1 Steuergerät

Das Steuergerät enthält den Antennenkoppler, den Controller und ein Netzteil, das auch die 24V-Spannung zur Schaltung der Relais im Tuner bereitstellt.

ATU Steuergerät Frontansicht

Abb. 1.1: Frontplatte des Steuergerätes.

1.1   Netzteil (unverändert, Rev. 2, Aug. 2013)

Im Netzteil (Versorgung des Controllers und der Remote Unit) wird ein 78S15 (2A) verwendet. Mit der Zener-Diode, hier 7,5 V, kann die Spannung für die 24V-Relais in der Remote Unit etwas verkleinert werden, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Die verwendeten 24V-FINDER-Relais sprechen schon bei ca. 20 V an. Spannungsabfall auf der Steuerleitung bei Ansteuerung aller Relais beachten! Auf der Platine sind für die Zenerdiode D1 Lötpads für zwei Dioden vorgesehen. 24V-Relais wurden gewählt, um den Spannungsabfall auf der Steuerleitung zwischen Controller (im Shack, vielleicht im Keller) und der Remote Unit (am Ende der Hühnerleiter, vielleicht auf dem Dach) in Grenzen zu halten. Idee war, die Remote Unit an ihrem jeweiligen Standort netzunabhängig zu machen, also die Versorgungs-spannung über die Steuerleitung mitzuliefern. Wenn keine größeren Entfernungen zu überbrücken sind oder der Remote Unit ein eigenes Netzteil spendiert wird, können im Rahmen der Belastbarkeit der die Relais schaltenden ULN2803 (max. 50V/500mA) beliebige Relais in der Remote Unit eingesetzt werden, z.B. 12V-Typen. Das Netzteil einschl. Trafo ist dann entsprechend anzupassen.
Der Controller alleine benötigt etwa

  • 12V/20mA
  • 5V/180mA mit LCD EA DIP204-4 mit LED-Vorwiderständen wie angegeben
  • 5V/230mA mit LCD EA DIP203-4 (200mA mit LED-Vorwiderständen wie angegeben)

Netzteil

Abb. 1.2: Schaltbild des Steuergeräte-Netzteils.

1.2   Controller

Controller Schaltung

Abb. 1.3: Schaltbild des Controllers Rev. 3.

Am AVR-Pin PB1 (T1) ist der Frequenzzähler angeschlossen. Er besteht aus einem Vorverstärker (T1), einem Schmitt-Trigger (IC3) und einem 1/8-Teiler (IC2). Bei 18.432 MHz Taktfrequenz ist damit im 6m-Band noch sicher zu zählen. Die Eingangsempfindlichkeit beträgt etwa 40 mVss. Falls die HF-Spannung nicht reichen sollte, können C16 und R27 im SWR-Koppler (Abb. 1.7) erhöht werden. Die Frequenzkalibrierung wird mit C10 vorgenommen.

Zur RS485-Kommunikation mit IC5 sind hier und hier auf dieser Website ausführliche Beschreibungen zu finden. Im Mustergerät wurden R18 und R20 an den Signalleitungen A und B mit jeweils 750R dimensioniert (Fail safe). Bei sehr langem Bus können ggf. etwas geringere Werte vorteilhaft sein, bei sehr kurzem Bus könnten sie auch entfallen - ausprobieren. Der Abschlusswiderstand R19 sorgt für eine Impedanzanpassung gängiger Twisted Pair-Leitungen. Diese müssen jeweils an den Bus-Enden angebracht werden. Eine Überprüfung der Signale bei Schaltvorgängen auf (halbwegs) Rechteckform mit dem Scope wäre sinnvoll.

Etwas mäkelig verhalten sich einige MAX485SCA (SO8). Bisweilen ist hier der optionale C11 (1nF) erforderlich, um die Kommunikation überhaupt möglich zu machen, manchmal geht es auch ohne. Testschaltungen, die ohne C11 auskamen, funktionierten auch mit, also vielleicht gleich bestücken. Der MAX485CPA im DIP8-Gehäuse, zumindest der in der Remote Unit eingesetzte mit MAXIM-Logo, verhält sich dagegen ohne dieses ominöse C handzahm.
Nachdem einige OMs von Schwierigkeiten mit dem MAX485 berichteten, auch wegen eigener Erfahrungen aus den Anfängen der Entwicklung, steht eine Platinenversion des Controllers mit einem MAX485 in DIP8-Bauform im Download zur Verfügung. Gesockelt könnte man den Chip wenigstens mal austauschen. Das Layout wurde geprüft, die Platine aber nicht praktisch erprobt.

Derzeit sind nur die beiden ADC-Eingänge ADC0 und ADC1 aktiviert. Hier werden die Kopplersignale FWD (Vorwärtsleistung) und REV (reflektierte Leistung) ausgewertet. Die Anschlüsse PA2 (ADC2) und PA3 (ADC3) werden aktuell nicht benutzt.

Die Beschaltung VCC an den Pins 5, 17 und 38 ist vielleicht noch erklärungsbedürftig. Der ATmega wird an Pin 5 mit +5V (VCC) versorgt. An den Pins 17 und 38 ist ebenfalls VCC herausgeführt, um dort Stützkondensatoren (C4 und C5) anzuordnen. Diese puffern VCC bei den digitalen Schaltvorgängen im Chip.

Frontpanel Schaltung

Abb. 1.4: Schaltbild des Controller-Frontpanels Rev. 3.

Für das hier verwendete, inzwischen abgekündigte 5V-LCD EA DIP204-4 gibt es im Download eine Adapterplatine für den 3,3V-Nachfolger EA DIP203-4. Da der RW-Port des LCD auf Masse liegt, d.h. nur Schreibbefehle vom Controller ans LCD geschickt werden, besorgen ein 3,3V-Spannungsregler und ein nicht invertierender Hex-Buffer 74HC4050 den Levelshift von 5V nach 3,3V auf den Steuer- und Datenleitungen.
Die Platine hat Dirk,
DH4YM, ab sofort (Apr 2018) im Programm. Dirk liefert sogar kostenfrei die neue Adapterplatine an Altbesteller auf Anfrage nach. Das nenne ich Ham spirit!
Die Controller-Firmware, V3.00 und höher, funktioniert sowohl mit dem alten EA DIP204-4 als auch mit dem neuen EA DIP203-4, jeweils mit der passenden Adapterplatine.

Das Frontpanel trägt alle Bedien- und Anzeigekomponenten. Es ist mit Flachkabeln und doppelreihigen 6- bzw. 10-poligen Steckkontakten mit dem Controller verbunden.

Zur Reduzierung der TX-Leistung (TX mute) stehen zwei Ausgänge zur Verfügung, die vor jeder Relais-Umschaltung in der Remote Unit gleichzeitig geschaltet werden: Ein PTT-Relais mit Umschalt-kontakten und ein +12V-Steuerausgang ("Mute"). Die LED D7 "Tuning" zeigt diesen Schaltzustand an. Die TX mute-Funktion darf den TX nicht gänzlich stumm schalten, da eine wenn auch geringe Leistung gebraucht wird, um bei der automatischen Abstimmung das SWR bzw. den Return Loss messen zu können.

Die LED D4, am Vorgänger zur Anzeige der Programmierfunktion, zeigt nun blinkend ein SWR>3 an. Sonst keine Änderung gegenüber der Version 2013.

Die Anpassung der Bauhöhen der Taster und des in zwei neunfach Stecksockel (Rastermaß 2,0 mm) eingesteckten Displays an die Durchbrüche in der Frontplatte besorgt eine separate Display-Platine. Hierfür ist auf der Frontpanel-Platine ein Ausbruch auszusägen.

1.3   Die Platinen

Die Abmessungen und Befestigungslöcher der Controllerplatine sind kompatibel zur Vorgängerplatine.

Controller Platine

Abb. 1.5: Platine des Controllers.

Frontpanel Platine

Abb. 1.6: Platine des Controller-Frontpanels (Rev.2, 2013 unverändert mit EA DIP204-4-Adapter).

EA DIP203-4 adapter

Abb. 1.6a: Display-Adapter für EA DIP203-4 (neu 04/2018).

1.4   SWR-Koppler

Das hier auf dieser Website beschriebene SWR-/Powermeter, wie auch im Vorgänger mit Dioden aus einer Vorstudie für den ATU entstanden, ist nun Bestandteil des ATU. Die eingesetzten AD8307 ermöglichen eine zuverlässigere SWR-Messung auch bei geringen TX-Leistungen gerade bei der Antennenabstimmung.

In Anbetracht des z.B. bei SV1AFN aufgerufenen fairen Preises von etwas mehr als 1 EURO für einen Log Amp AD8307 (Apothekenpreise im Fachhandel 10 bis 15 EURO) gibt es keinen vernünftigen Grund mehr, sich mit Diodengleichrichtern abzuquälen.

SWR-Koppler Schaltung

Abb. 1.7: Schaltbild des Kopplers.

Die Pi-Abschwächer R1 bis R6 sowie R10 bis R15 bilden zusammen mit den Anpassgliedern Ch1/Ch2 und R7/R8 bzw. R16/R17 zu den AD8307 die reellen 50Ω-Lasten an den Forward- und Reverse-Ports des Richtkopplers. Die Abschwächer, hier 6dB, sind wie die Ringkerne im Koppler der jeweiligen maximalen TX-Leistung anzupassen. Details zur Berechnung hier.
Bei Testrechnungen für einen QRO-Koppler erst später herausgefunden: Abhängig vom Kopplungsfaktor der verwendeten Ringkerne wird die Belastbarkeit der 0805-Widerstände in den Abschwächern vor den Log Amps ab ca. 500W PEP überschritten. In solchen Fällen müssen Leistungsabschwächer vorgeschaltet werden. Ein entsprechend erweitertes Excel-Sheet (Rev. 1) ist hier im Download zu Digitales SWR-/Powermeter mit PEP-Anzeige zu finden. Damit kann das gesamte Leistungsspektrum von QRP bis QRO ausgelegt werden.

IC4 sorgt für eine niederohmige Einspeisung in die ADC des Controllers. Mit der im Controller konfigurierten internen ADC-Referenz 2,56V und der maximalen Ausgangsspannung des AD8307 von 2,5V ist eine Spannungsfolgerschaltung von IC4 mit R20/R24 = 0Ω, ohne R19 und R23 ausreichend. Fallweise kann mit den Gegenkopplungswiderständen die Spannungsverstärkung > 1,
V = 1 + R20/R19 = 1 + R24/R23,
ausgelegt werden. Die Ausgänge von IC4 vertragen keine kapazitiven Lasten, etwa von Durchführungskondensatoren in der Gehäusewand. Bei Schwingneigung von IC4 R22/R25 auf 1k erhöhen, können auch gleich bedenkenlos auf 1kΩ gesetzt werden.

Die Siebglieder zwischen den AD8307-Ausgängen und den OpAmp-Eingängen, etwa C14/Ch4/C15 im FWD-Kanal, sind bewusst hochfrequent ausgelegt, um eine PEP-Messung mit dem ADC des AVR durch Abtasten der maximalen Amplitude möglich zu machen.

Im Vorlaufzweig ist ein Emitterfolger T1 eingefügt, an dem die HF für die Frequenzmessung entnommen wird.

Zu beachten sind die verschiedenen Bohrungen in den Masseflächen. Sie sind für Durchkontakierungen zur Massefläche auf der Rückseite gedacht.

SWR-Koppler Platine

Abb. 1.8: Kopplerplatine.

SWR-Koppler Innenansicht

Abb. 1.9: 20W-Koppler.

Bei der Montage der Ringkerne ist auf richtige Polung zu achten (Punkte in Abb. 1.7 = rote Markierungen in Abb. 1.9). Die Kerne mit identischem Wickelsinn sind um 180° gegeneinander gedreht angeordnet. Mit dem 30p-Trimmer (Abb. 1.9, Mitte links) lässt sich bei Abschluss mit 50Ω eine minimale DC-Spannung am REV-Ausgang für eine maximale Richtschärfe z.B. bei 14MHz einstellen.

Steuergerät Innenansicht

Abb. 1.10: Innenansicht des Steuergerätes.

Für einen SWR-Koppler mit QRO-Dimensionierung ist noch genügend Platz im Gehäuse.