Symmetrischer Antennentuner

ein Bauprojekt von Klaus Roggenkamp, DK3HA


Bild 1: Prinzip der Schaltung

Basteln macht Spaß


Um symmetrische Antennen über eine Hühnerleiter an eine Sendeendstufe anzupassen, gibt es verschiedene Lösungen. Karl Rothammel beschreibt bereits in den 60er Jahren die Anpassung einer Doppel-Zepp (Doublet) mit einem symmetrischen Collins-Filter. Dieses Konzept ist Grundlage für den hier vorgestellten Entwurf. Nun gibt es mittlerweile viele automatische Antennentuner, allerdings sind die rein symmetrischen Tuner sehr rar bzw. sehr teuer in der Anschaffung. Grund genug im Bastelkeller nachzuschauen, welche Bauteile sich für dieses Projekt noch eignen. Außerdem macht Basteln Spaß. 

Bild 2

Mein Tuner  sollte den Bereich von 160 m bis 10m – vielleicht wäre auch 6 m möglich? – abdecken und die 200 Watt meines FT1000MP MKV an eine 2 x 10m lange Antenne in 12 m Höhe symmetrisch anpassen. Eine 450-Ω-Hühnerleitung war schnell hergestellt. Alte Epoxid-Platinenreste dienen auch heute noch als Abstandshalter (5 cm) für die beiden Drähte der Hühnerleitung. Die Wanddurchführung mit einem 50 mm HT-Rohr aus der Sanitärinstallation, bei der die beiden Leitungen mit Kabelbinder an der Innenwand festgezurrt sind und so den nötigen Abstand nahezu einhalten (siehe Foto), erlaubt es, den Tuner im Shack zu betreiben. 

Das Ergebnis mehrerer Versionssprünge, bei der die Platinen wegen der hohen kapazitiven bzw. induktiven Grundlast optimiert wurden, ist den nachfolgenden Fotos zu entnehmen. Die kleineren Cs – bis 25 pF - sind aus doppelt-kaschiertem Epoxy-Material hergestellt und entsprechend spannungsfest. Das Dieelektrikum ist für die Kurzwelle gut geeignet. Die übrigen Kondensatoren sind 2000V-Typen FKP-1 von Reichelt und damit sicherlich auch für größere Leistungen bei hochohmigen Antennen noch verwendbar. Ich habe jedenfalls mit 200 W seit 3 Jahren keinerlei Probleme gehabt. Einzig, beim Prototyp ist ein Glimmer-Kondensator für 500V gestorben. Nach Austausch gegen eine solchen der Serie FKP-1 gab es keinen Ausfall mehr.

Die Induktivitäten mit µr = 1 (Luftspulen) sind aus 1,2 mm (1,8 mm, was gerade da war) Cul alter Trafos auf 15mm Installationsrohr gewickelt. Die größeren Induktivitäten sind auf Amidon T130-2 bzw. T157-2 – Ringkerne gewickelt. 

Alle Relais sind 24V-Typen (Reichelt FIN 41.61.9 24V oder billiger bei ebay suchen). Die Stromaufnahme wird damit so gering, dass 25-poliges Steuerkabel mit geringem Querschnitt über lange Strecken funktioniert. Ich verwende gerne alte twisted-pair Cat5-Installations¬kabel. Mit drei Kabeln hat man 24 Leitungen plus 3 Abschirmungen. Einfacher ist es auf jeden Fall, wenn die Steuerung "indoor" mit einem 25-poligen Flachbandkabel mit gequetschten Steckern die Verbindung zum Antennentuner herstellt.

Die internen Verbindungen im Antennentuner werden mit 20-poligem für die Cs bzw. 10-poligem Flachbandkabel für die Ls über die Stiftleisten hergestellt. Diese vielpoligen Verbindungen sind leicht herzustellen und haben bislang zu keinem Ausfall innerhalb der letzten drei Jahre geführt. Verbunden werden die beiden Kapazitätsplatinen mit einem 20-poligen Flachbandkabel (Orientierung beachten!) und die beiden Platinen mit den Induktivitäten mit einem 10-poligen Flachbandkabel. Von je einer Kapazitätsplatine bzw. einer Induktivitätsplatine wird mit gleichem Flachbandkabel eine Verbindung zur Konvertierung auf die Platine mit der 25-poligen D-Sub-Buchse geführt.

Bild 3

Die Platinen werden in Sandwichbauweise mit Abstandshaltern zu einem kompakten Block zusammengefügt. Die vier Verbindungen von Ein- und Ausgangskapazitäten mit den beiden Platinen, auf denen die Induktivitäten gelötet sind, liegen genau untereinander, so dass sie mit Hilfe  gerader Drahtbrücken einfach verbunden werden können. Auf dem Foto der komplett zusammengebauten Einheit sieht man eine der Drahtverbindungen links direkt neben dem Abstandshalter. Die Seite, an der sich die größeren Kapazitäten befinden, wird mit dem Strombalun verbunden. Der Ausgang des Strombaluns führt zu einer SO239-Buchse, die mit dem Transceiver über eine 50-Ω-Koax-Leitung verbunden wird. Die andere Seite führt zur Hühnerleiter. Ich verwende als Verbindung zur Hühnerleiter zwei SO239-Teflonbuchsen. Die Außenleiter werden nicht benutzt. Dies ist für die 200-Watt-Version ausreichend spannungsfest.

 Bild 4


 Bild 5

Bild 6: Schaltplan Kapazitäten


Bild 7: Bestückungspläne der Kondensatorplatinen


Auf der oberen Platine befinden sich links neben den Stiftleisten 4 Brücken auf der Top-Seite.
Auf der unteren Platine befinden sich rechts neben den Stiftleisten 3 Brücken.
Eine weitere Brücke befindet sich oberhalb von C1A und C2A.
Zur Anfertigung der kleinen Kapazitäten aus doppelt beschichtetem Epoxy-Material können folgende Anhaltswerte verwendet werden:
1,6 pF          7 mm x 10,5 mm
3,2 pF        14 mm x 10,5 mm
6,4 pF        28 mm x 10,5 mm
12,8 pF      28 mm x 21 mm
18,75 pF    28 mm x 30,8 mm
25 pF        28 mm x 42 mm
Die absoluten Werte sind nicht kritisch. Kleine Abweichungen wirken sich kaum aus.
Schaltplan Induktivitäten

 


Bild 8: Identische Bestückung beider Platinen für die Induktivitäten


Unter den Relais sind 5 Brücken zu bestücken.
Zwischen den Stiftleisten sind 6 Brücken zu bestücken.

Zur Anfertigung der Induktivitäten bitte auf größtmögliche Symmetrie achten. Der absolute Wert ist nicht ganz so entscheidend.

L2X, L2Y    CuL d = 1,8 mm N = 3 Wdg. auf 15 mm Installationsrohr gewickelt
L3X, L3Y    CuL d = 1,8 mm N = 5 Wdg  auf 15 mm Installationsrohr gewickelt
L4X, L4Y    CuL d = 1,3 mm N = 8 Wdg  auf 15 mm Installationsrohr gewickelt
L5X, L5Y    CuL d = 1,3 mm N = 12 Wdg  auf 15 mm Installationsrohr gewickelt
L6X, L6Y    CuL d = 1,3 mm N = 17 Wdg  auf Amidon Ringkern T130-2 (rot)
L7X, L7Y    CuL d = 1,3 mm N = 24 Wdg  auf Amidon Ringkern T130-2 (rot)
L8X, L8Y    CuL d = 1,3 mm N = 30 Wdg  auf Amidon Ringkern T157-2 (rot)

Es empfiehlt sich, die Werte mit einem Messgerät nachzumessen, um zu große Streuungen zu vermeiden. Ggf. ergeben sich kleine Abweichungen von den Vorgaben.  
Dies gilt sinngemäß natürlich auch für die Kapazitäten

 

Bild 9


Auf der Transceiverseite befindet sich ein Strombalun nach W1JR, um Mantelströme im Shack zu vermeiden. Auf zwei Ringkerne FT140-43 werden 8 bis 9 Wdg. RG58 nach nebenstehendem Schema aufgewickelt. Dies dürfte für 200 Watt ausreichen. Bei mir werkelt ein FT240-43, der sich noch in der Bastelkiste befand. Der Kern ist für diese Matchbox überdimensioniert.
Die Wicklungskapazität wird geringer, wenn man Teflonkabel RG316 verwendet. Auf jeden Fall sollte man überprüfen, ob eine Resonanz des Baluns im Bereich von 1,8 MHz bis 30 Mhz auftritt. Dies ist unbedingt zu vermeiden. Hinweise hierzu gibt es im Internet.


Bild 10: Balun   

Stücklisten der Platinen

1.  Kapazitäten


           

2.  Induktivitäten


           
  

Anleitung zum Bau des Antennentuners nach DK3HA


Die 4 Platinen für die Aufnahme der Kapazitäten und der Induktivitäten werden gemäß Vorlage geätzt und gebohrt. 


Layoutvorlage für die Kondensatoren,  Bild nicht maßstabsgerecht! Maße 78,8 mm x 144,8 mm

(Klicken für großes Bild)


Bild 12: Layoutvorlage für die Induktivitäten (Maße 72,4 mm x 156,2 mm), Vorlagen sind identisch! Bild nicht maßstabsgerecht!



Folgende Bohrdurchmesser

sind bereitzuhalten (Anhaltswerte, bei Verwendung eigener Bauteile anpassen):
  • Durchkontaktierungen (Vias) für die Brücken      0,7 – 0,8 mm
  • Kondensatoren 100nF und parallele Leerlaufdioden      0,8 mm
  • 10 bzw. 20-polige Stiftleisten            1 mm
  • Kondensatoren für die Anpassung       1 mm
  • Relaiskontakte                      1,1 – 1,3 mm
  • Induktivitäten für die Anpassung      1,3mm ....   je nach verwendetem Drahtdurchmesser
  • Kabelbinder, Bohrungen für Abstandshalter     3 –3,2 mm


 Durchführung der Arbeiten                  

  • Zunächst werden auf allen 4 Platinen gemäß Bestückungsplan die Brücken bestückt. alle Brücken sind so auf den Platinen angeordnet, dass eine Isolation der Brücken entfallen kann. Ggf. könnte eine zweiseitige Platine geätzt werden. Da die Durchkontaktierungen (Vias ) z. T. sehr nahe zueinander angeordnet sind, muss hier besonders auf Lötbrücken geachtet werden.
  • Im zweiten Schritt empfiehlt es sich, die Dioden ( 1N4004 o. ä. ) und 100nF-Kondensatoren ( o. ä. ) zu bestücken. Die abgeschnittenen Drahtenden können für die Kondensatoren gut verwendet werden.
  • Im dritten Schritt können die 10- bzw. 20-poligen Stiftleisten bestückt werden.
  • Es folgen die 30 Relais. ( Anleitung: Um eine geringere Grundkapazität zu erhalten, können nicht genutzte Federkontakte der Relais entfernt werden. Ich habe mir die Mühe bei mehreren Exemplaren nicht machen müssen. )
  • Mit einer Blechschere bzw. Säge werden nun die kleinen Kapazitäten aus doppelseitigem Platinenmaterial gemäß Vorgabe erstellt und ggf. mit einem Messgerät überprüft. Die Ränder der Kapazitäten sollten gratfrei gemacht werden, da an spitzen Ausfransungen größere Feldstärken entstehen können, die zu Überschlägen führen könnten. Dies ist bei meinen Prototypen allerdings nie vorgekommen. Die Kondensatoren werden nun mit Anschlussdrähten ( s. o ) versehen – für die größeren Cs sind je Platte 2 Drähte vorgesehen.
  • Nun werden alle Kapazitäten gemäß Bestückungsplan bestückt. Sinnvoll ist es, mit den FKP-Kondensatoren zu beginnen, da die selbstgefertigten leichter umknicken können. Dies ist im Betrieb später natürlich kein Hindernis.
  • Abschließend können mit einem 24V-Netzteil beide Platinen überprüft werden. Hierzu verbindet man den + Pol mit Pin 19/20 der Stiftleiste ( bzw. einer Kathode der Relais-Dioden ) und testet alle Relais durch Berühren der jeweiligen Stifte mit dem – Pol. Schließt man gleichzeitig ein Kapazitätsmessgerät an die jeweiligen Ausgänge an, so muss die zugehörige Kapazität angezeigt werden. Hinweis!! Dieser Test kann besser später mit dem noch zu beschreibendem Testgerät mit DIP-Switches leichter durchgeführt werden.
  • Gemäß Vorgaben werden nun die Induktivitäten hergestellt. Hierbei sollte auf größtmögliche Symmetrie geachtet werden. Die Ringkerne werden nach dem Einlöten mit Kabelbindern auf der Platine befestigt. Ein Test erfolgt gemäß vorigem Abschnitt.
  • Um die Platinen untereinander zu verbinden, benötigt man ein ca. 20 cm langes 20-poliges und ein ca. 15 cm  langes 10-poliges Flachbandkabel ( nicht mehr verwendete IDE- bzw. Floppy Kabel ), deren Buchsen aufgequetscht werden. Der Quetschvorgang lässt sich leicht in einem Schraubstock vornehmen. Die im Bild gezeigte Methode geht auch, allerdings muss mit leichtem Druck zumindest zweimal gepresst werden. Ein kleiner Pfeil auf der Buchse zeigt Pin 1 an (Bild).
  • Um die Platinen mit der Konvertierung auf  SUB-D 25 zu verbinden, werden zusätzlich je ein 10- und eine 20-poliges Kabel benötigt, deren Länge von dem gewählten Gehäuse abhängt.
  • Die Platinen werden mit Abstandshaltern zu einem Block zusammengefügt und an den entsprechenden Lötpads von oben nach unten verbunden ( 1mm Silberdraht o. ä. ).
  • Der Balun ist nun gemäß Vorgabe zu wickeln und an eine SO239-Buchse anzuschließen ( Senderseite ). Die Antennenseite wird mit gut isolierten Anschlusspunkten für die Hühnerleiter verbunden ( beim meinem Prototypen habe ich auch hier die Innenleiter Teflon-isolierter SO239 Buchsen in 5cm Abstand verwendet.


Wenn man die Platinen an entsprechenden Stellen mit einer Feile bearbeitet, passt der komplette Tuner gerade in ein staubdichtes und strahlwassergeschütztes Gehäuse BOPLA ET-240 mit den Abmessungen 250x160x 90mm.

 


Bild 14:

 

    Bild 15:  Das Layout                     Bestückungsplan incl. Brücken auf der Topseite



Bild 16: klicken zum Vergrößern 



Bild 17: Bestückungsplan Mäuseklavier (Klicken für großes Bild)


Stückliste Steuerung 3.1 mit Mäuseklavier.sch

Menge Wert               Device                  Bauteile  
1     737992-55          X1                       SCHALTBUCHSE PRINTMONTAGE    
1     M25HP               X3                       SuB-D 25-polig male
1     PINHD-2X5         JP4                      Stiftleiste
1     PINHD-2X10        JP2                      Stiftleiste
3     SW_DIP-8           CKA, CKE,             L   
1     0,47n                C-EU050-055X075   C6            
1     1µ/35V             CPOL-EUTT2D4        C3            
2     1N4934             DIODE-12,5             D1, D2        
1     2,2M               RESEU-7,5               R1            
1     47n                C-EU050-030X075     C5        
1     100n               C-EU050-030X075     C4        
1     390K               RESEU-7,5               R2        
2     1000µF/35V     CPOL-EUE5-13          C1, C2    
1     SK12/25            SK12/25                 KK1         Kühlkörper  
1     TDA2003T       TDA2003T 



Test

Zum Test der Matchbox lässt sich diese Platine, ausgestattet mit einem 25-poligen D-Sub-Stecker, direkt auf die Buchse des Tuners stecken. Über die Dip-Switches kann jedes Relais angesprochen werden. Die Fehlersuche wird dadurch wesentlich erleichtert. Die Spannungsversorgung dieser Einheit kann mit einem handelsüblichen 12V-Steckernetzteil (1A) mit Hohlstecker vorgenommen werden. Die 24V werden mit einem Leistungs-OP (Spannungsverdopplung) aus der 12V-Quelle erzeugt. Natürlich kann man die 24V auch aus einer anderen Quelle direkt mit der Platine verbinden. Die zusätzliche Elektronik entfällt dann.

Konvertierung auf D-Sub-Verbindung

Die Konvertierung auf eine preisgünstige D-Sub-Verbindung dient dazu, die Steuerungseinheit mit der abgesetzten Matchbox zu verbinden. Damit ist es möglich, die Matchbox auch direkt im Speisepunkt einer symmetrischen Antenne anzubringen. Dies setzt natürlich ein wasserdichtes Gehäuse für die Matchbox voraus. Für das Steuergerät ist eine „männliche“ D-Sub-Einbaubuchse vorgesehen. Das „weibliche“ Pendant sitzt in der Matchbox. Für kurze Entfernungen im Shack kann ein 25-poliges Verbindungskabel leicht mit Hilfe von sog. „D-Sub-Quetschsteckern“ hergestellt werden.

Bild 18

1     M25HP               X3                     SuB-D 25-polig male
1     M25HP               X1                     SuB-D 25-polig female
2     PINHD-2X5         JP1, JP2              Stiftleiste
2     PINHD-2X10        JP3, JP4             Stiftleiste


        
   

Zum Teil 2 des Bauprojektes "Die Steuerung"         >>>