Mittwoch, 4. Februar 2015

Funkperlen reloaded: Ein halbes Kilowatt für das 630m Band

Teil 1

Veröffentlicht am 25. Januar 2013


   Damit man im 630m Band mit seinem bescheidenen Draht in der zwangsverdichteten Siedlung auf die hierzulande erlaubten 5W EIRP kommt, muss man gehörig Dampf machen.
   Kaufen kann man zurzeit nur einen “QRP-TX” für das 630m Band, den JUMA TX-500 mit 60W. Das mag an einer 30m hohen Vertikalantenne mit Dachkapatität ausreichen, aber nicht für den üblichen Draht, den der OM für 160m benutzt und nun für 630m hinbiegt. Wer also über einen solchen, auf Isolatoren stehenden Sendemasten mit einem grossen Kapazitätshut (z.B. 40m Beam) und über ein gutes Radialnetz verfügt, braucht hier nicht weiter zu lesen.
   Für alle anderen bleibt nur der Selbstbau. Ich habe bisher zwei 500W-Sender gebaut und mit beiden sehr gute Erfahrungen gemacht. Meine abgewinkelte Inverted L in knapp 12m Höhe brachte bisher gute Signale in G,GW,GI,EI,F,DL,SM,OH,YO,OM,OK,S57,PA,ON und selbstverständlich in HB.
   Doch bevor wir nun zum Kern des Pudels vordringen, zwei Warnungen:
   Zum Nulltarif ist so ein Teil nicht zu bauen. Ich habe die Materialkosten nie ausgerechnet, schätze sie aber auf etwa Fr. 300.-
   Man muss keinen Spektrumanalyzer sein Eigen nennen, aber ein Oszilloskop ist ein Muss. Ebenso entsprechende Löt- und Bastelerfahrung.
   Dafür erhält man einen Sender, der gut ein halbes Kilowatt in CW liefert, sauber und stabil arbeitet und den man jederzeit selbst reparieren kann.
   Gespeist wird der TX mit einem 48V Netzteil, das in der Lage ist, mindestens 20A zu liefern. Das ebenfalls notwendige 12V (13.8) Netzteil ist ja praktisch in jedem Shack bereits vorhanden. 48V Schalt-Netzteile kann man übrigens auf Ebay günstig erstehen. Aber zum Beispiel auch bei Mouser.com
   Die meisten Bauteile sind handelsüblich können leicht aufgetrieben werden. Ein Teil ist aber nicht so einfach zu finden: Ein einpoliger Wellenschalter mit mindestens 6 Positionen und einer Belastbarkeit von 20A für die PA. Wer sich also entschliesst, einen solchen Sender zu bauen, sollte sich unverzüglich auf die Suche begeben.
In den nächsten Teilen werde ich die Schaltungen der einzelnen Module beschreiben.

Bild: Der Sender im Rohbau.
Teil 2

Veröffentlicht am 26. Januar 2013


   Der VFO des 630m Senders muss stabil und nach allen Regeln der HF-Kunst in ein geschirmtes Weissblechgehäuse gebaut werden. Nur so wird er richtig stabil und läuft nicht quer übers Band. Ein geschlossenes Gehäuse garantiert auch eine konstante Temperatur nach einer gewissen Anlaufzeit. Die Speisung des VFO’s verbinden wir deshalb ohne Umwege über einen Ein/Aus-Schalter direkt mit der 12V-Buchse. So läuft er, sobald die 12V-Versorgung des Shacks eingeschaltet ist.
   Er ist übrigens vom Vackar-Typ, eine Schaltung, die sehr stabil ist. Natürlich kann auch irgendeine andere VFO-Schaltung verwendet werden. Ja, man kann auch ganz auf den VFO verzichten und einfach in der E-Bucht ein solches Teil bestellen, einen 5MHz DDS, wie ich es bei meinem zweiten Mittelwellensender eingebaut habe. Das Teil benötigt eine 5V Speisung und ist empfindlich gegen HF-Einstrahlung. Die Speiseleitung muss also gut abgeblockt und verdrosselt werden und die HF-Leitung zum Treiber muss ein Koaxialkabel mit Mantelwellensperre (für 470kHz!) sein (z.B. 6 Windungen durch einen N30 Ringkern).
   Doch zurück zu unserem Vackar-VFO. Der Trick bei diesem Teil ist, dass es nicht auf der Sendefrequenz läuft, sondern auf der zehnfachen Frequenz. Also auf 4.72-4.79 MHz. Im nachfolgenden Treiber wird dann die Frequenz herunter geteilt. Das hat zwei Vorteile: erstens wird so die Sendefrequenz zehnmal stabiler als es der VFO selbst ist, und zweitens stört der durchlaufende VFO den Empfang nicht.
   Wenn man einen Drehko mit Untersetzungsgetriebe verwendet und auch den Sender nicht FSK modulieren will, kann man den Teil mit der Kapazitätsdiode weglassen, bis und mit 12pF Trimmer.
   Natürlich wird der VFO zu Beginn nicht gerade den gewünschten Frequenzbereich überdecken und man muss ihn entsprechend hintrimmen. Als „Messgerät“ dient dabei der Stationsempfänger. Bitte den VFO nicht direkt in den Empfängereingang koppeln, das könnte den RX killen.
   Der gewiefte Elektroniker wird natürlich feststellen, dass ein 50pF-Drehko zu gross ist um nur gerade den Bereich 472 – 479 kHz abzudecken. Wem das nicht passt, findet vielleicht einen kleineren (20pF) oder zwickt nach Bedarf ein paar Platten raus.
   Am Anschluss RIT/FSK kann mit einem Potmeter (10k) eine Feinabstimmung vorgenommen werden. Mittelabgriff auf den RIT/FSK-Anschluss, ein Ende auf Masse, das andere auf +12V. Mit dem 12pF Trimmer wird dann der Variationsbereich der Feinabstimmung eingestellt.
Teil 3

Veröffentlicht am 27. Januar 2013

   Auch für den Teiler/Treiber werden nur handelsübliche Bauelemente verwendet. Für eine einzelne Schaltung lohnt es sich nicht, eine Leiterplatte zu ätzen, man baut die Schaltung mit einem Schuss Fantasie auf eine Lochrasterplatte wie im folgenden Bild:


   Die 40114013 und 4017 sind CMOS-IC’s. Besondere Anspüche werden keine gestellt. Variante und Hersteller spielen keine Rolle. Der TC4426, ein Treiber-IC ist etwas schwieriger zu finden. In eine erste Schemaversion hat sich übrigens ein Fehler eingeschlichten, den ich jetzt korrigiert habe: es handelt sich also nicht um einen TCA4426, sondern um einen TC4426. Die genaue Bezeichnung lautet TC4426CPA. Man findet das Teil auch unter verschiedenen Zusatzbezeichnungen auf Ebay.
   Nun zur Schaltung: Zuerst wird die Frequenz des VFO’s mit einem NOR-Tor “digitalisiert”, dann im Dekadenzähler 4017 durch fünf geteilt. Der 4017 ist ein D-Flip-Flop und teilt die Frequenz nochmlas durch zwei und steuert den TC4426 an. Durch die Eingänge 4/6 kann er so blockiert werden, dass alle Ausgänge auf Null schalten. Der 4426 sperrt dann die beiden PA Transistoren gleichzeitig. Das geschieht dann, wenn die PA augrund einer Fehlanpassung zuviel Strom zieht. Dazu wird der Spannungsabfall an einem Widerstand in der Speiseleitung via S1/S2 gemessen. Bei etwa >0.6V schaltet schaltet der BD140 links im Bild und setzt den RS-Flip-Flop bestehend aus zwei Nand-Toren auf Null.
   Mit einer Reset-Taste kann der Flip-Flop wieder zurückgesetzt werden, wenn die Störung beseitig wurde. Dies ist die einzige Schutzschaltung, über die dieser Sender verfügt. Auf einen SWR-Schutz wurde verzichtet. Doch dazu mehr bei der Beschreibung der PA.
   Am Ausgang “Alarm” wird eine 12V-LED-Anzeige oder eine LED mit Vorschaltwiderstand (1k) angeschlossen. Sie leuchtet im Alarmzustand. Auch beim Ausgang “Key LED” kann eine solche Leuchte angeschlossen werden. Sie leuchtet, wenn die Morsetaste gedrückt ist, die an “Key” angeschlossen wird.
Die Abblockkondensatoren 47nF müssen so nahe bei den IC’s angebracht werden wie möglich (einer pro IC). Vorsicht ist die Mutter der Porzellankiste, auch wenn es sich hier nur um Mittelwelle handelt.
   Die Zenerdiode muss übrigens nicht so ein Riesending sein, wie im Bild. Ich habe sie nur genommen, weil sie in der Bastelkiste lag und mich so traurig anguckte :-)
   Noch eine Bemerkung zur Sende-Empfangsumschaltung: Diese geschieht manuell über einen Kippschalter und ist denkbar einfach. Dieser S/E-Schalter schaltet im Sendefall +12V auf das Antennenrelais und gleichzeitig auf die Speisung der Teiler/Treiber-Platine. Die 48V der PA werden nicht geschaltet und verbleiben dauernd auf der PA.
Teil 4

Veröffentlicht am 28. Januar 2013


   Die Endstufe arbeitet im Schaltbetrieb. Das heisst, die Transistoren werden wechselseitig immer voll durchgeschaltet und gesperrt. Der Wirkungsgrad der PA ist deshalb sehr hoch und liegt über 90%. Deshalb wird nur ein kleines Kühlblech benötigt. Auf einen Lüfter kann man ganz verzichten. Überdimensionieren ist aber für den Selbstbauer keine schlechte Tugend – im Gegensatz zum Profi. Der platziert gerne seine heissen Widerstände neben den Elkos, damit die Geräte auch mal kaputt gehen ;-)
   Das Ampere-Meter ist ein wichtiges Instrument und darf nicht weggelassen werden. Der Strom, den die PA zieht, ändert sich in Abhängigkeit der Last. Wird das SWR schlechter, steigt der Strom. Daher auch die Überstromsicherung. Bei gewissen Lastimpedanzen fangen die Transistoren übrigens an zu singen, ein sicheres Zeichen, dass sie einem nächstens um die Ohren fliegen. Sofort abschalten und Antenne nachstimmen, lautet dann die Devise.
   Ansonsten sind die IRFP250 robuste Gesellen und ich musste noch keine ersetzen. Ehrlich gesagt, habe ich mit dem halben Kilowatt etwas tief gestapelt. Die PA kann auch ein ganzes Kilowatt liefern, wenn es sein muss. Die Leistung wird über den Ausgangstransformator geregelt. Je grösser die Windungszahl auf der Sekundärseite, desto höher die entnommene Leistung. Möglichst viele Abgriffe in möglichst vielen Stufen sind wünschenswert. So kann man die PA etwas zurücknehmen, wenn das SWR etwas schlechter wird und der Strom steigt, weil sich die Antenne wegen des Wetters verstimmt hat, oder man kann auf eine kleine Stufe schalten (10 bis 20W) um ohne Gefahr das Variometer abzustimmen.
   Der Ausgangstrafo wird auf einen N30 Ringkern R58 von EPCOS gewickelt. Die Primärwicklung wird bifilar aufgebracht. Am besten mit einem zweiadrigen Netzkabel. Das heisst: sechs Windungen mit dem Netzkabel schön über den Ringkern verteilen. Dann das Ende des einen Leiters mit dem Anfang des anderen verbinden. Das ist der Mittelabgriff, der auf die 15uH Drossel führt. Diese 15uH sind übrigens kein Druckfehler. Das ist aber kein Drösselchen, denn da fliessen gegen 20A. Bei diesem Strom ist dann aber fertig lustig, dafür sorgen die vier 0.1 Ohm Widerstände die parallel geschaltet den Stromsensor für die Überstromabschaltung bilden. Bitte dicke Brummer einsetzen, wenn der OM nicht mit Rauchzeichen funken möchte. Aber das brauche ich dem gewieften Konstrukteur ja nicht zu sagen :-)
   Der 2.2uF Kondensator muss ebenfalls ein richtiger Brocken sein. Ein grosser Kunststoffwickel mit >400VDC. Die beiden 500pF sollten auch 200V ertragen können. Ich habe ein Paar gute alte Glimmerkondensatoren aus der Bastelkiste gefischt.
   Über den Drehschalter haben wir uns ja schon unterhalten. Es muss kein HF-Typ sein. Aber OM bedenke, dass da ziemlich Mittelwelle fliesst :-) und Spitzenspannungen von 500V anliegen und Ströme von einigen Ampere fliessen können.
   Die Verdrahtung der PA ist aber unkritisch.
Teil 5

Veröffentlicht am 29. Januar 2013


   Unser Sender ist fast fertig. Es fehlen nur noch das Tiefpassfilter und der nachfolgende SWR-Detektor.
   Inzwischen habe ich meinen zweiten Mittelwellensender auf Ricardo verkauft. Das Interesse war gering, der erzielte Preis liegt unter den Materialkosten. 630m wird wohl ein Exklusivband für die wenigen Funkamateure bleiben, die noch selber bauen und experimentieren. Einige Early Birds sind schon wieder verschwunden, andere haben angekündigt, ihre Station wieder abzubauen. Es ist wie immer: nur ein gewisser Bodensatz wird zurückbleiben. Die Karawane zieht weiter und die Masse geht auf 80m, 20m und den Relais zur Tagesordnung über.
   Doch jetzt zum Tiefpassfilter: Eine geschaltete Endstufe wäre ohne dieses Teil eine Oberwellenschleuder par excellence. Obschon die resonante Mittelwellen-Antenne bereits eine starke Filterwirkung hat. Die Bandbreite derselben beträgt im Normalfall ja nur wenige Kilohertz und überdeckt nicht einmal das ganze Band.

   Die AMIDON T200A-2 sind T200 Ringkerne mit doppelter Dicke. Man bekommt sie zum Beispiel hier. Bewickelt werden sie mit isoliertem Schaltdraht oder Kupferlackdraht mit >1mm. Die Windungen werden über den ganzen Ringkern verteilt. Nur so erzielt man die angegebenen Werte. Je mehr die Windungen auf einem Ringkern zusammengeschoben werden, desto grösser wird nämlich die Induktivität. Ein beliebter Abgleich-Trick für die, die über ein LC-Messgerät verfügen. Heutzutage für den geneigten Bastler kein Luxus mehr. Ich benutzedieses hier und bin damit sehr zufrieden. Sogar die Kapazität meiner Antenne kann ich damit messen :-)
   Die Kondensatoren für das Filter müssen unter Umständen zusammengesetzt werden, um die genauen Kapazitätswerte zu erhalten. Damit das Filter auch richtig funktioniert, sind hier engere Toleranzen (<5%) einzuhalten als zum Beispiel bei Abblockkondensatoren (20%). Folienkondensatoren sind im Filter fehl am Platz. Die Verluste sind bei diesen Frequenzen schon zu hoch. Es kommen nur HF-Kondensatoren in Glimmer oder Keramik in Frage  mit einer Spannungsfestigkeit von >1000VDC. Zum Beispiel aus dieser Reihe. Auch hier erweist sich ein LC-Messgerät als ausserordentlich hilfreich. Ich habe glücklicherweise in der Bastelkiste einige der alten braunenGlimmerkondensatoren gefunden, wie sie früher in den USA gefertigt wurden.

Teil 6

Veröffentlicht am 30. Januar 2013

   Vermutlich habe ich auf 472 kHz einige Erstverbindungen getätigt und wie ich auf der USKA-Homepage gesehen habe, wird auch eine Erstverbindungsliste geführt. Ich halte nichts davon. Damit blockiert ein Einzelner den sportlichen Wettbewerb bis in alle Ewigkeit, nur weil er es als Erster geschafft hat, mit England auf 472 kHz zu funken. Genauso wie bei der Honor Roll auf KW: auch dort blockieren die mit einer frühen Geburt Gesegneten, Generationen von jungen Funkamateuren.
   Zumindest für LW und MW wäre eine Art Länderliste m.E. gescheiter. Und ein besonderer Anreiz wäre natürlich für viele ein Diplom. Zum Beispiel für 10, 15, 20 und 25 Länder auf Mittelwelle.
   Doch nun zum letzten Teil des 630m Senders:
   Die meisten Stehwellenmessbrücken für KW funktionieren auch noch auf 472 kHz. Es ist also nicht unbedingt notwendig, eine SWR-Schaltung in den Sender einzubauen. Allerdings zeigen die KW-Messbrücken für Mittelwelle in der Regel falsche Werte: zu wenig Vorwärtsleistung und manchmal sogar einen falschen Rücklauf.
   Was aber perfekt funktioniert, ist natürlich der Dummy Load. Leider fehlt dieser heutzutage oft im Shack oder verträgt keine 5ooW. Wenn wir unseren Sender testen wollen, brauchen wir aber unbedingt so ein Teil. Auch um die Leistung zu messen. Zu diesem Zweck schauen wir uns den Sinus am Dummy Load (50Ω) mit dem Oszilloskop an und lesen den Wert von Spitze zu Spitze ab. Mit Ueff=Uss/2√2 erhalten wir den Effektivwert und mit P=U²/R  die Leistung. Aber Vorsicht! Bei 500W haben wir bereits 450 Uss an der Sonde des Oszilloskops und der Sender kann problemlos noch mehr leisten. Also bitte im Handbuch nachlesen, ob die Sonde, bzw. das Oszilloskop so viel verträgt.
   Man kann natürlich auch zwei Instrumente einbauen, dann hat man die vor- und die zurücklaufende Leistung immer im Blick und kann sich die Umschaltung sparen.
   Eine Windung bedeutet übrigens, dass der Draht einfach im gestreckten Galopp durch den Kern geführt wird. Also nix aufwickeln, einfach nur hindurch. Als Dioden kann man alles verwenden, was irgendwie nach einer Diode aussieht.
   Hier die Bilder des ersten Prototyps mit VFO:



   Und hier mein Prototyp Nummer 2 in Steampunk-Bauweise und mit DDS. Er liefert klaglos 800W und hat sich bisher bestens bewährt:

   Viel Spass beim Bauen und ausprobieren.