller Daten - Antennennummer - L/C Variante - L-Wert - C-Wert - gemessene Frequenz - SWR S Sleep PIC geht in den Sleep-Modus (keine Störungen mehr durch PIC-Takt usw.).

42 Hinzu kommen noch Befehle die direkt mit den 8 Tasten am Tuner ausgelöst werden, wie: - Antenne kopieren: - Antenne löschen: Alle Einstellungen von 1-30MHz werden komplett in einen beliebigen anderen Antennenspeicherbereich kopiert. Alle Einstellungen von 1-30MHz werden gelöscht - Kalibrieren der beiden AD8307 im SWR-Messkopf (0dBm und -30dBm) Alle CW-Ausgaben bei der Fernsteuerung werden parallel im LCD-Display angezeigt und können so verfolgt werden. Auch der Abstimmvorgang kann am Display verfolgt werden. Man sieht wie das Return-Loss immer grösser wird oder auch nicht HI. Für mich war und ist es ein hochinteressantes Projekt, was mir sehr viel Spaß bereitet hat und vor allem viele neue Erkenntnisse gebracht hat!

43 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! 73 Andreas DL4JAL Wer diesen Vortrag noch einmal nachlesen möchte. Auf folgendem Link besteht die Möglichkeit: Homepage: