Der Antennenumschalter ist nun in ein wetterfestes Gehäuse eingebaut, alle Anschlüsse sind verkabelt und so können nun die Abschlußtests vorbereitet und durchgeführt werden.
Links im Bild sind die sechs SO239 UHF Ausgangsbuchsen zu sehen, an die die Antennen angeschlossen werden, rechts daneben die Buchse, die zum Transceiver führt. Für die RS-485-Schnittstelle sind zwei gleiche und parallelgeschaltete Buchsen vorgesehen. Eine davon dient als Eingangsbuchse und ist mit dem PC verbunden, die andere ist die Ausgangsbuchse, an die weitere Steuergeräte angeschlossen werden können. Ich habe mich für 6‑polige wetterfeste (IP67) Quicklock-Stecker und Kupplungen entschieden, die einen sehr robusten Eindruck machen. Nicht billig, aber preiswert!
RS-485 (genau genommen EIA-485) erlaubt den Anschluß von mindestens 32, mit speziellen Treibern (die hier auch eingesetzt sind) sogar bis zu 256 Busteilnehmern. Das letzte Gerät in der Kette muß einen Abschlußwiderstand bekommen, damit Reflexionen minimiert werden. Dazu dient der oben nur schlecht zu sehende Abschlußstecker mit eingebautem 120 Ω Widerstand. Die Kabeldurchführung an der rechten Unterseite ist für ein Erdungskabel vorgesehen.
Dieses Foto zeigt den Innenaufbau. Der Antennenumschalter ist auf ein 1 mm dickes geerdetes Alublech montiert. Mit Hilfe von Abstandsbolzen kann ein zweites Blech dieser Art über dem Antennenumschalter aufgeschraubt werden. Das kann dann als Abschirmung in der anderen Richtung und gleichzeitig als Träger für weitere Leiterplatten dienen, wie z.B. einen WSPR Sender.
Hier ist die Verkabelung der Buchsen zu sehen. Die RG58-Kabel sind einerseits an die SO239-Buchsen gecrimpt, andererseits an die gewinkelten SMA-Steckverbinder. Das gefräste Alublech, das als Schablone für das Bohren der Gehäusedurchbrüche diente, ist auf der Innenseite des Gehäuses mit den Buchsen verschraubt. Das gibt noch etwas zusätzliche mechanische Stabilität, wäre aber vermutlich nicht unbedingt notwendig.
Die Abschlußmessungen
Nachdem der Antennenumschalter nun im Gehäuse eingebaut ist und die endgültigen Buchsen bekommen hat, müssen die in Teil 2 duchgeführten Messungen nochmal wiederholt werden. Das nachfolgende Foto zeigt den Meßaufbau mit dem angeschlossenen Netzwerk-Analysator.
Anders als bei den ersten Messungen startet der Meßbereich nun bei 100 kHz und endet bei 200 MHz. Ich wollte einfach mal sehen, mit welchen Einschränkungen man bei einem (nicht vorgesehenen) Betrieb bei 145 MHz im 2‑m-Band rechnen müsste. Der Start bei 100 kHz vermeidet Artefakte bei niedrigen Frequenzen. Nachfolgend die Meßergebnisse der einzelnen Kanäle.
Eingang auf Buchse 1 
Eingang auf Buchse 2 
Eingang auf Buchse 3 
Eingang auf Buchse 4 
Eingang auf Buchse 5 
Eingang auf Buchse 6 
Eingang auf Buchse 1, Buchse 2 ist eingeschaltet 
Eingang auf Buchse 4, Buchse 3 ist eingeschaltet
Diskussion der Meßergebnisse
In der nachfolgenden Diskussion wird immer wieder von den gemessenen Werten in dB auf absolute Leistungen umgerechnet. Der Grund ist, daß der Umschalter mit den 100 Watt eines IC-7300 Transceivers betrieben werden soll. Da die Verlustleistungen zur Erwärmung der Bauteile führen, soll damit abgeschätzt werden, ob die Leistung tragbar ist. Ein Bastler weiß aus Erfahrung, wie warm ein mit 250 mW oder 1 W belasteter Widerstand wird und ob man diese Leistung einem Kabel, einer Buchse oder einem Relais zumuten kann. Alle absoluten Leistungen sind auf die genannte Eingangsleistung von 100 Watt bezogen.
Die Dämpfung bis 30 MHz ist jetzt von 0.02 dB auf bis zu 0.1 dB angestiegen. Das heißt, daß bei Betrieb im 10-m-Band mit 100 Watt etwas über 2 W im Umschalter verbraten werden. Nicht schön, aber tragbar. Allein die ungefähr 25 cm RG58-Kabel, die bei jedem Kanal zwischen den beiden Buchsen liegen, dürften 0,02 dB (0,4 W) dazu beitragen (8 dB/100m @ 30 MHz). Wenn wir die fehlenden 0.06 dB gleichmäßig auf die vier Steckverbinder verteilen (SO239-SMA-SMA-SO239), dann bleiben an jedem dieser Steckverbinder 0.015 dB hängen, was plausibel klingt. Bei 100 Watt Eingangsleistung sind das dann jeweils gut 300 mW. Das muß man wohl akzeptieren. Auch mit der drei- oder vierfachen Leistung sollte das in Ordnung sein, aber bei noch höheren Leistungen wird man die Verluste reduzieren müssen, sonst läuft der Umschalter im Dauerbetrieb heiß.
Die oben dokumentierten Messungen zeigen auch jeweils die reflektierte Leistung, also die Rücklaufdämpfung, in dB an. Bis 30 MHz liegt sie auf jedem Kanal, außer dem dritten, unter 30 dB. Das bedeutet, daß weniger als ein Tausendstel der eingespeisten Leistung reflektiert wird. Bei 100 Watt am Eingang sind das 100 mW und das ist guten Gewissens vernachlässigbar. Bei Kanal 3 zeigt sich eine Anomalie. Das Smith Diagramm verrät, daß die kapazitive Belastung höher ist, als auf den anderen Kanälen, denn die Kurve geht früher und deutlicher nach unten in den kapazitiven Bereich. Die Rücklaufdämpfung beträgt bei 30 MHz nur noch 25 dB, was schon einer rücklaufenden Leistung von 300 mW entspricht.
Bei höheren Frequenzen jenseits von 30 MHz macht sich die Anomalie auf Kanal 3 immer stärker bemerkbar. Bei 75 MHz beträgt dort die Durchlaufdämpfung 0.21 dB, während sie auf den anderen Kanälen höchstens 0.15 dB beträgt. Gleichzeitig sieht man aber auch, daß die Rückflußdämpfung auf gut ‑17 dB ansteigt, was natürlich an dem schlechten Stehwellenverhältnis liegt. Anders ausgedrückt, von den 4,7 W die nicht am Ausgang ankommen (0.21 dB Dämpfung), werden 2 W zum Eingang reflektiert (-17 dB). Letztlich gehen also auf dem Kanal 3 doch nur 2,7 W als Wärme verloren. Zum Vergleich hat Kanal 5 eine Durchlaufdämpfung von 0,12 dB und eine Rücklaufdämpfung von 30 dB. Hier werden also nur 100 mW reflektiert und genau wie auf dem dritten Kanal 2,7 W in Wärme umgewandelt. Die Dämpfung ist also auf allen Kanälen im Rahmen der Meßgenauigkeit gleich, aber das Stehwellenverhältnis und damit die reflektierte Leistung ist unterschiedlich.
Was ist also die Quintessenz dieser Messungen? Ich werde den Antennenumschalter im gesamten Kurzwellenbereich inklusive dem 6‑m-Band und dem 4‑m-Band einsetzen. Auch Kanal 3 wird verwendet, mit der marginal höheren Rücklaufleistung muß der Transceiver zurechtkommen.
Was bedeuten die Messungen bei 145 MHz für einen eventuellen zukünftigen UKW Antennenumschalter? Der hier gebaute Umschalter ist für das 2‑m-Band sicher nicht mehr geeignet, das Stehwellenverhältnis liegt auf allen Kanälen zwischen 1,25 und 2. Ein kleines Spreadsheet zeigt, daß die tatsächlichen Verluste bei 145 MHz auf allen Kanälen zwischen 0,25 und 0,3 dB liegen, wenn man die reflektierte Leistung zur durchgelassenen Leistung addiert, wie es bei idealem Stehwellenverhältnis von 1 der Fall wäre. Da RG58 bei 145 MHz etwa 18 dB Verlust auf 100 m hat, kann man bei den hier verbauten 25 cm also schon knapp 0,05 dB dem Kabel zurechnen. Dämpfungswerte für SMA und UHF Steckverbinder habe ich nicht gefunden, daher verteile ich, wie oben, die verbleibende Dämpfung gleichmäßig auf die verwendeten Steckverbinder und das Relais. Würde man also die Kabel und zwei Steckverbinder weglassen, sollte mit den hier verwendeten Relais auf 2 m eine Dämpfung von 0,1 bis 0,15 dB erreichbar sein. Mechanisch wird man die Relais dann aber im Kreis anordnen und die Buchsen direkt auf die Platine löten.
Hier geht’s zum ersten und zum zweiten Teil.