fa-antennenanalysator 2.0 – 090623 baumappe zum vektoriellen antennenanalysator … · 2009. 12....

FA-Antennenanalysator 2.0 – 090623

© Box 73 Amateurfunkservice GmbH 2009 1www.funkamateur.de

1. Bestückung der bedrahteten Bauteile

Die Hauptplatine des Antennenanalysatorsist bereits mit sämtlichen SMD-Bauele-menten bestückt (Bild 4). Die noch feh-lenden bedrahteten Bauteile sind im Bau-satz BX-110 enthalten und wie folgt zu bestücken (siehe Stückliste, Tabelle 1).

1.1 ArbeitsmittelAuch für das Bestücken bedrahteter Bau-teile gelten gewisse Mindestanforderun-gen. Man benötigt eine temperaturgeregel-te Lötstation und einen Satz Lötspitzen inunterschiedlicher Breite, dazu blei- undflussmittelhaltiges Lötzinn in 0,8 bis 1 mmStärke, einen scharfen Elektronik-Seiten-schneider ohne Wate (das ist eine feineAbschrägung parallel zur Schneide, diezwar die Schneide robust macht, die aberdie Schnittqualität verschlechtert), eineFlachzange mit schlanken, glatten Backenund eine präzise, aber kräftige, spitze Pin-zette.

1.2 Bestücken der HauptplatineMit Ausnahme der fünf Taster und desGrafik-Displays werden bei dieser Platinedie bedrahteten Bauteile auf derselbenSeite wie die SMD-Teile bestückt (Bild 4).Wie üblich, beginnt man mit den kleine-ren, flachen Bauteilen. Die Drähte der Bauteile werden auf derUnterseite nicht umgebogen. Im Idealfallsitzt das Bauteil locker in den Bohrungen.Dies erschwert zwar das anschließendeLöten, denn das Bauteil muss dabei gegenHerausfallen fixiert werden, aber es hatden großen Vorteil, dass dadurch spätereÄnderungen oder Reparaturen ganz erheb-lich erleichtert werden. Obendrein müssenbei der vorliegenden Platine die Drähteohnehin bündig zur Platine abgezwicktwerden. Um das Herausfallen der Teile beim Um-drehen der Platine zu vermeiden, lötet manentweder einzelne Anschlüsse von der Be-stückungsseite aus (soweit man auf dieserSeite an die Lötaugen heran kommt) oderman drückt die Teile mit dem Finger leicht

an, nimmt etwas Zinn auf die Lötspitzeund heftet möglichst schnell (sodass dasFlussmittel wenigstens nicht ganz ver-dampft) zunächst provisorisch einen derAnschlüsse von unten. Dann kann man diePlatine herum drehen und die restlichenBeinchen in aller Ruhe löten. Das provi-sorisch geheftete Beinchen wird zumSchluss sauber nachgelötet.Gute Lötstellen zeichnen sich durch Hohl-kehlen zwischen Draht und Lötauge aus(Bild 10). Dazu braucht man nur sehr we-nig Lot. Hingegen sind kugelige Lötstel-len fast immer ein Hinweis auf kalte Löt-stellen und ein Zeichen dafür, dass hier einAnfänger am Werk war.

Die Quarze (Q1 = 20 MHz, Q2 = 25 MHz)dürfen nicht vertauscht werden! Der Spannungsregler N6 wird vor demLöten mit einer kurzen M3-Schraube mitMutter befestigt und gerade ausgerichtet.Für das Löten der dicken Massepins an dermetallenen BNC-Buchse X2 benötigt maneinen sehr heißen Lötkolben mit kurzer,dicker Spitze. Dabei ist die Platine mit ei-nem spitzen Gegenstand, den man zwi-schen den beiden Pins ansetzt, fest gegendie Buchse zu drücken und es ist darauf zuachten, dass die Buchse möglichst genaurechtwinklig heraus schaut (die Bohrun-gen haben etwas Spiel, zum Andrückenevtl. einen Helfer rufen). Nach dem Lötendes ersten Massepins unbedingt nachprü-fen, ob die Buchse flach auf der Platine

aufsitzt! Erst wenn beide Massepins gelö-tet sind, werden (bei normalen Lötkolben -temperaturen) die beiden elektrischen An-schlüsse gelötet. Auch die Lötbrücke LB1wird jetzt geschlossen.Nach dem Abkühlen der Buchse kürztman die Anschlüsse des bedrahteten 3,3-pF-Kondensators C98 bis auf wenigeMillimeter und lötet ihn, so wie in Bild 9gezeigt, parallel zu den beiden Drähten,die hinten aus der BNC-Buchse heraus-führen, direkt am Knick an. Dieser Kon-densator kompensiert den zu hohen Wel-lenwiderstand der Drähte und muss genauhier angeschlossen sein. (Wer an dieserStelle gleich das Zusatzkit für den Ein-gangsschutz einbauen möchte, kann sichden Einbau des 3,3-pF-Kondensators spa-ren und geht für diesen Arbeitsschritt ge-mäß Abschnitt 4 vor.) Bevor die Bestückung der Platinenrück-seite beginnt, müssen alle Drähte, die nochaus der bisher unbestückten Rückseite derPlatine herausragen, mit einem Elektro-nik-Seitenschneider ohne Wate möglichstflach abgezwickt werden – aber bitte so,dass die Lötaugen der Platine nicht be-schädigt werden. Damit in den Lötstellenkeine Haarrisse zurück bleiben, ist jedesabgezwickte Beinchen nochmals (flach!)

nachzulöten. Zuviel Zinn kann mit Entlöt-litze aufgenommen werden. Dies ist not-wendig, weil die Drähte sonst später mitden Bauteilen des Grafik-Displays kolli-dieren; hier muss ein Abstand von min-destens 1 mm verbleiben.Nun werden der Piezo-Signalgeber unddie fünf Taster bestückt, und zwar auf derbisher freien Platinenrückseite (Bild 5).Der rote Taster ist der PWR-Taster (S1).Die Orientierung der flachen Seite an denTastern ergibt sich aus dem Bestückungs-plan.Achtung – sehr wichtig! Bevor nun dasDisplay eingebaut wird, ist unbedingt dieLötbrücke J3 auf dessen Rückseite zuschließen (Bild 8). Hiermit wird das Text-format von 8 × 8 Pixel auf das von der

Baumappe zum vektoriellen Antennenanalysator mit USB-SchnittstelleNORBERT GRAUBNER – DL1SNG

Auf Wirkungsweise und Funktionen des FA-Antennenanalysators wurdein [1], [3] und [5] tiefgründig eingegangen. Hierauf aufbauend beschreibtdie nachfolgende Baumappe Arbeitsmethoden und Handgriffe, die beimNachbau des Geräts zu beachten sind.

Bild 1: FA-

Antennenanalysatorin dem zum Bausatz

gehörendenkombiniertenAluminium-,

Stahlblechgehäuse



Software vorgesehene 6 × 8-Format um-geschaltet. Davon ist auch die Grafik be-troffen. Wer das vergisst, hat später dasProblem, das teure Display mit seinen 40Pins zerstörungsfrei aus der Platine auslö-ten zu müssen. Aus geometrischen Grün-den (Höhe der Taster) kann das Grafik-Display nämlich nur ohne Steckverbindereingebaut werden. Das heißt, es wird di-rekt in die Platine gelötet. Dieser Arbeitsschritt erfolgt jetzt, alsoganz am Ende der Bestückung. Auch dasDisplay wird auf der Platinenoberseite bestückt. Die Nummerierung der Pins und

damit die Orientierung des Displays zurPlatine ist auf den Platinen angegeben. Dadie Platine eine gewisse Verwindung haben kann, wird das Display zuerst nuran den vier Ecken angelötet (Pin 1, 20, 21und 40). Anschließend werden diese Lötstellen nochmals einzeln erwärmt unddabei das Display mit Gefühl angedrückt,so dass es nirgendwo hoch steht. Erst dannwerden die Pins 22 bis 39 gelötet. Die Pins2 bis 19 werden nicht gelötet; man hatdann im Notfall (z. B. Reparatur der Platine) nur 22 Pins, die entlötet werdenmüssen.

1.3 USB-Adapterplatine

Die Adapterplatine enthält einen Speicher-schaltkreis, worin bis zu sechs kompletteKurvensätze gesichert werden können.Außerdem ist eine USB-Schnittstelle vor-gesehen, über welche das komplette Mess-gerät mit einem Windows-PC verbundenwerden kann. Dabei dient der Monitor desPCs als großes Farbdisplay, während dieBedienung des Antennenanalysators nachwie vor an diesem erfolgt. Alle übertra -genen Daten, also sowohl aktuelle Mess-daten als auch gesicherte Kurvensätze,

Bild 2, 1. Teil



können im PC auf Festplatte gespeichertwerden, wobei dies im anwenderfreund-lichen CSV-Format erfolgt. Die Adapter-platine wird im FA-Antennenanalysatorzwischen Hauptplatine und Ladeschaltungmontiert. Sie kann auch bei bereits ausge-lieferten Geräten nachgerüstet werden.Die genauere Funktion der Platine ist in [5]beschrieben.

1.4 Bestücken der USB-Adapterplatine

Die dem Bausatz beiliegende Platine istbereits mit allen erforderlichen SMD-Bau-

teilen bestückt. Für die Verbindung zurHauptplatine enthält sie zwei parallel imAbstand von 2,223 mm (7/80") liegende20-polige Lötaugenreihen. In die Mikro-controller-Fassung die 20-poligen Adap-terstiftleisten mit der längeren Stiftseite indie Fassung stecken, dann vorsichtig dieAdapterplatine mit den richtigen Bohrun-gen auf die Stiftleisten aufsetzen, sodassdie Befestigungsbohrungen mit den Bol-zen übereinstimmen und die Adapterplati-ne plan mit der Hauptplatine abschließt.Die Adapterplatine provisorisch mit denBolzen verschrauben – nicht ins Gehäuse

einbauen. In dieser Lage die Adapterstift-leisten mit wenig Zinn sauber verlöten.Für die weitere Bestückung der Adapter-platine wird diese wieder aus der Fassunggenommen (Vorsicht – die Stiftleisten ver-biegen sich sehr leicht). Die noch fehlen-den Bauteile von der SMD-Seite aus be-stücken. Wir beginnen mit der Fassung fürden Mikrocontroller; hier zuerst die Stiftean den Ecken löten – dabei die Fassung et-was andrücken – danach deren restlicheAnschlüsse. Es folgt die USB-Buchse –sie schnappt ein, wenn man sie etwas an-drückt. Für das Löten der Befestigungs-stifte braucht man eine recht heiße, breiteLötspitze. Beim Bestücken der Leuchtdiode ist zubeachten, dass diese nicht über den Plati-nenrand hinaus ragen darf, sonst lässt sichspäter das Gehäuse nicht schließen. Statt-dessen sind die Beinchen der Diode ganzhart so zu biegen (aber nicht mehrmalshin- und her biegen!), dass die Diode frei-tragend etwa die gleiche Höhe wie derMittenisolator in der USB-Buchse X3 hat(Bild 14), dabei auch die Polung der Dio-de beachten (flache Seite zur Buchse hin,siehe Bestückungsplan, Bild 15). Die Boh-rungen für den Programmierstecker X5bleiben frei.Zum Schluss wird der bereits program-mierte Mikrocontroller in die Fassung ein-gesetzt. Gegebenenfalls die Beinchen des Control-lers zum Einstecken in die Fassung genaurechtwinklig biegen, Pin 1 liegt auf derSeite mit dem nicht bestückten Program-mierstecker.

1.5 Montage von Haupt- und USB-Adapterplatine

Vor Inbetriebnahme und Einbau in das Ge-häuse müssen an den 4 Ecken der Haupt-platine entsprechende Stehbolzen ange-bracht werden. Zuvor ist die Adapterplatinemit den beiden 20-poligen Stiftleisten in die40-polige IC-Fassung der Hauptplatine zustecken. Wenn alles richtig aufgebaut wur-de, stehen sich jetzt die 3-mm-Bohrungenan den Platinenaußenseiten genau gegenü-ber. Die beiden mitgelieferten 6-mm-Kunststoffhülsen passen genau dazwi-schen. Nach dem Durchstecken der zweiSchrauben M3 × 16 von der Displayseiteaus werden diese mit den 22,5-mm-Steh-bolzen verschraubt. Damit sind gleichzei-tig Haupt- und Adapterplatine mechanischfixiert. Die beiden 30-mm-Stehbolzenwerden mit Schrauben M3 × 6 auf dergegenüberliegenden Seite der Hauptplatineangebracht.

Bild 2: Stromlaufplan der Platine, 2. Teil; Ergänzung Schutzdioden siehe Bild 11


© Box 73 Amateurfunkservice GmbH 2009 4www.funkamateur.de© Box 73 Amateurfunkservice GmbH 2007

Bild 3: Bestückungsplan, SMD-Bauteile, Platinenunterseite; Maßstab 1,5 : 1



2. Inbetriebnahme

Für das Verständnis der Schaltung sei hiernochmals der Stromlaufplan in Bild 2 ab-gedruckt.Für die Inbetriebnahme benötigt man eineinstellbares Labornetzteil mit Strombe-grenzung. Ein Oszilloskop wäre sehr nütz-lich. Die Strombegrenzung des Netzteilswird auf 500 mA eingestellt, die Spannungvorläufig auf 0 V. Es wird an die LötösenX3 und X4 angeschlossen.Die Lötbrücke LB2 (unter dem roten Power-Taster S1) ist zu schließen.

Die nun folgenden Messungen mit demOszilloskop macht man am besten mit ei-ner 10:1-Tastspitze. Das daran befindlichekurze Massekabel wird am GND-Test-punkt der Platine (TP8) angeschlossen.Wer kein Oszilloskop zur Verfügung hat,kann evtl. auch ein Multimeter verwenden.Vor der Inbetriebnahme ist die USB-Adap-terplatine auf die Hauptplatine zu steckenund gegebenenfalls, wie unter Punkt 1.5beschrieben, zu fixieren. Achtung! DerController darf nicht in die Fassung derHauptplatine eingesetzt werden.

2.1 BetriebsspannungenDie Platine enthält eine Reihe richtig teu-rer Bauteile. Um diese nicht durch trivialeFehler zu gefährden, ist zuallererst diekorrekte Funktion der Spannungsreglernachzuprüfen. Eine Falschbestückungoder eine offene Verbindung in derenGegenkopplung könnte fatale Folgen ha-ben. Eventuell prüft man die Werte und dieLötstellen der SMD-Spannungsteiler-Widerstände R38, R60, R61, R62 undR63, R64 unter dem Fadenzähler nach.Dann die Platine mit dem Display nachunten hinlegen. Die 10:1-Tastspitze desOszilloskops (Einstellung 0,1 V/div) aufden Testpunkt „AVDD“ (TP5) aufsetzenund die Spannung des Labornetzteils lang-sam hochdrehen. Bei etwa 3,5 V Ein-gangsspannung beginnt auch die Span-nung an TP5 zu steigen. Bei etwa 4,2 VEingangsspannung erreicht AVDD einenWert von 1,8 V und darf bei (geringfügi-

ger) weiterer Erhöhung der Eingangsspan-nung keinesfalls weiter steigen. DieStromaufnahme beträgt in diesem Zustandetwa 150 mA.Dasselbe Verhalten muss sich am Test-punkt „DVDD“ (TP6) ergeben.In ähnlicher Weise muss sich die Span-nung am Testpunkt „VCC3“ (TP4) verhal-ten; sie erreicht bei 5,3 V Eingangsspan-nung einen Wert von 3,3 V und darf nichtweiter steigen. Das Grafik-Display zeigtnun schon eine gewisse Helligkeit.Die Spannung am Testpunkt „VCC5“(TP3) darf nur bis maximal +5 V anstei-

gen; dieser Punkt wird bei einer Eingangs-spannung von etwa 7,4 V erreicht. Kurz vorher (bei etwa 4,3 V an TP3) hörtman zwei Tonfolgen aus dem Piezo-Sig-nalgeber und die Beleuchtung des Grafik-Displays geht wieder aus. Beim genauenHinsehen erkennt man die unbeleuchteteImpedanz-Maske, mit Skalierung, abernoch ohne Kurven. Die Stromaufnahmeliegt nun bei etwa 340 mA. Beim weiterenErhöhen der Eingangsspannung mussVCC6 bei +6 V stabil bleiben; die zuge-hörige Eingangsspannung beträgt nun 8,4 V.Zuletzt wird die Stabilisierung am TP„Vcc10“ (TP1) geprüft. Hier müssen 9,6V anliegen; dieser Wert wird bei etwa 10,2V Eingangsspannung erreicht. Dies ist dieNenn-Betriebsspannung der Baugruppe.Obwohl nun die volle Betriebsspannunganliegt, hat sich auf dem dunklen Displaynichts mehr verändert. Das liegt einfachdaran, dass sich das Programm wegen dergeschlossenen Lötbrücke LB2 „denkt“,man habe wieder abschalten wollen. Wirprüfen das, indem wir die Verbindung zumNetzteil unterbrechen und etwa 1 s späterwieder schließen. Beim Wiederanschlie-ßen hören wir die Begrüßungsfanfare, sehen kurz einige Textzeilen auf dem Display, hören eine Sekunde später die

Abschiedsfanfare und das Bild wird wie-der schwarz. Der Stromverbrauch ist auf300 mA zurück gegangen.Wenn das der Fall ist, ist alles in Ordnung.Wir schalten ab, öffnen die Lötbrücke LB2und geben wieder Spannung drauf. Zu-nächst passiert nichts. Wenn wir nun aberkurz die rote PWR-Taste drücken, startetdas Programm und zeigt nach dem Start-Bildschirm die Impedanz-Seite. Das Gerätfunktioniert, der Stromverbrauch beträgtetwa 390 mA.

2.2 Kalibrieren – technische Hintergründe

Bevor man das Gerät für Messungen ver-wenden kann, muss es kalibriert werden.Unter eindeutigen Messbedingungenmisst es dabei seine eigenen Messfehlerund speichert diese in einer internen Ta-

belle permanent ab. Beim späteren Betriebwird diese Tabelle zur Kompensation her-an gezogen. Der Kalibrier-Vorgang be-steht aus mehreren Schritten und solltezweimal durchgeführt werden. Man benö-tigt dazu einen 50-Ω-BNC-Abschlusswi-derstand.Zuallererst wird in Mittelstellung des Po-tenziometers R44 die Gleichtaktunterdrü-ckung des Mixers N4 gemessen. Hierbeihandelt es sich um eine Restspannung, diebeim Abschluss des Eingangs mit 50 Ω –also dann wenn kein differentielles Signalam Mixereingang anliegt – aufgrund un-vollständiger Gleichtaktunterdrückungvom Mixer N4 aufgenommen wird. Erstwenn dieser Wert grob erfasst und für dieweitere Kalibrierung verfügbar ist, kannam Potenziometer die Gesamtverstärkungeingestellt werden. Diese sollte so einge-stellt sein, dass die dabei ermittelte Kor-rekturkurve für den Amplitudengang nachoben und unten ungefähr gleich viel Re-serve hat. Da diese Einstellung die gemes-sene Gleichtaktspannung beeinflusst, istnach jeder Verstellung des Potenziometersein zweiter Durchlauf erforderlich. Die Kalibrierung sollte bei betriebswar-mem Gerät erfolgen (vorher etwa 3 minlaufen lassen).

Bild 5:Displayseite

(Oberseite) derPlatine des Anten nen -analysators

Bild 4:SMD-Seite (Unter-seite) der Platinedes Antennen-analysators



2.3 Durchführen der Kalibrierung

Der Kalibriervorgang wird eingeleitet, in-dem in einer der vier Darstellungsmodi(schwarzer Cursorbalken befindet sich aufder Überschrift Impedanz, Betrag + Phase,Stehwellenverhaeltnis oder Smith-Chart)die Tasten UP und DWN gleichzeitig kurzgedrückt werden.In dem daraufhin erscheinenden Menü be-stätigt man seinen Wunsch durch Druckauf die UP-Taste und schließt spätestensjetzt einen 50-Ω-BNC-Abschlusswider-stand an.Nach dem Bestätigen mit der UP-Taste er-mittelt das Gerät den Gleichtaktanteil(Offset) in Counts (gemeint sind die Zähl-schritte des 10-Bit-A/D-Wandlers) undfordert zum Öffnen der Lötbrücke LB1

auf (hierzu notfalls Entlötlitze verwen-den). Das Gerät darf dazu nicht ausge-schaltet werden. Die Lötbrücke befindetsich direkt hinter der BNC-Buchse. Ob-wohl in der Nähe der BNC-Buchse even-tuelle Kurzschlüsse kaum Schaden anrich-ten können, sollte man dabei doch mög-lichst vorsichtig arbeiten. Nach dem Bestätigen über die UP-Tasteermittelt das Gerät permanent die gesuch-te Korrekturkurve. Diese wird, zusammenmit der Phasenkorrekturkurve, laufend aufdem Display angezeigt. Die Phasenkurveist punktiert dargestellt, die Amplituden-kurve durchgezogen. Da zu jedem Ampli-tudenkorrekturpunkt erst noch die korrektePhasenkorrektur zu ermitteln ist, läuft derVorgang relativ langsam. Bei Bereichs-überschreitungen ertönt ein Warnton.In diesem Zustand soll das PotenziometerR44 eingestellt werden. Es ist so zu justie-ren, dass die oberen und unteren Extrem-werte der durchgezogenen Amplituden-kurve ungefähr gleich weit von den oberenund unteren Rändern entfernt liegen. Die Phasenkurve kann man nicht verän-dern; wenn diese den Rand berührt,stimmt wahrscheinlich etwas mit den Fil-tern nicht (Phasendrehung zu hoch).Nach dem Einstellen des Potenziometersbestätigt man mit der UP-Taste, worauf-hin das Gerät die Daten permanent abspei-chert. Damit sind sie auch nach demWiedereinschalten verfügbar.Das Programm bestätigt den Speichervor-gang und erwartet wieder einen Druck auf

die UP-Taste. Danach fordert es zumSchließen der Lötbrücke LB1 auf – dastun wir - und nach nochmaligem Betätigender UP-Taste ist der Vorgang abgeschlos-sen. Wenn das Potenziometer R44 verstelltworden war, sollte der Vorgang ein zwei-tes Mal (ohne weitere Verstellung) durch-geführt werden. Damit ist die Platine be-triebsbereit.

Bild 6: Bestückungsplan, bedrahtete Bauteile, Platinenunterseite; Maßstab 1 : 1

Tabelle 1: Stückliste der bedrahtetenBauteile der Hauptplatine

Bauteil Wert/BezeichnungB1 BM15B, PiezoC95 1000 µF/10 VC96 1000 µF/10 VC98 3,3 pF, ±0,5 pF, NP0GEH12 IC-Fassung, DIL-40N6 µA7806, TO-220N7 LM2574N-ADJ, DIL-8N9 LM2574N-ADJ, DIL-8P1 EA_DIP240J-7KLWQ1 20 MHz, HC-49/USQ2 25 MHz, HC-49/USR74 2,2 Ω, 1 %S1 Taster, rotS2…S5 Taster, weißX2 BNC-Buchse, MetallX3, X4 Lötstützpunkt, 1,4 mm

Bild 7: Bestückungs-plan, bedrah-tete Bauteile,

Platinen -oberseite;

Maßstab 1 : 1



3. GehäuseIm Bausatz ist ein eigens für den Anten-nenanalysator maßgeschneidertes Gehäu-se mit allen Durchbrüchen und Bohrungenenthalten.

3.1 ZusammenbauVor dem Zusammenbau ist die Platine mitdem NiMH-Lader [2] entsprechend sepa-rater Baumappe BX-101.pdf zu bestückenund auf der Bodenplatte des Gehäusesfestzuschrauben. Die Bauteile darauf sindso flach wie möglich zu bestücken, derSchaltregler darf deshalb auf keinen Fallgesockelt werden. Den notwendigen Ab-stand erzielt man mit den 5 mm langenAbstandshaltern aus Plastik. Die Lötbrü-cke LB3 auf der Hauptplatine kann ge-schlossen werden. Sie überbrückt dort D1,deren Funktion von der entsprechendenDiode am Eingang der NiMH-Lader-Plati-ne übernommen wird. Damit wird verhin-dert, dass durch den zusätzlichen Span-nungsabfall die Meldung „Batterie leer“eventuell zu früh kommt. Vorsicht – derVerpolungsschutz der Hauptplatine exis-tiert dann nicht mehr. Dieser Umstand istbeim Anschluß der NiMH-Lader-Platineund späteren Eingriffen in das Gerät zu be-achten.Anschließend ist der Lader durch zweiisolierte Drähte mit der Hauptplatine zuverbinden (Polarität beachten!). Erst jetztwerden die Akkumulatoren eingesetzt. Achtung – von diesem Zeitpunkt an istpeinlichst darauf zu achten, dass es nichtzu einem Kurzschluss kommt! Die Akku-mulatoren sind sehr niederohmig und beieinem Kurzschluss werden zuerst dieStahlfedern in den Batteriehaltern heiß.Diese schmelzen sich dabei in das Plastikhinein und verlieren den notwendigen An-druck. In diesem Fall benötigt man neueBatteriehalter.Im nächsten Schritt werden Haupt- undUSB-Adapterplatine (mit Stehbolzen) soeingesetzt, dass die BNC-Buchse durchdie zugehörige Bohrung ragt und dort ver-

schraubt werden kann. Gegebenenfallssind die beiden Bolzen, die sich nicht ander Schmalseite der Platine mit der BNC-Buchse befinden, kurzzeitig zu lösen. Erst anschließend wird sie durch das Bo-denblech mit den Stehbolzen verschraubt.Zum Abschluss kommt die Blechhaubedrüber – fertig!Der Sicherungshalter ist mit einer 0,63-A-Sicherung (5 × 20 mm) zu bestücken undin die Leitung zwischen Antennenanaly-sator und Spannungsversorgung einzufü-gen. Nach dem Laden der Akkumulatoren(näheres siehe Baumappe zum NiMH-La-der BX-101.pdf) ist das Gerät betriebsbe-reit.Sollte ein in der Nähe befindlicher Emp-fänger beim Betrieb des NiMH-Akkula-ders gestört werden, so ist der beiliegendeKlapp-Ferritringkern auf dem 12-V-Kabelunmittelbar hinter dem Hohlstecker für dieStromversorgung anzubringen (Bild 9).

Dazu führen wir zwei bis drei Windungendes Kabels durch den Kern, bevor dieserdann zugeklappt und arretiert wird.

4. Schutz gegen Ausfälle am Mischer-IC

Der am Eingang des Messgeräts [1] einge-setzte Mischerschaltkreis AD8342 ver-kraftet laut Datenblatt einen maximalenEingangspegel von 12 dBm (15,8 mW).Normalerweise sind derart hohe HF-Pegelan Amateurantennen nicht zu erwarten, essei denn, wenige Meter neben einer gera-de gemessenen Antenne arbeitet eine wei-tere Antenne im Sendebetrieb mit 100 W.Dies ist nebenbei bemerkt der Grund fürdie Aufkleber am Gehäuseboden. Doch mittlerweile gab es einzelne Aus -fälle, wo das Gerät aus heiterem Himmelbzw. nach dem neuerlichen Anschließen

der Antenne unplausible und viel zu nie-drige Werte anzeigte. Messungen mit demOszilloskop ließen Schäden an den Ein-gangstransistoren des Mischer-ICs vermu-ten.

Luftelektrizität ableiten!Das Schadensbild deutete auf elektrostati-sche Entladungen hin. In [4] wird berich-tet, dass sich Antennen in der extrem tro-ckenen Luft der Antarktis bei Stürmenderart aufladen, dass an den offenen Ka-belenden laut knallend Funken überschla-gen. Unsere Antennen stehen zwar nicht inder Antarktis, aber schon Benjamin Fran-klin belegte mit seinem berühmten Dra-chenversuch, dass es auch bei uns Luft-elektrizität gibt. Wir müssen also davon ausgehen, dasssich isolierte Antennenstrukturen unbe-merkt elektrisch aufladen.Eine einfache Methode, um dies sicher zuverhindern, besteht darin, alle isoliertenElemente einer Antenne über einen hoch-ohmigen Widerstand mit Erdpotenzial zuverbinden. Dieser muss auch bei abgezo-genen Steckverbindern angeschlossenbleiben. Ein solcher Widerstand kostetpraktisch keine Sendeleistung und sorgtdoch dafür, dass etwaige Ladungen innerhalb von Millise-kunden sanft abgeleitet werden. Allerdings muss er – je nach Impedanz derAntenne am Anschlusspunkt – der Span-nungsbelastung, die beim Senden auftritt,gewachsen sein. So ist z. B. an einem 10 mlangen Strahler, der bei sehr guten Erdver-hältnissen mit 100 W Sendeleistung hintereinem verlustarmen Antennenkoppler im160-m-Band bei ZAnt = (5 + j600) Ω be-trieben wird, mit einer HF-Spannung vonknapp 3 kV zu rechnen. Hierfür ist derEntladewiderstand auszulegen (z. B. 10MΩ, 1 W). Auf den höheren Bändern istdas Spannungsproblem geringer. Anstelle eines speziellen Hochspannungs-widerstands, z. B. R10M-1W aus dem FA-Leserservice, hilft auch eine Reihenschal-tung von normalen 0207-Widerständen;diese haben eine Spannungsfestigkeit von

Bild 11: Saubere Lötstellen an einem bedrah -teten Bauteil

Bild 10: 3,3-pF-Kondensatoran der Rückseite derBNC-Buchse

Bild 8: Lage der Lötbrücke J3 auf dem Grafik-Display

Bild 9: Klappferrit auf dem Stromversorgungs-kabel



300 V pro Stück. Die Entladezeitkonstan-te ist trotz des hohen Widerstandswerts er-staunlich gering, z. B. 2 ms an einer An-tennenkapazität von 200 pF. Zur Vermei-dung von Empfangsstörungen sollte einErdanschluss Verwendung finden, der vonder Hausstromversorgung unabhängig ist,z. B. ein eigens hierfür vorgesehener Kreu-zerder im Garten – 2,5 m lang leistet derauch als vorschriftsgemäßer Antennener-der gute Dienste.

Schutzmaßnahmen im GerätLeider bleibt es ungewiss, ob der Anwen-der seine Antenne tatsächlich auf diese

oder eine ähnliche Weise entlädt (auch dasAnfassen blanker Teile genügt bereits!),bevor er den BNC-Stecker in die Buchsedes Messgeräts steckt. So haben wir nacheiner Möglichkeit gesucht, den Eingangweiter zu schützen. Hierbei kommenschnell schaltende, kapazitätsarme Schott-ky-Dioden zum Einsatz. Falls dieser Ein-gangsschutz gewünscht ist, kann er mitdem in separater Tüte beigelegten Zusatz-kit einfach bewerkstelligt werden. Diekleine Mühe empfiehlt sich insbesonderefür den rauen Einsatz bei Fielddays oderwenn das Gerät innerhalb eines OVs durchviele Hände gehen soll. Aber wie kann einsolcher Schutz aussehen?Schon eine einzelne Kleinsignal-Silizium-diode (z. B. 1N4148) hat eine Kapazität,die im 2-m-Band für kräftige Fehlmessun-gen sorgen würde. Und davon hätte mansogar mindestens zwei gebraucht. Außer-dem wäre sie bei weitem nicht schnell ge-nug, denn laut Datenblatt steigt die Durch-lassspannung bei einer Stromanstiegsge-schwindigkeit von 50 mA in 20 ns (0,0025A/ns) bereits auf 2,5 V.Hingegen ist bei einem Funken wie er imAugenblick des Steckens auf den Innen-anschluss der Buchse überspringen könn-te mit einer Anstiegsgeschwindigkeit vonbis zu 1 A/ns zu rechnen – also das Vier-hundertfache! Daher kamen nur die we-

sentlich schneller schaltenden Schottky-dioden in Frage. Aber auch hier bestanddas ungelöste Kapazitätsproblem.Erst ein zufälliger Blick auf den 3,3 pF Hilfs -kondensator, der normalerweise zu Kom-pensationszwecken von hinten an die BNC-Buchse angelötet wird (Bild 10), brachte die„Erleuchtung“. Wenn man statt des Konden-sators ein wie auch immer geartetes Dio-denarray anbringt, hat man eine Dioden-Gesamtkapazität von bis zu 3 pF „frei“!Da eine Klemmschaltung gegen zwei festeHilfsspannungen wegen des Aufwandeskaum machbar gewesen wäre, blieb nur ei-ne antiparallele Schaltung von Dioden di-rekt über den Eingang übrig. Weil dieSchwellspannung von Schottkydioden re-lativ gering ist (z. B. 330 mV bei 0,1 mA)

Bild 12: Schaltung der sechs Schutz -dioden

Bild 13: Anbringung der sechs Dioden, hiernoch ohne Kondensator

Bild 14: Schaltplan der Adapterplatine

und die anliegende Messspannung bis zuUSS = 1,2 V betragen kann, muss manmehrere Dioden in Reihe schalten. So entstand eine antiparallele Schaltungvon je drei in Reihe liegenden, bedrahtetenSchottkydioden vom Typ BAT83 (Bild12). Jeder OM, der mit dem Lötkolbenumgehen kann, kann diese nachträglichselbst einbauen.Eine sehr angenehme Nebenwirkung derReihenschaltung liegt in der kleinen Ge-samtkapazität. Dadurch beträgt die Kapa-

zität des gesamten Arrays nur 1,3 pF. Man muss also sogar Kapazität ergänzen.Wie viel man genau braucht, ist von Gerätzu Gerät unterschiedlich. Man erkennt esam leichtesten im Smith-Diagramm beioffener BNC-Buchse (Lötbrücke LB1 ge-schlossen, Einstellung der Kabellänge auf0,00 m). Man sollte genau soviel Kapa-zität hinzufügen, dass die Linie auch bei165 MHz in der Nähe des Unendlich-Punktes bleibt.Wegen der Zuleitungsinduktivität müssendie Anschlussdrähte der Dioden so kurzwie nur irgend möglich sein (Bild 13). Beieiner geschätzten Leitungsinduktivität von1 nH/cm „sieht“ ein unipolarer Impuls ei-ne Induktivität von rund 1,8 nH. Bei einerStromanstiegsgeschwindigkeit von 1 A/nsergibt das 1,8 V – also ein durchaus er-träglicher Wert. Hinzu kommt allerdingsdie Durchlassspannung der Dioden, diebei 1 A Impulsstrom bis zu 1,5 V pro Dio-de betragen kann.Man kann nicht jede beliebige bedrahteteKleinsignal-Schottkydiode nehmen. Diemeisten haben zuviel Kapazität, habentrotz Schottky-Technologie zu großeSchaltzeiten oder sind nicht in kleinen

Stückzahlen erhältlich. So fiel die Wahlauf die BAT83, bei der im Datenblatt beiPhilips wenigstens erwähnt wird, dass siefür „ultra high speed switching“-Applika-tionen geeignet ist – wenngleich auch kei-nerlei sonstige Angaben zu den Schaltzei-ten zu finden waren. Offenbar sind die Schaltzeiten bei Schott-kydioden eher eine Frage der Kapazität alsdes Sperrschichtverhaltens. Und falls dieSchutzdioden versehentlich doch einmalüberlastet werden und ausfallen (z.B.wenn auf dem nächsten Fieldday mal wie-der jemand direkt nebenan drauflos funkt),dann kann sie im Gegensatz zum winzigenSMD-Mischer-IC im LFCSP-Gehäuse –jeder Andere bei sich zuhause relativ pro-blemlos ersetzen.Schutzdioden brennen nach meinen Erfah-rungen bei einem Ausfall in aller Regel sodurch, dass sie einen Kurzschluss bilden,sodass der Schutz auch dann noch ge-währleistet ist.

5. Installation der PC-SoftwareZuerst schaut man auf seinem Rechnernach, ob dort eventuell bereits das .NETFramework 2.0 installiert ist. Dies ge-schieht am einfachsten über Start → Ein-stellungen → Systemsteuerung → Soft-ware. Die gesuchte Software ist leicht zufinden, wenn man unter der Voreinstellung

nach Name sortiert unter den Einträgen,die mit M beginnen, den Eintrag Microsoft.NET Framework 2.0 sucht. Wenn manden (oder eine höhere Version) nicht fin-det, muss das .NET Framework installiertwerden. Dazu kopiert man von der CD,die dem Bausatz beiliegt, die Datei na-

mens „dotnetfx3.exe“ in einen temporärenOrdner (= Verzeichnis) auf der Festplatteund startet dort diese Datei. Die darauf fol-gende Installation ist weitgehend vollauto-matisch, dauert aber je nach PC fast eineStunde. Am Ende des Vorgangs enthält derRechner zwei .NET-Versionen, nämlich2.0 und 3.5 mit zusammen 133 MB Spei-cherbelegung – was man wiederum überSystemsteuerung → Software erfahrenkann. Wer genügend Platz auf seiner Fest-platte hat, kann für künftige Anwendungenbeide stehen lassen; wer etwa 48 MBSpeicherplatz sparen möchte, kann Version3.5 gleich wieder deinstallieren – das dau-ert dann noch einmal eine halbe Stunde.Im zweiten Schritt verbindet man den ein-geschalteten FA-Antennenanalysator überein USB-Kabel mit dem ebenfalls einge-schalteten PC. Nach kurzer Zeit meldetdieser Neue Hardware gefunden – USB

Serial Port. Jetzt hängt es davon ab, ob dieaktuelle Windowsversion des PCs den re-lativ neuen Treiber-IC vom Typ FT232RL,der sich auf der Adapterplatine befindet,bereits kennt oder nicht; wenn ja, kommtnach wenigen Sekunden von allein dieMeldung: Die neue Hardware wurde in-



Bild 15: Bestücken der Leuchtdiode

Bild 17: Einbausituation:

Oben die Hauptpla -tine mit Tastern, Dis-play und IC-Fassung,unten die unverän-derte Ladeplatine

und dazwischen dieneu hinzu gekomme-ne Adapterplatine mit

USB-Buchse undLED. Der Mikrocon-troller sitzt wieder in

einer Fassung.

Fotos: DL1SNG (6),Red. FA (3)

Bild 16: Bestückungs-plan der SMD-Seite, nur diedargestelltenBauelementesind noch zubestücken

Tabelle 2: Stückliste der bedrahtetenBauteile der USB-Adapterplatine

Bauteil Wert/BezeichnungD1 ATMega664-20PU, DIL-40V1 LED, grün, 3 mmX1, X2 2 × 20-polige Stiftleiste,

X1 oder X2 bestücken(siehe Text)

X3 USB-BuchseGEH13 IC-Fassung DIL-40



stalliert und kann jetzt verwendet werden.Wenn nicht, dann folgt man der Bediener-führung (installieren von CD) und gibt alsZielort das Verzeichnis namens CDM2.20.04 WHQL Certified auf der Installa-tions-CD an – dieses enthält den vom Sys-tem gesuchten Treiber. Um dessen genau-en Namen müssen wir uns nicht kümmern.Spätestens jetzt kommt die o. g. Erfolgs-meldung. Von da an ist das Gerät – so oftwir es mit dem PC verbinden und gleich-gültig über welche USB-Buchse dies geschieht – einer eindeutigen virtuellenSeriellen Schnittstelle zugeordnet; siewird vom Betriebssystem vergeben (z. B.COM12) und steht mit der Serien-Nr. inVerbindung, die unverwechselbar imUSB/RS232-Konverter-IC der Adapter-platine abgelegt ist. In der Installation fehlt nun noch die An-wendung, also das eigentliche PC-Pro-gramm. Es heißt FA-VA-USB.EXE und istebenfalls auf der Installations-CD vorhan-den. Wir erstellen ein Verzeichnis (z. B.:D:\Anwendungen\Amateurfunk\FA-Anten-nenanalysator), kopieren die Datei dorthinein und erstellen ggf. noch eine Ver-

knüpfung, die wir auf dem Desktop plat-zieren. Zusätzlich sollten wir noch ein pas-sendes Verzeichnis für abzulegende Kur-vendateien anlegen, z. B. unter D:\Daten\Amateurfunk\FA-Antennenanalysator\[Antennenname]. Sofern die USB-Verbindung zum FA-An-tennenananlysator steht (Messgerät musseingeschaltet sein, LED muss leuchten),startet man das PC-Programm mit einemDoppelklick auf die Verknüpfung.

5.4 Automatische Com-Port-SucheDas Programm verfügt über eine automa-tische Com-Port-Suche. Gleich nach demStart sucht es unter den vorhandenen Portsdes PCs wiederholt nach einer SeriellenSchnittstelle mit entsprechender Aktivität(mehr als 100 eingehende Zeichen in 500ms), der Vorgang wird am Bildschirm an-gezeigt. Damit das Programm diesen zei-traubenden Vorgang nicht bei jedem Ein-schaltvorgang neu durchführen muss, legtes beim Schließen den gefundenen Port-namen zusammen mit den zuletzt verwen-deten Einstellungen in der Windows-Re-gistry ab.

Beim neuerlichen Start sucht das Pro-gramm gleich hier und beginnt nur danneine neue Suche, wenn kein Eintrag ge-funden wurde oder keine Kommunikationmöglich ist.Sofern dies alles funktioniert, kann spätes -tens jetzt die Hauptplatine mit anmontier-ter Adapterplatine ins Gehäuse eingebautund auch die Haube geschlossen werden. Ich wünsche allen Nachbauenden bestesGelingen und viel Freude mit dem Gerät.

Literatur

[1] Graubner, N., DL1SNG: Vektorieller Antennen-analysator als Handgerät im Selbstbau. FUNK -AMATEUR 56 (2007) H. 3, S. 282–285; H. 4, S.396–399; H. 5, S. 506–507

[2] Sander, K.: NiMH-Akkumulatorlader für den An-tennenanalysator. FUNKAMATEUR 56 (2007)H. 7, S. 737–739

[3] Graubner, N., DL1SNG: Neues vom FA-Anten-nenanalysator. FUNK AMATEUR 57 (2008) H.1, S. 22–23

[4] Härtig, D. M., DL7RBI: 25 Jahre „CQ“ aus derAntarktis. CQDL 78 (2007) H. 11, S. 768–769

[5] Graubner, N., DL1SNG: FA-Antennenanalysator– jetzt mit PC-Anschluss. FUNK-AMATEUR 57(2008) H. 5, S. 510–513; H. 6, S. 620–622

Versionsgeschichte zur Baumappe Die aktuelle Fassung dieser Baumappewird jeweils im Online-Shop des FUNK -AMATEUR als ergänzende Informationzm Produkt– Antennenanalysator nach DL1SNG mit

USB-Schittstelle, Artikel-Nr. BX-110zum Herunter laden bereitgestellt.Damit Leser, die die vorigen Textversio-nen bereits kennen, nicht alles neu lesenmüssen, führen wir an dieser Stelle auf,was sich von Version zu Version geänderthat. Dabei sind jüngste Änderungen zuerstaufgeführt.

Version 090623– Hinweis zur Entstörung des NiMH-Akku-

laders eingearbeitet

Version 081014– Hinweis zur Inbetriebnahme eingearbei-

tet (Punkt 2)– Bild 4 aktualisiert

Version 080917– Ursprungsversion

fa-antennenanalysator 2.0 – 090623 baumappe zum vektoriellen antennenanalysator … · 2009. 12....

Documents