Übersicht
Dieses Projekt ist abgeschlossen, der Tuner ist im Einsatz
vor einigen Monaten kam die Idee auf einen automatischen Antennentuner zu bauen, der 1kW aushält und völlig selbstständig arbeitet, dabei aber auch Eingriff durch den Benutzer erlaubt.
Wir (OV U02) dachten uns, das ist ja kein Problem, einen symmetrischen kW Tuner haben wir sowieso schon, dann bauen wir eben eine Abstimmautomatik dazu, das haben wir gleich erledigt :-)
Jetzt, 3 Monate später sind wir um einiges schlauer geworden. Ein Auto-Tuner ist ein ganz anderes Kaliber als ein manueller Tuner. Wir konnten den vorhandenen Tuner nicht verwenden und mußten komplett von vorne beginnen.
Hier eine Beschreibung unserer Arbeiten in der Hoffnung dass sie anderen OMs beim Bau ihres Autotuners hilft.
L/C-Konfiguration:
Zur Antennenanpassung reicht ein L/C Glied, entweder als Tiefpass oder als Hochpass geschaltet. Da man nicht weiß ob die parallele Komponente an der Senderseite oder der Antennenseite sein soll kann man auch gleich ein PI Glied nehmen. Dieses erlaubt die Abstimmung von beliebigen Antennen.
Allerdings war uns der Aufwand dafür zu groß, daher entschieden wir uns für ein Relais, mit dem die parallele Komponente vor oder nach das serielle Teil geschaltet wird.
L/C Bereich:
dann stellt sich die Frage welchen Bereich man abdecken möchte. Wir haben uns für eine Kapazität von 0 bis 6 nF und eine Induktivität von 0 bis 24 uH entschieden. Beginnend natürlich nicht bei 0 sondern beim minimal einstellbaren Wert, dazu später mehr.
Rollspule vs. Relaisbank:
die erste Idee war der Einsatz einer Rollspule mit Schrittmotor. Ein holländischer OM (elektrodump.nl) baut wunderschöne Rollspulen. Leider spricht dagegen, dass der Tuner im Freien betrieben werden soll. Der Silberdraht wird früher oder später anlaufen und ich habe keine Lust laufend die Rollspule zu putzen.
Daher kommen mit Relais geschaltete Festspulen zum Einsatz mit den Werten 50nH, 100nH, 200nH, 400nH, 800nH, 1,6uH, 3,2uH, 6,4uH und 12,8 uH. Die Auflösung beträgt daher 50nH, was eine Anpassung von besser als 1,1 : 1 ermöglichen sollte.Es hat mehrere Platinenlayots gebraucht bis das geklappt hat. Die Herausforderung ist es die parasitären Kapazitäten der Bauteile und des Layouts minimal zu halten. Schließlich haben auf einer Spulen-Platine Kapazitäten nichts verloren. Komplett lassen sich die Kapazitäten nicht vermeiden, aber wir konnten sie soweit reduzieren dass sie nicht mehr stören.
Drehko und Kondensatorbank:
unser erster Tuner arbeitet mit geschalteten Kondensatoren mit einer Auflösung von 100pF. Diese Auflösung sollte verbessert werden, also kam die Idee auf, einen großen Drehko zu bauen (bis 200pF) und diesen mit einem Schrittmotor einzustellen.
Das haben wir auch realisiert. Die Kapazitäten bis 200pF machte der Drehko, darüber kamen geschaltete Kondensatoren zum Einsatz. Die Schrittmotorsteuerung arbeitet wunderbar. Drehko-Platten konnten wir bei ebay erwerben, Distanzhülsen im Elektronikhandel und der Rest wurde in Eigenleistung gebaut.
Der Drehko funktioniert einwandfrei. Um eine Leistung von 1kW verarbeiten zu können muss er natürlich groß sein und einen beachtlichen Plattenabstand haben. Der Drehko wurde schließlich 25cm lang und 8x8cm groß, ein riesen Teil, und davon 2 Stk weil unser Tuner symmetrisch arbeitet, mit seriellen Cs und einer parallelen Spulenbank.
Der Tuner wurde zusammengebaut, eine Drahtantenne konnte damit manuell einwandfrei abgestimmt werden und die ersten QSOs waren im Kasten. Da der Tuner aber automatisch arbeiten soll, wurde er jetzt an einem Netzwerkanalysator durchgemessen. Der aktuelle Abstimmpunkt wird in einem Smith-Diagramm dargestellt. Das kann übrigens auch der FA5 vom funkamateur Verlag, den ich an dieser Stelle nur wärmstens empfehlen kann, ein hervorragendes Gerät !
Nach der ersten Euphorie hat uns die Praxis aber wieder auf den Boden der Tatsachen zurückgeholt:
Prinzipiell ist es so, dass das Drehen an der Spule den Abstimmpunkt auf der imaginären Achse verschiebt (also zwischen C-lastig oder L-lastig) und das Drehen am C verschiebt die Impedanz (mehr oder wengier als 50 Ohm). Oder auch umgekehrt, je nach Tunerkonfiguration. Es ist sehr wichtig dass das auch funktioniert, denn das ist die Grundlage für eine schnelle automatische Abstimmung.
Leider war das ein totaler Reinfall. Das Drehen am C hat alle Werte verändert, nicht nur die erwarteten. Das ganze war überhaupt nicht nachvollziehbar, die Einstellung des Tuners war zwar möglich, jedoch ein ewiges Geduldspiel und so nicht zu gebrauchen.
Als Ursache haben sich die hohen Induktiven Anteile der großen Drehkondensatoren herausgestellt. Gewindestangen mit 25cm Länge haben nun mal eine beachtliche Induktivität, aber die ist bei einem Kondensator unerwünscht. Entsprechend lang auch die Anschlussleitungen, was noch zusätzlich dazu kam. Ein weiteres Problem des Drehkos ist die lange Einstellzeit. Es dauert nun mal deutlich länger den Drehko zu bewegen und gleichzeitig zu messen als ein paar Relais zu schalten.
Mit tut es jetzt noch leid um die schöne Schrittmotorsteuerung, das war schon eine heiße Sache, aber es hilft nichts, der Drehko musste wieder raus.
Stattdessen haben wir eine Kondensator-Relaisplatine gebaut, welche auf minimale parasitäre Induktivitäten optimiert ist. Folgende Werte sind schaltbar: 25pF, 50pF, 100pF, 200pF, 400pF, 800pF, 1,6nF und 3,2nF. Das Ziel ist ein SWR von besser 1,1 : 1 zu schaffen, was mit einer Auflösung von 25pF klappen sollte.
Baukastenprinzip:
Es gibt viele mögliche Tuner Konfigurationen wie z.B.: CL, LC, PI, T, symmetrisch, unsymmetrisch usw.
Um uns für die Zukunft alle Möglichkeiten offen zu lassen, haben wir Spulenplatine und Kondensatorplatine separat aufgebaut. So kann man diese Platinen in jeder gewünschten Konfigurationen anordnen. Die Steueranschlüsse der Relais befinden sich auf 2-reihigen Stiftleisten und können mit normalen Anpress-Steckern und Flachkabeln kontaktiert werden.
Im Auswahlmenü links findet ihr die Links zu den einzelnen Platinen.
Wichtiger Hinweis:
wer einen Tuner bauen möchte dem empfehle ich das kostenlose Programm: SimSmith. Hierzu gibt es auch viele YouTube Videos. Meiner Meinung nach ist SimSmith eines der besten Programme für den bastelnden Funkamateur ! Die Funktion eines Tuners läßt sich damit hervorragend Simulieren und anschaulich darstellen. Selbst OMs die noch nie mit dem Smith Diagramm gearbeitet haben werden es nach kurzer Zeit lieben.
Dazu ein paar einführende Worte.
NEU:
ab sofort stelle ich für neue Projekte sämtliche Unterlagen kostenlos zur Verfügung, also Eagle Layouts usw.
Sie befinden sich auf den entsprechenden Seiten zum Download.