R-Tuner für HF-Antennen

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Universeller R-Tuner für nicht resonante HF-Antennen

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Universeller R-Tuner für nicht resonante HF-Antennen

von W. Michael Schneider, DF2LS




Im Gegensatz zu den üblichen Antennentunern mit L-C Netzwerken fungiert beim hier vorgestellten R-Tuner ein induktionsarmer Widerstand - engl. Resistor - als wesentliche Komponente um nicht resonante HF-Antennen breitbandig mit einem SWR 2.5 anzupassen.




Bis auf wenige Ausnahmen aus dem kommerziellen Angebot sind unsere gebräuchlichen Amateurfunk-Antennen nur eingeschränkt mehr-Band fähig.

Mit allerlei Tricks, wie aufwendigen Sperrkreisen, fern abstimmbaren Netzwerken und Tunern, können Antennen im weiten Bereich von 1,8 bis 30 MHz in Resonanz gebracht werden.

Aus den Anfangszeiten der Funktechnik ist eine interessante Methode bekannt, um Antennen breitbandiger zu machen: Die Bedämpfung der Antenne mit einem möglichst Induktionsarmen Widerstand.

Antennen diesen Typs sind die T2FD [1] der Australische Dipol [1] sowie die kommerziellen Antennen von Comet CHA 250 B [2] und von Diamond BB7V [3], die G8JNJ [4] eingehend untersucht hat.

Durch die Einfügung eines Widerstandes in die Antenne oder am Fußpunkt der Antenne vermindert man die Welligkeit des Systems, aber es ergeben sich auch Verluste durch Erwärmung des Last-Widerstandes.

Bereits 1987 hat DK4XU [5] gezeigt, dass eine Monopol-Antenne durch Einfügen eines Widerstandes am Speisepunkt breitbandiger gemacht werden kann. Mit einer Art Dummy Load aus ei­nem 1:4 Spartrafo und einer als rein ohmsche Last geschalteten 200 Ω Widerstandskombination am Speisepunkt eines 6,6 m langen Vertikalstrahlers hat DK4XU erfolgreich europaweit Funkverkehr machen können. Das SWR dieser Antenne liegt bei oder unter 1.5 auf allen KW-Bändern von 80 bis 10 m.


Alte Idee, neue Technik


Nach fast 30 Jahren hat sich in der HF-Technik eine Menge weiterentwickelt.

Der von DK4XU so erfolgreich eingesetzte Trafo wurde nach seinen eigenen Worten auf einen handelsüblichen Ferrit-Rundstab gewickelt, was einige Fragen offen lässt.

Zudem standen den OMs zur damaligen Zeit üblicherweise nur begrenzte Messmittel zur Verfügung, um so komplexe Objekte wie Baluns oder Trafos zu analysieren.

Ein heute wenig spektakulärer Vector Network Analyzer hätte vor 30 Jahren einige 10000 DM gekostet und war damit für die meisten OMs unerschwinglich gewesen.

Kurz und gut, es lohnte sich meines Erachtens, das Projekt Dummy Load Antenne noch einmal mit heutigem Wissen, moderner Messtechnik und neuen, möglicherweise besseren Ferritmaterialien anzugehen!


Bild 1: Schaltbild R-Tuner mit 1 kΩ Lastwiderstand

█ R-Tuner


Der R-Tuner ist in der Tat wirklich ziemlich einfach aufgebaut und besteht gerade mal aus 4 elektrischen Bauteilen, einem Spartrafo (L1a,b), einem Induktionsarmen Hochlastwiderstand (R1), einer Kompensationsspule (L2) und einem Kondensator (C1), ferner noch notwendigen Verbindungskomponenten, zwei SO 239-Buchsen, Erdungsanschlüssen und ein Metallgehäuse, das auch als Kühlkörper für den Abschlusswiderstand fungiert.


Wie funktioniert nun so ein R-Tuner?


Der 1:4 Spartrafo hat bei optimalem Aufbau am Ausgang eine reale Impedanz von ca. 200 Ω mit nur sehr geringen Blindwiderstandsanteilen. Mit dem parallel geschalteten Induktionsarmen 1kΩ Lastwiderstand ergibt sich eine Parallelschaltung von Widerständen, die einen realen Impedanzwiderstand von ca. 166 Ω aufweist.

Diese Impedanz von ca. 166 Ω stellt für den Transceiver eine Grundlast dar und sorgt mit der ebenfalls parallel anliegenden realen Antennenimpedanz für ein niedriges SWR in einem weiten Frequenzbereich.

Der hohe Lastwiderstand von 1kΩ resultiert in einem relativ niedrigen Einfügeverlust von nur ca. 1 dB im Vergleich zu mindestens 3 dB Einfügedämpfung der Bauvorschläge von DK4XU [5] und HB9ACC [6] mit 200 Ω Last.

Der Abschlusswiderstand sollte bei diesem Schaltungskonzept mit ca. 25 bis 30 % der TX-Leistung belastbar sein.

Zum Ausgleich von noch vorhandenen induktiven Blindwiderständen, die sich besonders bei höheren Frequenzen bemerkbar machen, dient Eingangs seitig ein verlustarmer Hochvolt-Glimmerkondensator (C1) mit 22 pF. Eine verlustarme Spule (L2, 2 x T68-6, 8 Windungen) am Ausgang des Spartrafos sorgt im höherfrequenten Bereich ab ca. 10 MHz für einen ausgeglichenen Impedanzverlauf (165 bis 155 Ω) am Ausgang des R-Tuner.

Da auch der R-Tuner bei sehr niedrigen oder sehr hohen Impedanzverhältnissen - z. B. λ/4 oder λ/2 Resonanzen - keine Wunder bewirken kann, sollten möglichst Antennenlängen verwendet werden, die im Frequenzbereich unserer KW-Amateurfunkbänder mehrheitlich mittelohmige Impedanzverhältnisse um 200 bis 400 Ω aufweisen. Für Monopol-Antennen sind das die fast schon klassischen Antennenlängen von 7,5 m, 13 m, 27 m.


Messresultate R-Tuner mit 1:4 Spartrafo und 1 kΩ Lastwiderstand


Wesentliche Komponente dieses Tuners ist ein Verlust verursachender Hochlastwiderstand in der Antennenleitung. Daher sollten die Messungen mit dem VNWA 3 zunächst klären, wie hoch die Einfügedämpfung des Tuners ist.

In Bild 2 ist gut zu erkennen, dass die Dämpfung in der Größenordnung um 1 dB liegt, was einer TX-Leistungsreduktion von ca. 20 % entspricht. Grundsätzlich nimmt die Einfügedämpfung in Richtung höherer Frequenzen ab 14 MHz ein wenig zu.

Als Zweites war von Interesse, ob der R-Tuner Ausgangsseitig eine Impedanz mit einem Realanteil um die 166 Ω aufweist. Wie zu erkennen ist, liegt die Impedanz absolut und im Realteil nahe

160 Ω, nur das 160 m und 10 m Band liegen im Realteil bei ca. 155 Ω. Diese Abweichungen sind bedingt durch kapazitive Effekte der Spule des Spartrafos mit dem eng anliegenden Metallgehäuse.

Bild 2: Impedanz abs. (rot)/real (pink) (Ω) am Ausgang des R-Tuner und Einfügedämpfung in dB

 

Als Letztes war die Frage zu klären, wie sich der R-Tuner im Betrieb bei der Antennenanpassung verhält.

Als Testobjekt musste meine L-Antenne für die Bänder 160 m bis 10 m herhalten.

Die Antenne ist folgendermaßen aufgebaut: 5 m Vertikal- und 20 m Horizontalteil in 7 m Höhe.

Als Gegengewicht fungiert ein 20 m langes, flach eingegrabenes Radial kombiniert mit einem ca.

2 m langen Staberder. Diese Antenne wird auf allen KW-Bänder mit einem Automatiktuner

CG2000 angepasst, SWR 1.1 bis 1.2.


Bild 3. veranschaulicht, dass sich die L-Antenne auf allen KW-Bändern auch mit dem R-Tuner und einem SWR 2.5 anpassen lässt. Selbst im 160 m Band liegt das SWR unter 2, obwohl die Antenne mit gerade mal 25 m Länge für dies Band viel zu kurz ist. Bei der HF-Abstrahlung stellen sich aber Verluste ein, was später noch gezeigt wird.


Bild 3: SWR Vergleich ohne (hellblau) und mit R-Tuner (dunkelblau) der L-Antenne

█ Performance mit WSPR-Rapporten


Das Weak Signal Propagation Reporter-Programm - kurz WSPR - von K1JT [7] stellt eine ideale Möglichkeit dar, auf unseren Amateurfunkbändern objektive Feldstärkerapporte auszutauschen und neue Antennenprojekte zu vergleichen.

Das Internet basierte WSPR-Projekt beruht auf einem weltweiten Amateurfunknetz von Bakensendern kleiner Leistung mit deren Hilfe Ausbreitungsbedingungen beurteilt werden können. Mit dem Bakensignal werden Rufzeichen, eine Maidenhead-Locator-Kennung und die Sendeleistung mittels schmalbandiger 4-FSK-Modulation übertragen.

Die Übertragungen sind bei günstigen Ausbreitungsbedingungen bis zu Signal-Rausch-Abständen von -32 dB möglich.

Für den Performancevergleich des R-Tuners und mit einem gebräuchlichen Automatiktuner CG 2000 habe ich über eine Distanz von 525 m (Fernfeldbedingung) Messungen im 80 m-, 40 m-, 20 m- und 10 m-Band vergleichende Feldstärkemessungen mittels WSPR-SNR-Rapporten vorgenommen.

Als Sender und zugleich WSPR-Bake diente ein K2 von Elecraft mit 100 mW Ausgangsleistung an der L-Antenne, wechselweise mit dem R-Tuner oder dem Automatiktuner angepasst, und als mobile Empfangsstation ein FT 817 ND mit kurzer CB-Funkantenne auf dem Wagendach sowie ein Tablett-Computer zur Verarbeitung des WSPR-Signals.

Rein Interesse halber habe ich zusätzlich mit gleichem Messaufbau aber über größere Distanz von 1,96 km und 5 W Ausgangsleistung auf dem 160 m-Band Feldstärkemessungen gemacht.

In Bild 4 ist gut zu erkennen, dass der R-Tuner bis auf das 160 m-Band unter Fernfeld- und Bodenwellenausbreitungsbedingungen nahezu identische SNR-Rapporte zeigt wie der Automatiktuner. Nur im 160 m-Band, für das die 25 m lange L-Antenne zu kurz ist, ist die Antennenanpassung mit dem R-Tuner bei moderatem SWR von 1,9 dem Automatiktuner deutlich unterlegen.

Bild 4: Performanceanalyse des R-Tuner mit WSPR-SNR-Rapporten


Hinweise zum Nachbau und Betrieb


Die beiden wichtigsten Komponenten für den R-Tuner sind der Hochlastwiderstand und der Spartrafo.

Als Widerstand fungiert ein Induktionsarmer und nahezu Kapazitätsfreier 100 W, 1kΩ Typ von ARCOL/Ohmite mit der Hersteller-Teilenummer FPA100 1KJ, erhältlich bei Mouser [8].

Alternativ ist auch der bei Reichelt [9] erhältliche Induktionarme 50 W Hochlastwiderstand von VISHAY, Typnummer RTO50F im TO 220 Gehäuse verwendbar. Allerdings hat dieser Typ eine wesentlich höhere kapazitive Blindlast, die durch eine in Serie liegende Spule (L2 ) mit entsprechender Induktivität (ca. 200 nH) zu kompensieren ist. Bei Verwendung der VISHAY Widerstände entfällt die Spule L2 in Serie mit dem Spartrafo.

An dieser Stelle möchte ich noch darauf hinweisen, dass die Hochlastwiderstände die angegebene Verlustleistung von 50 Watt bzw. 100 W nur bei ausreichender Kühlung vertragen!


Für den Trafo wird ein möglichst großer AMIDON Ferritring vom Typ FT 140-43 mit höherer Permeabilität vorzugsweise für Low-Band Betrieb oder der gering permeablere Typ FT 140-61 für den Bereich von 80 m bis 10 m Band eingesetzt.

Der Spartrafo sollte mit mindestens 9 Windungen (es zählen die innen liegenden Windungsdurchgänge!) aus Zweidrahtleitung bewickelt werden. Als Zweidrahtleitung verwende ich Schlauchleitung vom Typ H03VVH2-F, 2x075, zugelassen für 300 V, erhältlich in gut sortierten Baumärkten.

Kondensator C1, der im Wesentlichen Einfügeverlusten im höherfrequenten Bereich ab 10 MHz entgegen wirkt, sollte ein Spannungs fester, verlustarmer Glimmerkondensator sein, u. a. erhältlich bei Funkamateur Box73 [11] und Mouser [9].

Bild 5 zeigt den geöffneten R-Tuner mit Angabe der einzelnen Komponenten. Über die beiden abgebildeten Erdungsanschlüsse können wahlweise mit Bananenstecker oder Kabelösen verbundene Erdleitungen oder bei Dipolbetrieb der zweite Dipolast angeschlossen werden.

 

Bild 5: R-Tuner mit geöffnetem Gehäuse


Das Gehäuse und gleichzeitig Kühlkörper für den Hochlastwiderstand ist ein Alu-Gehäuse von Hammond der Serie 1590 FL; es ist eingeschränkt wasserdicht (IP 54), hat aber Montageflansche und ist u.a. erhältlich bei Bürklin [11] und Reichelt [9].

Im praktischen Funkbetrieb sollte immer vor dem R-Tuner eine Mantelwellensperre eingesetzt werden, um unerwünschte HF-Abstrahlungen über den Außenmantel des koaxialen Speisekabels zu vermeiden.

Auch das Erdungskabel sollte über eine Drosselspule mit dem jeweiligen Erdungssystem verbunden werden.

Bei Monopol-Antennen habe ich die Erfahrung gemacht, dass für eine gute HF-Abstrahlung Radials nicht unbedingt benötigt werden. Beim Dipolbetrieb sollte der zweite Dipolast, angeschlossen am Erdungssanschluss des R-Tuner, immer deutlich kürzer (ca. 10 bis 15 %) sein als der eigentliche Strahler am TX-Anschluss des R-Tuner. Ansonsten verschieben sich die Impedanzverhältnisse auf der Antenne derart, dass eine Anpassung der Antenne mit dem R-Tuner nur noch bedingt möglich wird.

Von der Auslegung her sollte der Tuner mit dem 1kΩ Hochlastwiderstand bei ausreichender Kühlung 100 W Sendeleistung schadlos vertagen. Meine eigenen Sendeversuche mit ca. 10 bis 12 W Dauerstrichleistung im WSPR-Betrieb an meiner L-Antenne haben keinerlei Erwärmung des R-Tuner gezeigt.


Fazit


In der Realwelt gibt es weder Wunderantennen noch wundersame Antennen-Anpasssysteme, die die Gesetze der Physik auf den Kopf stellen!

So ist auch der hier vorgestellte R-Tuner eine Kompromisslösung. Dies Anpassungskonzept mit ca. 1 dB Dämpfung im Mittel ist unter Fernfeldbedingungen zwar nicht verlustlos, dafür aber eine technisch einfache und kostengünstige Alternative zu anderen, wesentlich aufwendigeren Varianten der Antennenanpassung.

Zudem wird der 20 %-ige Verlust an Sendeleistung bei den Gegenstationen kaum wahrnehmbar sein! Auch Empfangs seitig ist die Einfügedämpfung anhand von WSPR- Vergleichsrapporten nicht bemerkbar.

Der R-Tuner ist ausgesprochen handlich, einfach in der Bedienung und ermöglicht schnelle Frequenzwechsel ohne zeitraubende Abstimmungsvorgänge.

Aufwendige und manchmal auch anfällige Elektronik mit separater Stromversorgung entfällt.

Nicht resonante Antennen auch mit weniger als λ/4 Wellenlänge sind noch brauchbar anpassbar mit SWR ≤ 2.5.

Schaltungstechnisch bedingt sind Antennen beim Einsatz des R-Tuner dauerhaft geerdet und die angeschlossenen Geräte vor Schäden durch statische Aufladungen geschützt.


Literatur und Bezugsquellen


[1] Krischke, Alois: Rothammels Antennenbuch, 12. aktualisierte Ausgabe, DARC Verlag ^ Baunatal, S. 265-266 und S. 267-268

[2] Homepage: www.comet-ant.eu

[3] Homepage: www.diamondantenna.net

[4] Homepage: http//:www.g8jnj.net/cometch250b.html

[5] Kaiser. K., DK4XU: Die Mini-Matchbox. Beam 12/87, Siebel-Verlag , S. 37-38

[6] Ruegger, Max: Praxisbuch Antennenbau, 1. Auflage, Januar 2011, Box 73, Aateurfunkservice

GmbH, Majakowskiring38, 13156 Berlin, S. 334-336

[7] Homepage: physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/wspr.html

[8] Homepage: www.mouser.de

[9] Homepage: www.reichelt.de

[10] Homepage: www.box73.de

[11] Homepage: http://www.buerklin.com/de

DOMINO der TRX mit System

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DOMINO der TRX mit System

DOMINO  der TRX mit System

Der Selbstbau TRX in Modulbauweise:

 Es wird ein QRP-KW-Transceiver beschrieben, welcher ausschließlich mit steckbaren Modulen aufgebaut ist, so dass zu jeder Zeit Komponenten geprüft, verbessert, erweitert oder ausgetauscht werden können.

 Der Domino-TRX ist Plattform orientiert.

 Damit lassen sich zu jeder Zeit neue Schaltungsvarianten von Herstellern, Amateurfunkern und HF-Designern einbinden bzw. verwenden, ohne seine eigenen, kommerziellen Geräte zu “verbalsten”.

 Sinn macht das z.B.  bei ZF- und an Filtergruppen, da an letzteren verschiedene Filtervariationen wie Pi, T-Anordnungen, angezapfte Spulen usw. ausprobiert werden können.
Und weiterhin können nunmehr die vielen erstklassigen Bauvorschläge aus der CQ-DL oder dem FUNKAMATEUR endlich ausprobiert werden.
Sofern man sich an die technischen Vorgaben hält, kann die Frontplatine mit dem DDS-VFO beliebig gestaltet werden. Andere Displays, Bluetooth, WiFi und Steuerung von/über Smartphones oder Tabletts sollte möglich sein.

 Der DOMINO-TRX ist hauptsächlich als mobiler Reisetransceiver entwickelt worden. Mit kommerziellen Transceivern kann und sollte er daher nicht verglichen werden, obgleich er trotzdem gute und ausreichende Leistungen erbringt.
         

Basis ist eine  liegende doppelseitige Universal-Grundplatine, auf welcher sich einerseits die Komponenten befinden, welche immer wiederkehren und keiner Änderung bedürfen.
Auf dieser werden andererseits die Bauteil-Module zumeist flach gesteckt, welche in der Breite und in der Länge von mir “normiert” sind.

Neu ist weiterhin, das dass Gehäuse sich an der Front- und Rückseite nach Abbau des oberen Deckels ausklappen lässt.
Damit sind die Bauteile wie Filter, z.B. für NTW Messungen sehr gut zugänglich.

 Das Konzept ist als “open source” vorgesehen, und dient ausschließlich zur privaten Nutzung.

 Der TRX-Entwurf basiert auf einen Einfachsuper mit einer 9 MHz ZF, von dem ich weiß, dass dieser funktioniert. (Original Atlas Mgf, USA und folgender Nachbau Ing. Hilberling)
Jedoch sind andere Konfigurationen möglich.
Z.B. Direktüberlagerung, Doppelsuper usw. auch in anderen ZF-Frequenz- Bereichen.
SDR-TRX könnte ebenfalls realisiert werden, wobei  alternativ der 1. Mischer oder 9 MHz Ausgang verwendet werden kann.
Der LO ist ein DDS-VFO auf Arduino Basis und erbringt ausgezeichnete Ergebnisse.

 Warum das Konzept eines Nachbaus bzw. eines fertigen Entwurfs?

Wir neigen vielfach dazu, ältere Konzepte als nicht mehr zeitgemäß zu interpretieren.
Das sehe ich nicht so, denn das Rad muss nicht immer neu erfunden werden. In meiner beruflichen Tätigkeit als Sachverständiger für Haustechnik erlebe ich immer wieder, dass sich jüngere Kollegen “festfahren”, weil sie viele, eigentlich selbstverständliche Dinge immer wieder in Frage stellen und davon ausgehen, nur die neueste Technik würde zum Erfolg führen.

 Verbesserungen? Aber  ja!

 Und da setzt der DOMINO-TRX Entwurf an. Der Bausatz ist “relativ” schnell aufgebaut, und wenn sauber gearbeitet wurde, ist seine Funktion auch gewährleistet.
Ausdrücklich sei aber gesagt:
Richtige Freude  bereitet das Gerät allerdings nur denjenigen, welche die Fragen zur  Lizenzprüfung nicht mechanisch auswendig gelernt haben, sondern den Aufbau und die Schaltungstechnik eines Transceivers zu mindestens in Grundzügen begreifen.
Dass man dabei seinen technischen Horizont enorm erweitern kann, kann wie bei uns, zum Erlebnis werden.

 Zwar habe ich einige Verbesserungen und Modernisierungen schon implementiert, jetzt jedoch können nachträglich Module wie z.B. ZF-, Filterbausteine oder Oszillatoren neu entworfen und ausprobiert werden.
Der Fantasie des Amateurs werden dabei keine Grenzen gesetzt, sofern er die Regularien des NF und HF Designs begreift und einhält.

 Auch ich musste mich bei dem TRX natürlich neuen, jetzt selbstverständlichen Anforderungen stellen.
Deshalb wurde für den LO-Oszillator ein DDS-VFO Konzept gewählt, welches von einem Arduino gesteuert wird.
Diese Bauteile sind fertig aufgebaut und im Bereich von 15-30 Euro absolut erschwinglich.
Der ARDUINO ist ebenfalls Plattform orientiert, und deshalb sind Ergänzungen und Veränderungen ebenfalls möglich.

 Weiterhin wurden die Bandfilterumschaltungen mit bestimmten Schaltdioden realisiert. Ausgenommen sind die Tiefpassfilter, welche mit Relais umgeschaltet werden.
 Ältere Bauteile wurden gegen jetzt in unseren “Apotheken” erhältliche, Komponenten  ausgetauscht.

 Der komplette Aufbau lässt sich auch vorerst ohne Einsatz eines Gehäuses direkt auf einem Tisch ausprobieren.
Das Gehäuse kommt zuletzt nach erfolgter Funktionsprüfung zum Einsatz. Für das Gehäuse gibt es Maßskizzen. Jedoch können auch hier Eigenentwürfe realisiert werden.

Der Bau des Gehäuses setzt allerdings feinmechanische Fähigkeiten voraus. Er muss äußerst genau bearbeitet werden, sonst passen z.B. die Frontbedienungen nicht in die Frontplatte.

 

Technische Daten:

Kurzwellentransceiver als Einfachsuper
SSB und CW Modus
8 Bänder: 160/80/40/20/17/15/12/10m Band in 6 Filterstufen
ZF = 9 MHz
VFO synthetisch (DDS) mit Arduino
Diodenmischer Industriell, Fabr. Mini Circiuts
Quarzfilter industriell
Bandfilter und Tiefpässe mit Amidon Ringkernen
NF-CW Filter
Spot für CW
Anzeige LED, 2 x 16 Charakters
IC`s und Transistoren.

Anmerkung:

Natürlich muss man sich nicht für die vorgenannten Frequenzbänder festlegen. Nach Konfigurierung der Software des Arduinos und Austausch der Bandfilter gegen entsprechende des zu wählenden Frequenzbereiches ist man auch hier QRV.

Platinen:

 Das Platinenlayout wurde im INCH Maßsystem ausgelegt. Das basiert auf der Tatsache, dass die Bauteilabstände (Pins) im englisch sprachlichen Raum festgelegt wurden.  So sind die meisten der Platinen normativ im Raster 0,05 Inch festgelegt.
Daher ergeben sich bei der Umrechnung in das Dezimalsystem zwangsläufig “krumme” Werte.

Design/Layout und zukunftsbezogene Änderungen:

 Grundplatine:

 Die Grundplatine wurde zweiseitig aufgebaut. Multilayer Platinen kamen wegen zu aufwändigen Aufbaus nicht infrage.

 Die Abmessungen der einzelnen Platinen wurden wie schon dargestellt, den Flächenbedürfnissen einzelner Stufen angepasst, in gewisser Weise “normiert”, bzw. haben diverse Platinen dieselben Abmessungen.
Sollte man für bestimmte Module mit der Fläche nicht auskommen, so können diese durchaus mit einer weiteren Platine aufgestockt werden. (long pin headers)

Die Stromversorgung mit den verschiedenen Spannungen und Steuerleitungen auf der Grundplatine liegt bei allen benötigten Buchsenleisten an.

HF-Wege sind so kurz wie möglich gehalten und logisch verlegt. Abschirmungen zwischen den Baustufen werden nicht benötigt.
Eventuell ausgenommen ist die Platine des Trägeroszillators neben dem Quarzfilter. Dazwischen genügt ein einzelnes Blech, welches an die Quarzfilter Platine gelötet wird.

Die Buchsenleisten und Stecker müssen vergoldet sein! Nur dann sind die Verbindungen für lange Zeit kontaktsicher.
Für die Hauptstromverbindungen von der Rück- zur Grundplatine und weiter zur Frontplatine werden die  Steckverbindungen kodiert.

Die Software des Arduino wird von Thomas Drews supported (DL9GTD). Eine schnelle Reaktion auf Änderungen und event. Fehler erfolgt sehr zügig. Zu einem späteren Zeitpunkt wird DL9GTD seine Software und den Aufbau der Komponenten erläutern.
Thomas lässt durchblicken, dass er sich zukunftsbezogen noch einige Neuerungen vorstellen kann, z.B. andere Displays, Implementationen von iPod, Android usw. für Steuerung und Anzeige.

Qualitätsmessungen:

 Außer meinen HF- und Filtermessungen kann ich nichts weiter unternehmen. Deshalb sind irgendwann die Fachleute gefragt, welche sich mit Rauschzahlen, IM, Intercept Punkt usw. sich auskennen.

 Ich bin “leider” eher ein Praktiker, deshalb habe ich nur Vergleiche mit meinen Transceivern anstellen können.

 Und:
Alles was mein FT-one von Yaesu empfängt, empfängt mein TRX ebenfalls!
Unterschiede bemerke ich jedenfalls fast keine. Und das ohne einen HF-Vorverstärker, nur mit 5 Drehgebern und den Tasten für den LO!
Mit z. Zt. nur einem Watt Treiberleistung habe ich einige EU-Länder arbeiten können. Auch eine Verbindung mit UE16MP gelang mir zu meiner großen Überraschung.

Auf der Rückplatine ist noch ein Platz für eine Gegentakt Endstufe vorgesehen. So um die 10-15 Watt sollte möglich sein.

Somit sehe ich den QRP-TRX als 2. Gerät für den mobilen Einsatz (Urlaub, Fieldday), und natürlich zum Ausprobieren neuer Entwürfe.

Derzeit sind zwei Geräte erfolgreich in Betrieb.
Deshalb wird eine eigene Homepage entstehen, wo weitere Informationen und Bauanleitungen folgen.

 

Udo Vidic DK9XU                           Thomas Drews. DL9GTD

 

                                   22.12.2014

 

Die Autoren:

DK9XU
Udo Vidic
Beruf:             Dipl.-Ing Maschinenbau
                        Sachverständiger an deutschen Gerichten der Haustechnik.
Geb.:              1942
Lizenz            seit 1970
Hobbys:         Motorradfahren, Segeln, Video; Photo  und Gärtnern.

DL9GTD
Thomas Drews
Beruf:                        Wirtschaftsinformatiker
Geb.:              1974
Lizenz            seit 1991
Hobbys:           Amateurfunk und digitale Betriebsarten.

Abenteuer Mittelwelle

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Abenteuer Mittelwelle



Bild 1: NDR-MW-Rundfunksender in Hamburg, Billstedt. Foto: DF2LS




Abenteuer Mittelwelle


Im Jahr 2012 wurde den deutschen Funkamateuren ein schmaler Sektor im Mittelwellenbereich zugewiesen. Es wird gezeigt, wie man mit einer einfachen Modifikation eines älteren TRX (IC 725) und einer auf den Mittelwellenbereich durch eine Ladespule angepassten 25m langen L-Antenne qrv wird.

Erste Betriebserfahrungen mit WSPR belegen, dass mit einer ziemlich bescheidenen Ausrüstung Funkbetrieb im Raum Europa möglich ist.


Keywords: Modificated IC 725 with approx. 40 W on Medium Wave band, L-antenna with loading coil made of Amidon cores, first experiences on Medium Wave with WSPR



Mit der der im Amtsblatt 11/2012 der Bundesnetzagentur vom 13. 6. 12 veröffentlichten Mitteilung 386/12 wurden den Funkamateuren im Jahr 2012 der Betrieb auf Mittelwelle im Frequenzbereich 472 bis 479 kHz zugewiesen. Erlaubt sind ausschließlich schmalbandige Betriebsarten mit maximal 800 kHz Bandbreite wie z. B. CW und schmalbandige digitale Betriebsarten wie PSK 31 und WSPR und einer Sendeleistung von 1 W ERP.


Die Mittelwelle weckt bei den Älteren von uns positive Erinnerungen an Radio Luxemburg auf 1440 kHz oder die so genannten Piratensender wie Radio Caroline vor der englischen Küste bei Essex auf 1520 kHz. Dies waren die einzigen Sender, die Mitteleuropa und Deutschland in den 1960-er und 1970-er Jahren mit aktueller Popmusik versorgten. Die öffentlich rechtlichen Sendeanstalten von der ARD hatten damals leider nur wenig zu bieten für die Jüngeren.


Andererseits erinnert man sich auch mit Schaudern an die schlechte Tonqualität zu Abend- und Nachtzeiten, wenn weiter entfernte Sender auf Grund besserer Ausbreitungsbedingungen nach Sonnenuntergang „durchschlugen“ und den Musikgenuss zunichte machten.


Und die erforderlichen Antennen für Mittelwelle sind riesig. Die allseits bekannten Antennengebilde mit 100 bis 300 m Höhe sind mit amateurmäßigen Mitteln nicht zu erreichen, denkt man!

Dass es dennoch geht und wie man es anfängt, soll dieser Beitrag zeigen.


Empfangstechnik


Im Amateurfunk wird die Mittelwelle schon längere Zeit einigermaßen stiefmütterlich behandelt. Abgesehen von der SDR-Technologie gibt es zwar analoge Transceiver auf dem Markt mit durchgehendem Empfangsbereich von ca. 100 kHz bis 30 MHz, im LW- und MW-Bereich lässt aber meist die Empfindlichkeit zu wünschen übrig. Also ist Selbstbau angesagt oder man geht einen anderen Weg und schaut sich bei den meist schon verstaubten Oldtimern um.

Zu meinem Glück habe ich noch einen in die Jahre gekommenen aber immer noch funktionstüchtigen IC 725 von ICOM mit durchgehendem Empfangsbereich von 30 kHz bis 33 MHz und den üblichen Bändern 160m bis 10 m für Sendebetrieb.

Ein kurzer Test im neuen MW-Amateurband zeigt, dass man mit dem IC 725 empfangsseitig ganz gut zurechtkommt.

Zwei NDBs (Non Directional Beacon), also Flugfunkbaken aus Polen konnten auf Anhieb teilweise auch tagsüber mit guten Signalen aufgenommen werden.

Das S-Meter des IC 725 ist aber im MW-Band ohne Modifikation ein wenig ungenau, ein S 9 Signal (definitionsgemäß 50 µV an 50 Ohm) wird mit S 7 bis S 8 angezeigt. Aber ich glaube diese Ungenauigkeit kann man bei einem so alten Empfängerkonzept verschmerzen.


Sendetechnik


Der IC 725 kann werksseitig ab dem 160 m Band bis 100 W Sendeleistung abgeben, Unter 1400 kHz ist der Transceiver durch entsprechende Hochpassfilter für den Sendebetrieb abgeregelt.

Eine kurze Internetrecherche (1)(2) ergab, dass sich der IC 725 wie sein fast baugleicher größerer „Bruder“ Bruder IC 735 ohne großen Aufwand für MW-Betrieb umrüsten lässt.

Es sind lediglich 3 Kondensatoren auszuwechseln und eine Spule kurzzuschließen, also wirklich ein überschaubarer Aufwand, um mit dem IC 725 oder IC 735 auf Mittelwelle qrv zu werden.

Nach diesem Eingriff verfügt der IC 725 im MW-Band über ca. 30 bis 40 W Sendeleistung.


Zur notwendigen Unterdrückung von Oberwellen ist noch ein Tiefpassfilter nach Chebyshev nachgeschaltet.

Die Filterberechnung gestaltet sich recht einfach. WA4DSY hat dazu ein sehr leicht zu bedienendes Programmpaket ins Internet gestellt (3).

Nach Eingabe des Filtertyps, hier „lowpass“, Anzahl der Filterstufen, hier „3 poles“, der so genannten Cut off Frequenz in kHz, hier 750 kHz, und der Angabe der Filterimpedanz, hier 50 Ohm, berechnet die kleine Programmroutine die Werte für die Kondensatoren und die Spule nach den Formeln von Butterworth, Chebyshev und Bessel und gibt dazu noch die zu erwartenden Filterkurven aus.

Ich habe mich für ein Tiefpassfilter nach Chebyshev entschieden, da dieses bei der ersten Harmonischen die größte Filtertiefe aufweist. Nachteilig beim Chebyshev-Filter ist allerdings die geringe Dämpfung von ca. 0,8 dB im Durchlassbereich.

Das Ganze wurde in einen ausgedienten und für MW-Betrieb umgebauten Antennentuner von MFJ (MFJ-945D) eingebaut. Erstaunlicherweise ist das im MFJ-Tuner eingebaute SWR-Meter auch im MW-Band noch voll funktionsfähig. Die Details zum Umbau des MFJ-Tuners folgen in einem späteren Beitrag.


Antenne


Wie eingangs schon angesprochen, stellt eine einigermaßen leistungsfähige Antenne für den Mittelwellenbetrieb das größte Problem dar.

Rein rechnerisch hätte ein l/4 Strahler eine Länge von 157,5 m, also ziemlich illusorisch für die Platzverhältnisse eines „normalen“ OM.

Aus der einschlägigen Antennenliteratur ist zu entnehmen, dass für Mittelwelle flach abstrahlende Vertikalstrahler aufgrund der besonderen Ausbreitungsverhältnisse über die Bodenwelle und nachts zunehmend auch Raumwelle zu bevorzugen sind.

Als Bewohner der Küstenregion erinnert man sich an die Antennenanlagen der kleinen Krabbenkutter und Kümos (zu deutsch Küstenmotorschiffe), die für Grenzwelle, also 500 kHz, fast immer mit relativ kurzen L-Antennen ausgerüstet sind. Auch wieder aus der Antennenliteratur ist bekannt, dass die L-Antenne auf den Low-Bands hauptsächlich mit dem vertikalen Ast strahlt und der horizontale Ast lediglich als kapazitive Verlängerung fungiert. Gesagt, getan wurde eine 20 m lange L-Antenne aufgebaut.


Die genauen Ortsdaten dieser Antenne sind wie folgt:

Aufbauhöhe: 7 m

Vertikale Länge: 5 m, Einspeisung am Wohnhaus in 2 m Höhe

Horizontale Länge: 20 m

Ausrichtung: Ost - West

Umgebung: Wohnhaus in unmittelbarer Nähe und weitere Bebauung mit Einfamilienhäuser in 10er Meter Abstand

Als Gegengewicht dieser Antenne fungiert ein ca. 2 m langer Staberder und ein ca. 20 m langes Radial, das ca. 30 bis 40 cm im Boden eingegraben ist. Die Antenne hat bezogen auf das beschriebene Gegengewicht eine Kapazität von 180 bis 190 pF.


Um diese viel zu kurze Antenne im Mittelwellenband in Resonanz zu bekommen, braucht man eine Verlängerungsspule. Zur Berechnung dieser Spule bedarf es einiger Rechenarbeit, die einem das Programm „mini Ringkern-Rechner 1.2„ von DL5SWB (4) freundlicherweise abnimmt.

Mit dem Subprogramm „Tools/Schwingkreis“ lässt sich die erforderliche Induktivität leicht bestimmen. Als Grundlage dieses Programmes fungiert die Thomsonśche Schwingungsgleichung in Umformungen für Frequenz, Kapazität und Induktivität.

Nach der Eingabe der erforderlichen Daten für Kapazität - hier 185 pF - und Frequenz - hier 474 kHz - errechnet sich für die Ladespule eine Induktivität von 609 µH.

Zunächst habe ich diese Ladespule als so genannte Luftspule auf grauem 100-er Abwasserrohr und isoliertem Lautsprecherkabel von 2 mm Durchmesser aufgebaut. Ich musste aber leider feststellen, dass die Induktivität dieses Gebilde bei Feuchtigkeit erheblich schwankte und die Antenne somit sehr schnell aus der Resonanz war. Zudem war diese Ladespule nicht besonders schön anzusehen.

Auf den Hinweis meines Funkfreundes Tobias, DG3LV, der sich mit dem Thema Mittelwelle schon längere Zeit auseinandergesetzt hatte, habe ich die Ladespule mit 3 großen T200/2 und einem kleineren T106/2 von Amidon aufgebaut. Diese wesentliche kleinere Einheit passt in ein 50-er Abwasserrohr mit entsprechenden Kappen und ist somit wasserdicht.

Beim Bewickeln der Kerne nach Angaben des „mini Ringkern-Rechner 1.2„ musste ich feststellen, dass ich die Induktivität durch Dehnen oder Quetschen Windungen auf dem Amidonkern in gewissen Grenzen variieren lässt. Einen interessanten Beitrag zu diesem Thema hat HB9ANE (5) verfasst.






Bild 2: Schaltbare Ladespule mit 4 Amidon Ringkernen Foto: DF2LS


Mit einem einpolig schaltenden Drehschalter von Fa. Lorlin, erhältlich bei Conrad und Reichelt, kann man die Induktivität der Spule über einen größeren Bereich anpassen.

Dies war erforderlich, da die Antenne doch sehr schmalbandig ist und sich der Resonanzpunkt der Antenne bei längerem Regenwetter um einige kHz deutlich verschiebt.


Betriebserfahrungen


Schaltet man den Empfänger hier im Raum Hamburg im 630 m Band ein, stellt man verwundert fest, dass hier doch überraschend viel los ist. Tagsüber seltener, aber nachts fast immer sind die beiden NDB Baken mit der CW-Kennung BIA und SA zu empfangen.

Die starke (S2 bis S7) BIA-Bake auf 474 kHz steht in Rzeszow ca. 150 km östlich Krakow in Südostpolen und die etwas schwächere (S1 bis S3) SA-Bake kommt aus Darlowo nahe der Ostsee, ca 100 km westlich Gdansk.

Im Bereich von 472 bis 474 kHz findet man nachts regelmäßig einige CW-Stationen aus dem mitteleuropäischen Raum mit guter Signalstärke.

Auf 474,2 kHz ist WSPR-Betrieb anzutreffen. Im Winter und nachts ist hier ganz Europa vertreten. Mein persönliches ODX sind Stationen aus Finnland , Distanz 1600 bis 1700 km.


Besonders interessant sind Verbindungen über die Bodenwelle. Tests mit Tobias, DG3LV, der ca 25 km entfernt von mir wohnt, haben gezeigt, dass mit ca. 400 mW Output eine Signalstärke von ca. 40 dB über Rauschen zu erreichen sind. Bei einer SWL-Station in der Nordheide (Distanz ca. 125 km) erzeuge ich noch ein Signal mit ca. 20 dB über Rauschen.


Noch ein Hinweis zum Output meiner MW-Station. Da mir keine entsprechenden Messmittel zu Verfügung stehen, habe ich versucht, rechnerisch diese Frage zu klären.

Nach Janzen (5) lautet die Formel für den Strahlungswiderstand einer kurzen Monopol-Antenne:

Rs = 40 Ω* (1 –1,32 (l / λ)2 ) * tan2 (ϖ* l / λ)


Mit den Werten dieser Antenne ergibt sich:


Rs = 40 Ω* (1 –1,32(25/633)2 ) * tan2 (ϖ*25/633) = 0,620 Ω


Damit errechnet sich ein Wirkungsgrad η = Rs/Rges


Vorgenannte Werten eingesetzt:


η = 0,620 / 37 = 0,0167


Bei einer Inputleistung von ca. 25 W werden somit ca. 420 mW im Mittelwellenbereich abgestrahlt.


Hinweis zur Umbauanleitung des IC 725


Ich weise an dieser Stelle darauf hin, dass ich auf keinen Fall für mögliche Schäden aufkomme, die aus der Modifikation des IC725 nach (1) und (2) begründet sind.

 

 

 

Literatur

1: Rauh. E: IC-735 für das 630-m-Band fit machen. DL1FY, CQ-DL 12/2012, S. 869-871

2: Lipkowski. J.:Modifying an IC735 for the 630m band.SQ5BPF <sq5bpf@lipkowski.org>

3: www.wa4dsy.net/filter/filterdesign.html

4. http://www.dl5swb.de:mini Ringkern-Rechner 1.2

5. www.uska.ch/uploads/media/HBradio_12-02.pdf

6. Janzen, Gerd: Kurze Antennen:Entwurf u. Berechnung verkürzter Sende- u.

Empfangsantennen.- Stuttgart: Franckh, 1986

USB-TRX-Interface

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USB-TRX-Interface, USB-Transceiverinterface mit integrierter Soundkarte

Moin moin,

hier ein kleiner Bericht über das vom "Funkamateur" angebotenen BX-120 TRX-Interface mit Soundkarte.
 
Zuvor hatte ich nur ein SB-2000 Interface, welches seinen Dienst immer gut gemacht hat, aber mich störte daran folgendes:
Mit dem SB-2000 Interface konnte ich nicht meine Speicherplätze vom Kenwood TS-2000 auslesen. Ich musste dazu immer einen anderen USB-Konverter an die RS232 Schnittstelle anschließen.
Außerdem müssen mit dem SB-2000 immer zwei USB-Ports belegt werden: einer für das Interface und einer für die Soundkarte.

Das TRX-Interface benötigt nur eine USB-Schnittstelle, da die Soundkarte integriert ist und bietet zudem noch die Möglichkeit, weitere USB-Geträte an der Frontseite anzuschließen.

Das schnelle Auslesen der Speicherplätze ist jetzt auch möglich. Der Kenwood TS 2000 geht zwar während der Datenübermittlung auf Sendung, aber wenn man vorher die Leistung auf 5W senkt und eine freie Frequenz einstellt, macht er seinen Job gut.

Das TRX-Interface kommt als Bausatz. Auf der Platine sind alle SMD Bauteile bereits fertig montiert, man selber muss nur die großen Bauteile auflöten (was auch bei ungeübten Lötern wie mir keine Stunde dauert). Es empfiehlt sich allerdings, die Bauanleitung vorher aufmerksam zu lesen und die Schritte in der richtigen Reihenfolge einzuhalten.

Wenn man - sowie ich - vergisst, die Jumper zu setzen, hat man ein Gerät welches nix kann.
Über die Verschaltungsliste ist mir aufgefallen, dass alle Signale über die Steckleiste führen - ohne die Jumper sind die Leitungen offen und es passiert rein gar nix. (PS: die Fehlersuche dauert länger als das Löten!)

Schade ist, dass man bei dem TRX-Interface ein Adapterkabel komplett selber bauen muss. Bei dem SB-2000 ist das Kalbel dabei und einsatzbereit, so dass es zumindst erstmal einen netteren Eindruck erweckt.
Aber mit den offenen Kabeln vom "Funkamateur" lässt sich der Adapter das in kürzester Zeit herstellen.

Ein absolutes Plus zum Schluss: das TRX-Interface hat ein Aluminiumgehäuse und keine Plastikverschalung.


73,

DO3KAH
Helge

Zeitungsartikel "Udo Vidic funkt gern dazwischen" 06/2014

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"Udo Vidic funkt gern dazwischen"

Zeitungsartikel aus dem Markt "Menschen im Porträt: Udo Vidic funkt gern dazwischen" vom 04.06.2014

DK9XU pflegt vom Dachgeschoss seines Wohnhauses in Ammersbek Kontakt in die ganze Welt.

Udo funkt gern dazwischen.pdfZeitung: Markt vom 04.06.2014
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