Andreas LindenauDL4JAL DOK:S43

Loheweg 509573 Schellenberg

E-Mail: DL4JAL@darc.deWWW: www.dl4jal.eu

Ich benötige für die Anpassung meines Dipols einen symmetrischen Tuner der fernsteuerbar ist.

ShackTuner in Garage

Dipol 2 x 22 m

Koaxkabel RG213 etwa 30m

Fernsteuerkabel 2 x 1ab (4 Drähte)

Wohnhaus

10m Höhe

Mast GFK

8,50m Höhe

Lecherleitung

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.

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

Lecherleitung

50 Ohm 50 Ohm

20 Volt

50 Ohm 50 OhmAnpassung symmetrisch

Gewünschter Strom 100mA

Lecherleitung

50 Ohm 50 Ohm

20 Volt

100 OhmAnpassung unsymmetrisch

100mA 100mA100mA

In dieser einfachen Darstellung sehen wir, dass beide Anpassungen den gleichen Effekt erzielen.

Das müsste doch auch bei der Hochfrequenz genau so funktionieren.

Jetzt galt es das Prinzip des Tuners in der Praxis zu testen.

Ich habe einen MFJ-Tuner-941 umgebaut:1. Eine Mantelwellensperre eingebaut2. Das T-Glied von der Masse isoliert (schwimmend)3. Am Ausgang der Lecherleitung eine Strommessung eingebaut

PlexiglasGrundplatte

Mantelwellensperre

Strommessungan der Lecher-leitung

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 300W / 6W

Umschalter der AnzeigeSWR / Lecherleitung

Empfindlichkeit der Stromanzeige in der Lecherleitung

Anpassnetzwerk, egal ob symmetrisch oder unsymmetrisch.

Wenige Anpasselemente bedeutet wenig Verluste!

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.

Impedanz 50 Ohm

Impedanz je nach Frequenz

unterschiedlich

Koaxkabel

DipolantenneDipolantenne

Symmetrische HF-Ströme in der Antenne.Sie dürfen nicht in Richtung Koaxkabel

abfließen

Wichtige Erkenntnis!Die HF-Symmetrie der Antenne wird

durch den räumlichen Aufbau bestimmt und nicht durch das Anpassnetzwerk.

Lecherleitung (fast verlustfreie Ableitung zum

Anpassnetzwerk)

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.

Blockschaltbild des Tuners

Der Hybridbalun von DG0SA mit einer ausgezeichneten Sperrwirkung

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

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

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

Testaufbau der ersten Messungen

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.

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

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.

Externer Speicher im Tuner

Ich habe einen externen Eeprom 24LC512 eingesetzt. Dieser Speicher hat eine Kapazität von 64kByte.

64 kByte sind 65535 Byte.

Für die Speicherung einer Tunereinstellung werden 4 Byte benötigt.

65535 / 4 = 16383 Speicherplätze.

Für die KW 1,5 bis 30MHz im Raster von 25kHz brauche ich

30000 – 1500 / 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.

dBm

dBdBm

LCD-Anzeige am Tuner aufgesteckt, für den Testbetrieb.

Vorlauf

RücklaufReturn Loss

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.

Schaltbild des Kopplers im SWR Messkopf

AD8307

SWR-Messkopf mit 2 x AD8307.

4046 zum Messen der Frequenz

Trimmer fürKompensation

50 Ohm Messabschluss

Trennstellen zum Messen und Kalibrieren

Das Schaltbild für die Erfassung der Messwerte

Etwa -30dBDämpfung+

Frequenzkompensation

Die Rückfluss-dämpfung ist sehr gut.

1,8 MHz ~ 44dB30 MHz ~ 45dB50 MHz ~ 35dB

Im Kurzwellenbereich kann ich damit mindestensSWR 1,02 Messen.

Was will man mehr!

Relaisansteuerung

IC Schrittmotor

Mikrokontroller

DTMF IC

Ext. Speicher 64kByte

Steuerung des Tuners mit Mikrokontroller PIC 18F4520

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

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.

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“.

Befehle für die DTMF Fernsteuerung

Zweibyte-Befehle

40 Alles auf 0 stellen. Wie bei Power ON41 0..5 L/C Variante einstellen42 0..255 L-Wert einstellen43 0..899 C-Wert einstellen44 1..5 Antennennummer einstellen45 (1..5) Einstellung für das 25kHz-Segment speichern

Optional mit der Zusatzziffer 1..5 werden entsprechend vieleSegmente oberhalb und unterhalb mit der Tunereinstellung belegt

46 automatisches Nachtunen SWR < 1,3: Segment wird gespeichert49 in alle 25kHz-Segmente des Bandes wird Einstellung gespeichert51 1..5 Antenne # wird gelöscht52 a b Antenne a wird nach Antenne b kopiert53 0..3 automatischen Nachführung

0= keine Nachführung1= Frequenzinfo per DTMF von Fernsteuerung 2= Frequenzinfo per Messung im SWR-Messkopf3= Frequenzinfo per DTMF oder Messung des Sendesignales

57 Relaistest (wichtig bei der Inbetriebnahme des Tuners)58 Datensatz holen Tuner -> Fernsteuerung59 Sleep-Modus; geringster Stromverbrauch (nur ein paar mA),

alle Relais fallen ab.

Befehle für die DTMF Fernsteuerung

Einbyte-Befehle

7 L-Wert --* L-Wert ++8 L/C Variante ++6 C-Wert --9 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.

03650# Einstellung des Tuner für die Frequenz 3,650 MHz auswählen14100# Einstellung für die Frequenz 14,1 MHz auswählen

Mit diesem Befehl kann der Tuner mit der Abstimmung nachgeführt werden.

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.

PicAStar o.FT 847

Tunerfernsteuerung

über RS232 Frequenzinformation

Automatische Nachführung der Tunereinstellung je nach TRX-Frequenz

Bei jeder Frequenzänderung wird über die RS232 die neue Frequenz ausgegeben (PicAStar). Beim FT847 wird die Frequenz über CAT angefordert.

Die Frequenzdaten werden ausgewertet. Wird ein neues Raster (25kHz) erreicht, sendet die Fernsteuerung automatisch die neue Frequenzinformation an den Tuner. (siehe DTMF-Befehle)

SymmetrischerTuner

DTMF-Befehle mit Frequenzinformation

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.

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.

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 3200pF in 1,6pF SchrittenL-Glied 32 uH in 0,12uH SchrittenL/C Varianten 6 Variante wie sein großer BruderSpeicher 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.

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

Hybritbalun SymBa 200 von DG0SA

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 denunterschiedlichen Stromverbrauch des Tuners.

- Sendesignal ausschalten. Der Tuner antwortet per „CW“ und gibt dasgemessene SWR aus. Ist das SWR < 1,3 werden die Einstellungen im 10kHz Segment gespeichert.

- TRX ist wieder möglich

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-Taktusw.).

Hinzu kommen noch Befehle die direkt mit den 8 Tasten am Tuner ausgelöst werden, wie:

- Antenne kopieren: Alle Einstellungen von 1-30MHz werden komplett in einenbeliebigen anderen Antennenspeicherbereich kopiert.

- Antenne löschen: 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!

Vielen Dank fürEure Aufmerksamkeit!

73 Andreas DL4JAL

Email: DL4JAL@darc.deHomepage: www.dl4jal.eu

Wer diesen Vortrag noch einmal nachlesen möchte.Auf folgendem Link besteht die Möglichkeit:

http://www.dl4jal.eu/Vortraege/SymmTunerLC.pdf