Dimen­sio­nie­rung der Bau­tei­le für einen Antennentuner

Vor dem Bau eines Anten­nen­tu­n­ers muß man sich zumin­dest über die fol­gen­den Zie­le klarwerden:

  • Wel­cher Fre­quenz­be­reich soll abge­deckt werden?
  • In wel­chem Bereich lie­gen die Lastwiderstände?
  • Wel­che maxi­ma­le Lei­stung soll über­tra­gen werden?
  • Wo sind gege­be­nen­falls Kom­pro­mis­se möglich?

Da stellt sich dann sofort die Gegen­fra­ge: was ist denn über­haupt mit rea­li­sti­schem Auf­wand mög­lich und wo lie­gen die Gren­zen? Gäbe es kei­ne, wür­de man natür­lich alles wollen.

Ein wei­te­res Calc Spreadsheet

Nach einer Idee von Jeff, K6JCA, habe ich das hier vor­ge­stell­te Libre­Of­fice Calc Spreadsheet so erwei­tert, daß es die Anpaß­glie­der für meh­re­re Punk­te auf dem Kreis glei­cher Steh­wel­len­ver­hält­nis­se berech­net. Das neue Spreadsheet kann hier her­un­ter­ge­la­den werden:

In der hier gezeig­ten Ver­si­on wer­den 72 Last­im­pe­dan­zen im Abstand von 5° berech­net. Das erscheint mehr als aus­rei­chend. Dabei ist zu beden­ken, daß nicht alle die­se errech­ne­ten Punk­te prak­tisch rele­vant sind. Die von mir geplan­ten ein­fa­chen end­ge­spei­sten Draht­an­ten­nen haben hoch­oh­mi­ge Impe­dan­zen, die alle zwi­schen etwa 310° und 30° lie­gen, wie die nach­fol­gen­de Mes­sung von 1 bis 30 MHz zeigt.

Die gestri­chel­ten Krei­se stel­len die Steh­wel­len­ver­hält­nis­se von 3, 10, 20 und 30 dar. In gewis­sen Gren­zen kann man sich ent­schei­den, ob der Tuner alle Steh­wel­len­ver­hält­nis­se inner­halb eines vor­ge­ge­be­nen Krei­ses abdecken soll oder ob man bei­spiels­wei­se auf Kosten der lin­ken Hälf­te zwi­schen 90° und 270° das Steh­wel­len­ver­hält­nis auf der ande­ren Sei­te erweitert.

Benut­zung des Spreadsheets

Para­me­ter

Auf der ersten Sei­te mit dem Namen „Para­me­ter“ wer­den in den gelb hin­ter­leg­ten Zel­len die Para­me­ter für die aktu­el­le Berech­nung ein­ge­ge­ben. Alle ande­ren Zel­len und Sei­ten sind (natür­lich ohne Pass­wort) geschützt, um Fehl­ein­ga­ben zu ver­mei­den. Mit einem rech­ten Maus­klick auf den Tab und dem Befehl „Tabel­le schüt­zen…“ wir der Schutz ent­fernt oder wie­der hergestellt.

In der Zel­le RGen wird der Gene­ra­tor­wi­der­stand ein­ge­ge­ben. Das sind nor­ma­ler­wei­se 50 Ω und es ist ein reel­ler Wert.

In der Zel­le SWR gibt man das maxi­ma­le Steh­wel­len­ver­hält­nis an, das der Tuner noch anpas­sen kön­nen soll. Hier kann man expe­ri­men­tie­ren. Je höher die­ses SWR ist, umso grö­ße­re Bau­tei­le wird man benö­ti­gen. Irgend­wann über­schrei­tet man den prak­tisch mach­ba­ren Bereich. Wie oben beschrie­ben, kann man hier etwas wei­ter gehen, wenn man Ein­schrän­kun­gen im Polar­dia­gramm akzep­tie­ren kann.

Fre­quenz legt die Fre­quenz fest, für die die Anpas­sung aktu­ell berech­net wird.

P bestimmt die ver­wen­de­te Aus­gangs­lei­stung. Dar­aus wird die Spit­zen­span­nung am Anpaß­kon­den­sa­tor bestimmt, der ent­spre­chend dimen­sio­niert sein muß.

L(C) gibt die para­si­tä­re Induk­ti­vi­tät des Kon­den­sa­tors an. Das ist sicher­lich ein Schätz­wert, solan­ge man den Tuner nicht wirk­lich auf­ge­baut hat. Aus die­ser para­si­tä­ren Induk­ti­vi­tät errech­net sich die kapa­zi­täts­ab­hän­gi­ge Selbst­re­so­nanz­fre­quenz (SRF). Ab und ober­halb die­ser Fre­quenz wird der Kon­den­sa­tor zu einem induk­ti­ven Bau­ele­ment und er ist nicht mehr zur Anpas­sung zu gebrau­chen. Die SRF ist die natür­li­che Gren­ze für die Brauch­bar­keit des Tuners.

Die Zel­len ω und |Γ| (bzw. |Gam­ma|) sind geschützt. Sie wer­den aus dem SWR und der Fre­quenz berech­net. Die­se Wer­te wer­den in den For­meln auf den ande­ren Sei­ten verwendet.

Tuner

Die Berech­nung der Last­im­pe­dan­zen und die Anzei­ge der Anpaß­glie­der erfolgt auf der Sei­te „Tuner“. Jede Zei­le steht für einen Wert im Abstand von 5° auf dem gewähl­ten SWR-Kreis. RL und XL sind die jewei­li­gen Wirk- und Blind­wi­der­stän­de und die Spal­te Netz­werk zeigt die gewähl­te Kon­fi­gu­ra­ti­on, ent­we­der „LC“ oder „CL“. Die zur Anpas­sung nöti­gen Kapa­zi­tä­ten und Induk­ti­vi­tä­ten ste­hen in den Spal­ten C und L.

In der Spal­te Uma­xC wird die Spit­zen­span­nung am Kon­den­sa­tor errech­net, die bei der vor­her gewähl­ten Lei­stung anliegt. Die Spal­te SRF zeigt den Abstand zur Selbst­re­so­nanz­fre­quenz bei der errech­ne­ten Kapa­zi­tät. 100% bedeu­tet, daß die SRF erreicht ist und ein Wert unter 100%, daß die SRF über­schrit­ten ist. Der Tuner ist in die­ser Kon­fi­gu­ra­ti­on nicht mehr benutz­bar. Der Wert soll­te also deut­lich über 100% liegen.

Oben rechts in die­ser Tabel­le wer­den noch die Maxi­mal­wer­te für die Kapa­zi­tät, die Induk­ti­vi­tät und die Span­nung ange­zeigt. Der Mini­mal­wert für die SRF zeigt an, ob zumin­dest eini­ge der Last­im­pe­dan­zen nicht mehr anpass­bar sind.

LC und CL

Die eigent­li­che Berech­nung erfolgt auf den Sei­ten „LC“ und „CL“. Auf die­sen Sei­ten kann man den Rechen­weg nach­ver­fol­gen, anson­sten muß man sich nicht dar­um küm­mern. Der Rechen­weg ist in dem vori­gen Bei­trag zu die­sem The­ma beschrie­ben. Die Sei­ten über­neh­men die anzu­pas­sen­de Last­im­pe­danz von der Sei­te „Tuner“ und lie­fern die Ergeb­nis­se auch wie­der dort­hin zurück.

Es soll nicht uner­wähnt blei­ben, daß auf die­sen Sei­ten ein wenig getrickst wur­de, um Feh­ler abzu­fan­gen. Wenn ein Nen­ner null wird, kommt es zu einem Divi­si­ons­feh­ler. Das wird abge­fan­gen, indem statt des Quo­ti­en­ten eine gro­ße Zahl ver­wen­det wird. Das wie­der­um führt zu Ergeb­nis­sen wie 0,01 pF statt 0 pF. In einem Pro­gramm wür­de man das anders lösen, aber im Spreadsheet scheint das der ein­fach­ste Weg zu sein.

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