Abschlusswiderstand, Dämpfungsglied und Leistungsmesser für Kurzwelle

Beschreibung - Bauanleitung -Teileliste

-Einleitung

Abschlusswiderstand

-Dämpfungsglied

-Leistungsmesser

-Schlussbetrachtung

 Stückliste

Einleitung

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.

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Der Abschlusswiderstand

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.

D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\P1040131.JPG   D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\CQDL-Artikel\2 Dgl Schaltung.jpg

       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.

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Das Dämpfungsglied

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.

D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\5a Dgl Aufbau ohne Indikator.jpg          D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\11a Dämpfungsverlauf.jpg

          Bild 3:Aufbau in Teko-Box                               Bild 4:Dämpfungsverlauf auf KW

Die Anlaufkrümmung im (Bild 4) Dämpfungsverlauf ist der Signalquelle (Wobbler) geschuldet.

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Der Leistungsmesser

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.

D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\Schaltungen\9 Dgl Messschaltung.JPG    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).

C:\Users\Wolf\Pictures\Platine.jpg           D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\5 RF-Indikator.JPG

            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).

  D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\4a Dgl mod.JPG       D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\8a Fertiggerät.JPG

          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.

D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\13 Skala.jpg    D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\8b nzeigeinstrument.JPG

                        Bild 10:Skalenzeichnung                               Bild 11:Anzeigeinstrument

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Schlussbetrachtung

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.

D:\Bilder\DL6NBR\Geraete\Dämpfungsglied\Artikel CQDL\Bild 12 MPC71, 1 Ohm, 5W.JPG    C:\Users\Wolf\Pictures\in Teko-Box.jpg

          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

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