2 Remote Unit
Erstellt: DL6GL, 26.02.2013, letzte Änderung
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Die Remote Unit steuert die Relais für Induktivitäten (Port C) und Kapazitäten (Port A) und die Hoch- bzw. Tiefpassanordnung (Port D.7) des Tuners aus den über die RS485-Schnittstelle empfangenen Befehlen.
2.1 Schaltung (unverändert, Rev. 2, Aug. 2013)
Der Spannungsregler 7805 bekommt vor Anstrengung, 24V auf 5V herunter zu regeln, doch ziemlich heiße Backen. Als Option außerhalb des Gehäuses der Remote Unit-Steuerung wurde ihm noch ein 7812 vorgeschaltet. So wird die Wärmeabführung gerecht verteilt.
Abb. 2.1: Schaltbild der Remote Unit-Steuerung
In der im Setup Nr. 1 (s.u. zu 3.2.4) einstellbaren Variante "Christian-Tuner" mit nur 7 Induktivitäten wird das achte Bit an PC7 nicht geschaltet.
Zur Funktionskontrolle kann an die Zehnfach-Steckbuchse ein 16x2 Standard-LCD angeschlossen werden. Die 24V-Stromversorgung erfolgt über das Kommunikationskabel. Da die Relaissteuerung über T1, IC2 und IC3 unabhängig von der Steuerelektronik erfolgt, können statt 24V- z.B. 12V-Relais verwendet werden. Stromsparender wären bistabile Relais. Da müsste man aber lange sparen, damit sich die beträchtlichen Mehrkosten für solche Relais irgendwann rechnen. Für einen Batteriebetrieb im Grünen aber sicher eine Überlegung wert. Hierzu müsste allerdings die Relaisansteuerung in der Software erweitert werden, um kurze Stromstöße zum An- und Abschalten zu liefern.
Die LC-Bank ist dem offenbar bewährten Konzept des ursprünglich asymmetrischen Christian-Kopplers entlehnt [4]. Im Mustergerät wurden die Ansprüche allerdings auf HF-Leistungen um die 100 W reduziert, was die Anforderungen an die L's und C's deutlich mäßigte. Die Spulendaten sind in einer Excel-Tabelle angegeben. Als Relais werden die Finder-Typen FIN 40.61.9 24V [1] eingesetzt (auch tauglich für eine 750 W-Ausführung).
Eine in jeder Hinsicht kompromisslose Variante mit Luftspulen und Glimmer-C's hat DL1SNG im Funkamateur 1 bis 4/2011 veröffentlicht [9]. Dieses Gerät der 1 kW-Klasse spielt allerdings in einer anderen Liga als der hier gezeigte Ansatz.
Die LC-Bank wurde aufgrund der Versuche mit der neuen Dipolantenne komplett überarbeitet. Wesentliche Änderungen:
- Hoch-/Tiefpassumschaltung
- Balun
- C-Bank
Die revidierte Schaltung ist in nachfolgender Abb. 2.2 dargestellt.
Abb. 2.2: Schaltbild der Remote Unit-L-/C-Bänke.
In der im Setup Nr. 1 (s.u. zu 3.2.4) einstellbaren Variante "Christian-Tuner" mit nur 7 Induktivitäten wird das achte Bit (RL7 in Abb. 2.2) an PC7 (siehe Abb. 2.1) nicht geschaltet.
2.2 Zu 1, Hoch-/Tiefpassumschaltung
Bei den Anpassungsversuchen der neuen Dipolantenne zeigte sich eine Schwäche des Tuners. Aus meiner Sicht ist es ein Designfehler, der sich durch alle mir bekannten im Internet veröffentlichten Variationen des symmetrischen Christiankopplers zieht, z.B. bei DK8EY. In dieser Konzeption, der die Ursprungsversion von 2009 gefolgt ist, sind in Stellung Lowpass die beiden C-Bänke in Serie an den Antennenausgang geschaltet, in Stellung Highpass sind es die beiden L-Bänke (Abb. 2.3). Ergebnis: Die Kapazitäten halbieren sich, die Induktivitäten verdoppeln sich. Damit ist zumindest an meinem 2x13,75m Dipol mit 12 m Hühnerleiter eine Anpassung am unteren und am oberen Ende des Kurzwellenbereichs (80 und 10 m) nicht optimal möglich. 160 m wurde erst gar nicht versucht.
Abb. 2.3: Schaltung der L- und C-Bänke in der Vorgängerversion.
Im 80m-Band reicht die (halbierte) Kapazitätsvariation in Stellung Lowpass nicht aus, das ganze Band mit niedrigem SWR zu überstreichen. Im 10m-Band ist die (verdoppelte) Stufung der Induktivitätsvariation in Stellung Highpass zu grob, um im gesamten Band auf optimales SWR abzugleichen.
Neue Konzeption (Abb. 2.4, 2.5): Mit einer anderen Beschaltung von RL8 bis RL11 wird jeweils nur eine L- bzw. C-Bank an den Antennenausgang geschaltet.
Abb. 2.4: Hoch-/Tiefpassumschaltung, Stellung Tiefpass.
Abb. 2.5: Hoch-/Tiefpassumschaltung, Stellung Hochpass.
Abb. 2.6: Hoch-/Tiefpassumschaltung, Relaisbeschaltung.
2.3 Zu 2, Balun
Der Balun lag nun auch ausgebaut auf der Werkbank. Also wurde er erst einmal mit dem FA-NWT durchgemessen. Den hatte ich 2009 noch nicht. Der Strombalun nach DG0SA mit 2 bifilaren Wicklungen CuL 1 mm auf der rechten und linken Ringkernhälfte zeigte nicht gerade berauschende Ergebnisse, vermutlich weil die Impedanz der zwei nebeneinander liegenden CuL-Drähte weit ab von 100 Ohm lag. DG0SA verwendet 100 Ohm Zwillingsleitung.
Statt dessen wurde der Balun nach Joe Reisert, W1JR, mit RG316 auf den FT140-43 gewickelt, je 5 Windungen mit Richtungswechsel (Abb. 2.7).
Abb. 2.7: Strombalun (Mantelwellensperre) mit 10 Windungen nach W1JR.
W1JR bewickelt den Ringkern scheinbar asymmetrisch, Beispiele in [10] und Rothammels Antennenbuch, Kap. 7.4.2.3. In Abb. 2.7 links (von oben) 5 Windungen, die 6. Windung ist der Richtungswechsel, dann weitere 4 Windungen auf der rechten Seite (nach unten). Insgesamt also 10 Windungen. Einmal innen durch ist eine Windung. Bei anderen Autoren im Netz findet man auch oft um den Richtungswechsel symmetrische Anordnungen, z.B. 5 Windungen rechts, dann Richtungs-wechsel, dann 5 Windungen links, insgesamt also 11 Windungen. Für tiefere Frequenzen könnten ggf. auch mehr Windungen gebraucht werden, s.u. Abb. 2.10. Eine Rechts-Links-Symmetrie ist wohl eher ein Anliegen von Ästheten. Der Witz in der Wicklungsanordnung liegt darin, dass Ein- und Ausgang maximal voneinander entfernt sind und dabei der gesamte Ringkern bewickelt ist.
Simple Wickeltechnik, auch gute Werte? Offenbar.
Abb. 2.8: SWR W1JR-Balun.
Abb. 2.9: Impedanz W1JR-Balun.
Abb. 2.10: Gleichtaktunterdrückung W1JR-Balun.
Jeweils 25Ω-Widerstände wären passender für das 50Ω-System. Dennoch, kann man so lassen. Die Aufgabe, Gleichtaktströme durch Mantelwellen zu unterdrücken, erfüllt der Balun zwischen 80 und 10m mit deutlich über 30 dB bei manierlichem SWR und glattem Impedanzverlauf. Für 160m brächten wohl je eine Windung mehr rechts und links eine bessere Gleichtaktunterdrückung.
So sieht die Hoch-/Tiefpassumschaltung dann aus:
Abb. 2.11: Hoch-/Tiefpassumschaltung.
2.4 Zu 3: C-Bank
Bei den Tests an der neuen Dipolantenne zeigten sich teilweise übergroße Sprünge bei der SWR-Optimierung mit Schaltung einer anderen Binärstufe. Beim Hochschalten der Kapazitäten etwa fallen alle niederwertigen Relais ab, während das nächst höherwertige anzieht. Die Kondensatoren waren sorgfältig entsprechend der Binärstufung ausgemessen. Soweit die Theorie. Die Praxis zeigt z.B. beim binären Sprung auf 200pF statt dem erwarteten Kapazitätszuwachs von ca. 3 pF einen von ca. 7 pF. Erscheint wenig, kann aber einen Sprung über das minimale SWR bedeuten. Knapp daneben ist auch vorbei. Bilder hierzu sind im Download zu Artikel "Abenteuer Antennenbau" auf dieser Website zu sehen.
Deshalb wurden die beiden höchsten Kapazitäten C6 und C7 (vgl. Abb. 2.2) mit 194pF (statt 200 pF) und 387pF (statt 400pF) bemessen. Die Werteauswahl der verwendeten WIMA FPK1-Kondensatoren ist leider begrenzt.
Weiterhin wurden in allen Binärstufen mit FKP1-Kondensatoren grundsätzlich Reihenschaltungen vorgesehen, um die Spannungsfestigkeit bei kritischen Anpassungssituationen zu erhöhen.
Da ich schon mal dran war, habe ich in der L-Bank die Durchmesser der Luftspulen zwecks Güteverbesserung vergrößert. Die Grundschaltung ist aber unverändert geblieben.
Abb. 2.12: Die C-Bank.
Abb. 2.13: Die L-Bank.
Als Nullwerte bei "Durchzug", also alle Kapazitäten aus (Relais in Ruhestellung offen) und alle Induktivitäten überbrückt (Relais in Ruhestellung geschlossen) ergaben sich
C0 ~ 17pF und
L0 ~ 200nH.
Mit der hier gezeigten Dimensionierung ergibt sich damit ein Einstellbereich von
C = 17 bis 814pF
L = 0,2 bis 32 µH.
Damit lässt sich nicht jede beliebige Antenne, insbesondere eine extrem kurze mit abenteuerlichen Fußpunktimpedanzen anpassen. Bei Dipolantennen, und dafür ist der symmetrische Tuner gedacht, muss ggf. auch mit der Länge der Hühnerleiter experimentiert werden, um innerhalb des Einstellbereiches noch anpassen zu können. Die doch relativ grobe 8 Bit-Stufung setzt hier Grenzen. Zur Not – nicht schön, aber machbar – kann in Stellung Tiefpass in den unteren Bändern ein weiterer Kondensator parallel an die Antennenbuchsen geklemmt werden.
2.5 Zusammenbau
Abb. 2.14: Ansicht der Remote Unit.
Es werden insgesamt fünf Platinen verwendet, zwei für die beiden L-Züge, zwei für die beiden C-Züge und die fünfte für die Umschaltung Hoch-/Tiefpass mit Balun. Die C- bzw. L-Platinen werden mit Gewindestangen als "Doppeldecker" verschraubt. Es wurde darauf geachtet, dass für die Zuschnitte Euro-Karten (160x100 mm) ausreichen. Die Verbindung der Steuerleitungen untereinander und zur Remote Unit erfolgen mit Flachbandkabel und Zehnfach-Pfostensteckern. 2,5 mm2 Autolitze lässt eine freitragende HF-Verkabelung zu. Die Controller-Platine in der Remote Unit ist in einem aus doppelseitigem Platinenmaterial zusammengelöteten Gehäuse untergebracht, um Empfangsstörungen zu vermeiden.
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