Beschreibung - Bauanleitung -Teileliste
Beschrieben wird hier ein Zusatzgerät für Funkamateure, das drei Funktionen in einem Gerät vereint.
Es ist überschaubar in der Technik und erschwinglich im Aufwand. Näher
eingegangen wird hier auch auf die Frequenzgangkompensation, die bei
breitbandiger Anwendung des Gerätes notwendig ist.
Dies alles ist nicht neu, aber es gibt immer wieder neue OM’s die auf der Suche nach einfachen, nachbausicheren Bastelprojekten sind.
Diese sollen hier besonders
angesprochen werden. Das hierzu notwendige technische Wissen übersteigt nicht,
was man bei einer Lizenzprüfung sowieso nachweisen muss.
Abschlusswiderstände
gibt es in großer Auswahl für alle Leistungen zu erschwinglichen Preisen, so
dass sich ein Eigenbau deshalb kaum lohnen würde. Wir bauen aber nicht selbst,
weil es dadurch unbedingt billiger wird, sondern auch aus Spaß an der Freude
wenn es dann funktioniert.
Dämpfungsglieder
für übliche Senderausgangsleistungen sind, obwohl manchmal nützlich, sehr
selten zu finden und wenn, dann teuer.
Wenn
man das Ganze dann noch zum Messen der Senderleistung verwenden kann, dann ist
das ein weiterer Vorteil.
Ein Blick in die Bastelkiste förderte einige Leistungswiderstände zu Tage.
Die Teile sind jedoch gängige Artikel und im einschlägigen Fachhandel immer noch zu bekommen.
Die Werte der Widerstände
sind u. a. 2 mal 20Ω mit je 100 W und 1 mal 10Ω
mit 50 W Belastbarkeit. Es lag nahe damit mal einen Abschlusswiderstand zu
bauen.
Die Widerstände (Bild 1) sind laut Datenblatt Dickschichtwiderstände mit geringer Eigeninduktivität, jedoch nicht speziell für HF-Anwendung konzipiert.
Die
Widerstände haben einen Sockel zum Aufschrauben auf einem Kühlkörper. Über
störende Kapazitäten zwischen den Anschlüssen untereinander und gegen den
Sockel schweigt sich das Datenblatt aus. Diese sind aber vorhanden.
Ein Versuchsaufbau zeigte ganz schnell eine starke Frequenzabhängigkeit.
Das SWR wurde mit zunehmender Frequenz immer schlechter. Um den störenden Einfluss der Kapazitäten gegen Masse zu kompensieren wurde eine Induktivität von ca. 0,5 mH in Serie zum Eingang geschaltet(Bild 2). Auf einen 9 mm Bohrer gewickelt sind das 4 bis 5 Windungen je nach Spreizung der Wicklung.
Durch wechselweises Eintauchen eines Ferrit- bzw. Kupferkernes bei
gleichzeitigem Messen des SWR kann man feststellen, ob die Induktivität zu
klein oder zu groß ist und die Spule gegebenenfalls korrigiert werden muss. Der
Abschlusswiderstand lässt sich hierbei von 2 bis 40 MHz auf ein SWR von 1:1
abgleichen. Bei 50 MHz ist das SWR noch < 1,5.
Bild 1: Widerstand
10 W, 100W Bild 2:
Schaltung
Die von mir verwendeten Widerstände vertragen bei entsprechender Wärmeabfuhr zusammen bis 250 W. Für Kurzzeitmessungen ist das bei meinem Kühlkörper kein Problem.
Alle Bauelemente
sind in einer Teko-Box der Größe A2 untergebracht (Bild3).
Der Boden der Teko-Box ist in Form und Größe so ausgeschnitten, dass die beiden
20 W-Widerstände unter Verwendung von Wärmeleitpaste direkt
auf den Kühlkörper montiert werden können. Hierdurch verringert sich der
thermische Widerstand zwischen Lastwiderstand und Kühlkörper und die
Wärmeabfuhr wird verbessert.
Die Erweiterung des Abschlusswiderstandes
zum Dämpfungsglied ist recht einfach durch Hinzufügen eines weiteren 40Ω Widerstandes herzustellen (Bild 2 und 3). In
diesem Falle sind es zwei parallel geschaltete 82Ω Widerstände,
ergibt 41Ω (oder18Ω und 22Ω in Serie). In einer Reihenschaltung verkleinern sich die parasitären
Kapazitäten der Widerstände, aber es addieren sich die Induktivitäten.
Eine Überprüfung des Teilerverhältnises
kann selbst mit Gleichstrom erfolgen. Bei 10 V Eingangsspannung kann am offenen
Ausgang 2 V gemessen werden. Am mit 50 W abgeschlossenen
Ausgang sind es dann noch 1 V. Das sind gemäß der Formel D=20*logU2/U1, -20 dB
gegenüber dem Eingang. Bezogen auf die Leistung sind das z.B. bei 100W Eingang
zu 1 W Ausgang D=10*logP2/P1, also auch -20 dB.
Bild
3:Aufbau in Teko-Box Bild
4:Dämpfungsverlauf auf KW
Die
Anlaufkrümmung im (Bild 4) Dämpfungsverlauf ist
der Signalquelle (Wobbler) geschuldet.
Wenn wir nun schon mal so weit sind, lässt
sich das Gerät auch noch zu einem Wattmeter für KW erweitern. Da wir nun im gesamten
KW-Bereich mit einem guten SWR arbeiten, lässt sich das Ganze durch Hinzufügen
einer geeigneten Messschaltung (Bild 5) sogar in
Watt eichen. Das Messprinzip ist eine HF-Spannungsmessung.
Bild
5:Messschaltung
Der Eingang der Messschaltung ist direkt
mit der Ausgangsbuchse des Dämpfungsgliedes verbunden. Die Messschaltung
zeigte zunächst auch eine sehr starke Frequenzabhängigkeit und musste hier
ebenfalls frequenzkompensiert werden. Dies geschieht durch den Trimmkondensator
C1, 2 bis 6 pF (Bild 5, 6 und 7).
Bild 6:Bestückung der Platine Bild 7: Messschaltung in der Teko-Box
Der Widerstandsteiler im Eingang der Messschaltung hat 4,7 zu 1 kW. Ein Widerstand dieser Baureihe bedrahteter Widerstände hat eine unerwünschte Parallelkapazität unabhängig vom Widerstandswert (laut div. Datenblätter) von ca. 0,5 bis 1 pF.
Das bedeutet, dass parallel zum ohmschen Spannungsteiler von 4,7 zu 1 ein kapazitiver Spannungsteiler von 1 zu1 geschaltet ist. Ein Kondensator von 1 pF hat gemäß der Formel XC=1/w*C einen kapazitiven Widerstand von ca. 5,3 kW. Dies verschiebt unser Teilerverhältnis mit steigender Frequenz gewaltig und muss kompensiert werden.
Der R1 des
Eingangsspannungsteilers hat bei 30 MHz plötzlich nur noch den halben Wert und
das Gerät zeigt bei höherer Frequenz einen höheren Wert an. Der Widerstand R2
muss also eine Parallelkapazität von 4,7mal soviel wie der des R1 haben. Da wir
so kleine Kapazitäten parallel zu einem Widerstand kaum messen können müssen
wir uns am Ergebnis orientieren. Ein Nachmessen dieser kleinen Kapazitäten
parallel zum Widerstand ist nur an hochohmigen Exemplaren aus der
gleichen Widerstands-Baureihe möglich und auch etwas vom Kapazitätsmessgerät
abhängig.
Das bedeutet, wir verstellen den Trimmkondensator so, dass bei der höchsten Frequenz die Anzeige (wohlgemerkt bei gleicher Leistung) identisch mit der der niedrigsten Frequenz ist.
Als Diode verwenden wir eine Schottky-Diode 1N60P oder ähnlich,mit niedriger Flussspannung.Die komplette Messschaltung auf einer Experimentierplatte 20 mal 28 mm mit 2,5 mm Raster ist in die Teko-Box eingebaut (Bild7), in der sich auch der DC-Ausgang (Cynchbuchse) (Bild 8 und 9) befindet.
Hier kann das Anzeige-instrument aufgesteckt werden. Die Lötfahne unter der Platine stellt durch den Einbau automatisch über einen Abstandbolzen die Masseverbindung mit der Koaxbuchse her. Das Anzeigeinstrument hat 500 mA Vollausschlag und einen InnenwiderstandRi von 380 W (ist unkritisch).
Den absoluten Endwert des Wattmeters stellen wir mit dem
Widerstandstrimmer von 1 kW ein (Bild 5, 6 und 7). Für den feinfühligeren Abgleich
passt auch ein 25 Gang-Trimmpoti auf die Leiterplatte. Den Kühlkörper habe ich
mit einem Temperaturmessstreifen versehen, der ein Überschreiten der Temperatur
zwischen 71 und 110°C in 8 Stufen anzeigt (Bild 8 und 9).
Bild
8:Gerät mit Thermostrip Bild
9:Fertiggerät
Ein besonderer Effekt ist, dass wenn man
bei (mit 50 W) abgeschlossenem Ausgang den Leistungsmesser
auf 200 W kalibriert, dann hat man bei offenem Ausgang mit ausreichender
Genauigkeit noch einen Messbereich von 50 W.Das ist sehr praktisch.
Die Skala für das Anzeigeinstrument (Bild11) wurde mit Hilfe eines Zeichenprogrammes auf
dem Rechner erstellt, auf eine selbstklebende Folie ausgedruckt (Bild 10) und auf das Skalenblatt des Messinstrumentes
geklebt.
Bild
10:Skalenzeichnung Bild
11:Anzeigeinstrument
Wer nur die Dummyload aufbauen will, kann dies natürlich auch mit nur einem einzigen Widerstand von 50Ω bei gewünschter Belastbarkeit tun.
Solche HF-Widerstände werden in grosser
Auswahl preiswert angeboten. Dies hätte sogar den Vorteil, dass diese bis in
den GHz-Bereich geeignet sind und man sich die Frequenzgang-kompensation
ersparen kann. Die beschriebene Leistungsmessung kann trotzdem angewandt
werden, allerdings hat man dann nur einen einzigen Messbereich.
Beim Dämpfungsglied ist die Beschaffung der Leistungswiderstände wegen der etwas ungewöhnlichen Werte etwas schwieriger und teurer.
Man muss die Widerstandswerte dann stückeln, mit all ihren Nachteilen.
Denkbar ist auch eine Serienschaltung von 5 St. je 10Ω.
Man benötigt für ein Dämpfungsglied von 20 dB jedenfalls am kalten Ende die
Anzapfung bei 10Ω. Bei anderen Dämpfungswerten als 20
dB sind die Widerstands-werte noch schwieriger zu realisieren.
Rein rechnerisch sollten die Längswiderstände im Dämpfungsglied für 20 dB Dämpfung ca. 41Ω haben. Siehe www.darc.de/distrikte/c/23/tips-und-tricks/attenuator/.
Bei dem ausgangsseitigen Widerstand ist das durch die Parallelschaltung der beiden 82Ω Typen gegeben. Im eingangsseitigen Längswiderstand von 40Ω könnte, wer es genauer machen möchte, noch einen 1Ω Widerstand in Serie schalten. Der sollte dann bei obiger Leistung 5 W aushalten können, wie z. B. ein MPC71 (Bild 12 und 13).
Sein Widerstandselement ist ein mäanderförmig ausgestanztes
Metallband und hat eine sehr geringe Induktivität.
Bild 12: 1Ω-Widerstand Bild
13: Einbau in Teko-Box
Auf gar keinen Fall darf man wegen der störenden seriellen Induktivität aus Drahtgewickelte Widerstände verwenden.
Bei Widerständen im niedrigen Ohm-Bereich spielen die
kleinen Parallel-Kapazitäten im pF-Bereich nicht mehr die große Rolle.
Aber die Kapazitäten vom
Widerstandselement gegen Masse sind schädlich und müssen vermieden oder
wenigstens kompensiert werden.
Als
Vergleichsnormal diente ein Bird Wattmeter mit einem Messkopf 250H.
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Viel Erfolg beim
Nachbauen wünscht Euch
Wolfgang
Faust, DL6NBR
Anfragen und evtl. Sammelbestellung
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