Antennenumschalter von oben

Anten­nen­um­schal­ter – Teil 1

Der Weg vom Shack nach drau­ßen auf den Bal­kon, wo die Anten­nen z.T. schon auf­ge­stellt sind und noch wer­den sol­len, ist begrenzt. Ich habe eine Kern­boh­rung von immer­hin 40 mm durch die Außen­mau­er des Hau­ses getrie­ben, aber da sol­len immer­hin min­de­stens drei Eco­flex-10 Koax­ka­bel durch, ein vier­ad­ri­ges Kabel für die Rotor­steue­rung und ein etwas dün­ne­res mehr­ad­ri­ges Kabel für die RS-485-Mod­Bus-Schnitt­stel­le, über die ich ver­schie­de­ne Außen­ge­rä­te ansteu­ern will, inklu­si­ve der für die Gerä­te not­wen­di­gen Span­nungs­ver­sor­gung. Etwas Reser­ve für ein vier­tes oder fünf­tes Koax­ka­bel wäre auch anzu­ra­ten. Außer­dem hat mein IC-7300, so wie wohl die mei­sten Kurz­wel­len-Trans­cei­ver, nur einen ein­zi­gen Anten­nen­aus­gang. Wie ich es auch dre­he und wen­de, es muß ein fern­ge­steu­er­ter Anten­nen­um­schal­ter für Kurz­wel­le her. Sowas kann man natür­lich kau­fen, aber unser­eins bastelt ja ger­ne und für Kurz­wel­le soll­te der Selbst­bau kei­ne all­zu­gro­ße Her­aus­for­de­rung sein.

Vor­über­le­gun­gen

Ich hat­te mir das immer recht kom­pli­ziert vor­ge­stellt, spe­zi­el­le Koax­re­lais, impe­danz­kon­trol­lier­te Strei­fen­lei­tun­gen, hoch­span­nungs­fe­ste Bau­tei­le und nicht zuletzt alles in einen abge­schirm­ten Metall­kä­fig ein­ge­baut. Rea­li­stisch betrach­tet reden wir aber von einer Wel­len­län­ge von min­de­stens 10 m und einer Lei­stung von 100 Watt. Mit der Aus­sa­ge, daß Lei­tungs­län­gen von weni­ger als einem zwan­zig­stel der Wel­len­län­ge zwar meß­bar, aber noch nicht son­der­lich rele­vant sind, bin ich ganz gut durch mein Berufs­le­ben gekom­men. Selbst wenn ich noch das 4‑m-Band bei 70 MHz mit gewis­sen Abstri­chen dazu­neh­me, dann kann ich also recht guten Gewis­sens 20 cm lan­ge Lei­tun­gen ver­le­gen, ohne mir um die Impe­danz und Signal­lauf­zei­ten gro­ße Sor­gen zu machen.

100 Watt in einem 50 Ohm-System bedeu­ten gut 70 Veff bei einer Strom­stär­ke von nicht ein­mal 1,5 A. Das lässt sich gut mit preis­wer­ten und klei­nen Bau­ele­men­ten beherr­schen. Man braucht für die Ver­drah­tung kein 10 mm dickes Koax­ka­bel und auch kei­ne N‑Steckverbinder. SMA-Steck­ver­bin­der sol­len im Kurz­wel­len­be­reich für mehr als 1 kW Lei­stung gut sein und selbst RG174U-Kabel soll bis zu 1,1 kV aus­hal­ten, RG58U sogar bis zu 1,4 kV. Die­se Gren­zen muß man frei­lich nicht aus­te­sten, aber es zeigt, daß die Bau­tei­le für die im Ama­teur­funk zuge­las­se­nen Lei­stungs­gren­ze von 750 Watt zu gebrau­chen sind, erst recht für nur 100 Watt. Aller­dings soll­te man im Hin­ter­kopf behal­ten, daß die heut­zu­ta­ge popu­lä­ren digi­ta­len Betriebs­ar­ten im Gegen­satz zu CW oder SSB die­se Lei­stung über eine län­ge­re Zeit­span­ne von min­de­stens 15 Sekun­den bei FT‑8, 2 Minu­ten bei WSPR oder gar vie­le Minu­ten bei RTTY ver­tra­gen müssen.

Die Rea­li­sie­rung

Da auf dem Bal­kon bereits ein was­ser­dich­tes IP65 Kunst­stoff­ge­häu­se vom Typ RND 455–00166 für die diver­sen Kabel­durch­füh­run­gen an der Wand hängt, soll auch der Anten­nen­um­schal­ter in ein sol­ches bau­glei­ches Gehäu­se ein­ge­baut wer­den. Wenn man an den Rän­dern etwas Platz lässt, kann man bequem 230 mm x 150 mm ver­bau­en und hat dafür eine Höhe von min­de­stens 70 mm zur Ver­fü­gung. Die unte­re Flä­che reicht links oder rechts für den Ein­bau von sechs N- oder SO239-Buch­sen aus. Auf die ande­re Sei­te kom­men dann die Steck­ver­bin­der für die Span­nungs­ver­sor­gung und die RS485 Lei­tung. Letzt­lich hat die­ses Gehäu­se dann die Anzahl der anschließ­ba­ren Anten­nen bestimmt, vier Aus­gän­ge waren Pflicht, da sechs Aus­gän­ge pas­sen, ist es nun ein 6‑fach Umschal­ter gewor­den. Hier der Schalt­plan und die KiCad-3D-Ansicht:

Schaltplan des Antennenumschalters
Schalt­plan des Anten­nen­um­schal­ters (Link auf PDF).

Antennenumschalter von oben
KiCad 3D-Vor­schau des Anten­nen­um­schal­ters von oben

Antennenumschalter von unten
Anten­nen­um­schal­ter von unten

Die Lei­ter­plat­te ist 100 mm hoch und 200 mm breit und auf dop­pel­sei­ti­gem FR‑4 Mate­ri­al gefräst.

Zur Steue­rung ist das ATTi­ny1634-Modul mit RS485-Schnitt­stel­le ein­ge­setzt. Es ist in der 3D-Vor­schau oben hin­ter dem Abschirm­blech zu sehen. Über einen ULN2803A treibt die­ses Modul die Relais auf dem unte­ren Teil der Pla­ti­ne an. Zwi­schen Steu­er­mo­dul und HF-Umschal­ter ist auf bei­den Sei­ten der Lei­ter­plat­te ein etwa 2,5 mm brei­ter Iso­la­ti­ons­ka­nal gezo­gen. Die Flä­chen sind jeweils aus­ge­füllt und mit Mas­se ver­bun­den, die Sei­te des Steu­er­mo­duls mit der „digi­ta­len“ Mas­se des Pro­zes­sors, die des Umschal­ters mit der geer­de­ten Abschir­mung der Koax­ka­bel. Zur Ver­bin­dung mit den jewei­li­gen N- oder SO239-Anten­nen­buch­sen am Gehäu­se wer­den SMA-Buch­sen eingesetzt.

Als Relais sind Schrack PE014012 ein­ge­setzt, die für 250 VAC und 5 A spe­zi­fi­ziert sind. Auch das soll­te nomi­nal für mehr als 1 kW Lei­stung rei­chen. Schal­ten soll­te man natür­lich mög­lichst ohne Last.

Jede ein­zel­ne Anten­ne ist über Gas­ent­la­dungs­röh­ren gegen sta­ti­sche Über­span­nun­gen geschützt. Sie zün­den bei 600 V. Außer­dem ist jeweils ein hoch­oh­mi­ger Wider­stand par­al­lel geschal­tet, der nied­ri­ge­re sta­ti­sche Auf­la­dun­gen ablei­ten soll. Die SMA-Buch­sen der obe­re Rei­he sind jeweils im Ruhe­zu­stand mit der zuge­hö­ri­gen Anten­ne ver­bun­den. Die Idee ist hier, daß viel­leicht mal ein klei­ner WSPR-Sen­der in das Gehäu­se ein­ge­baut wer­den kann, der dann die Anten­ne benutzt, wenn sie nicht von der Sta­ti­on im Shack benö­tigt wird. Die Bestückung die­se Buch­sen ist natür­lich optional.

Die SMA-Buch­sen auf der Lei­ter­plat­te haben nur drei Mas­s­e­pins, damit das Signal des Cen­ter­pins bequem und mit gro­ßem Abstand nach außen geführt wer­den kann. Das soll die Iso­la­ti­ons­strecke auf min­de­stens 1 mm ver­grö­ßern und so höhe­re Span­nun­gen zulas­sen. Einer der vier Pins der SMA Buch­sen muß daher vor dem Ein­lö­ten abge­bro­chen werden.

Nicht alle not­wen­di­gen Lei­tun­gen sind auf der Lei­ter­plat­te unter­ge­kom­men. Die Ver­tei­lung der HF auf die Relais soll über einen dicken Draht auf der Unter­sei­te der Pla­ti­ne im Abstand von einem oder zwei Mil­li­me­tern erfol­gen. Auch die Schalt­ein­gän­ge der Relais müs­sen über Draht­stücke mit den Trei­ber­aus­gän­gen des ULN2803A ver­bun­den werden.

Die Lei­ter­plat­te ist dop­pel­sei­tig gefräst, aber ohne Durch­kon­tak­tie­run­gen. Auf der Ober­sei­te sind aller­dings kei­ne Lei­ter­bah­nen ver­legt, son­dern nur die Mas­se­flä­chen, wie auch auf der Unter­sei­te. Daher muß nicht jeder Pin auch oben ange­lö­tet wer­den. Den einen oder ande­ren Mas­s­e­pin soll­te man aber schon beid­sei­tig kon­tak­tie­ren, damit die Mas­se­flä­che über­haupt eine Wir­kung haben kann.

Oberseite Antennenumschalter
Ober­sei­te des noch unbe­stück­ten, gefrä­sten und mit Löt­lack beschich­te­ten Antennenumschalters.

Unterseite des Antennenumschalters
Unter­sei­te des Antennenumschalters.

So, jetzt wer­de ich erst­mal die Pla­ti­ne zusam­men­lö­ten und zumin­dest die Dämp­fung der ein­zel­nen Kanä­le im Kurz­wel­len­be­reich mes­sen. Danach geht’s mit dem zwei­ten Teil die­ses Bei­trags weiter.

Hier ist der zwei­te und hier der drit­te Teil.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.