AT-100, Antennen-Tuner nach N7DDC

Weil ich nur portabel auf der Kurzwelle unterwegs bin und dabei nicht sehr viel Equipment mit mir herumschleppen möchte, hatte ich mal nach einem Antennentuner Ausschau gehalten.

Bausatz

Dabei ist mir bei ebay der Antennen-Tuner AT-100 als Bausatz über den Weg gelaufen. Für ca. 30 Euro habe ich einen Bausatz mit PL-Buchsen und bereits verlöteten SMD-Bauteilen erworben.

Der Schalter ist unbrauchbar, da er viel zu groß ist. Scheinbar beim Transport des Bausatzes haben sich zwei SMD-Bauteile von der Platine gelöst. Glücklicherweise waren dies zwei identische Bauteile und beide befanden sich noch in der Plastiktüte.

Ich habe den Anbieter darüber informiert und die beiden Bauteile wieder angelötet.

Gehäuse

In Tinkercad habe ich mir ein Gehäuse bestehend aus 

• inneren Rahmen
• Innengehäuse
• Außengehäuse
• Front- und
• Hinterblende

konstruiert.

Hier findet ihr meinen Entwurf.

Die Teile habe ich ausgedruckt und die eventuelle Druckrückstände entfernt. Kleinere Löcher für die Montage habe ich gebohrt. Dies ist besser als die Löcher drucken zu lassen.
Im Slicer (bei mir Cura) müssen die Gehäuse vor dem Erzeugen der Druckdateien (gcode) noch in die Senkrechte gedreht werden.

Das innere Gehäuse habe ich mit Alufolie bezogen. Hierfür habe ich das Bauteil dünn mit UHU-Por eingestrichen, kurz ablüften lassen und dann aufs Gehäuse geklebt und glatt gestrichen.

Äußeres und inneres Gehäuse habe ich dann zusammengesteckt. Die Abmessungen der Gehäuseteile sind so gewählt, dass die Teile sauber ineinander gleiten.

Zusammenbau des Bausatzes

der Zusammenbau des Bausatzes bereitete keine größeren Probleme. Die Oberseite der Platine war bedruckt mit Informationen zu den Einzelteilen. Das Bestücken der Platine ging zügig von der Hand.

Für das Wickeln der Spulen und des Tandem Match gingen schon ein paar Stunden drauf. Bei den Spulen mit zwei Kernen (L6 und L7) habe ich vor dem Bewickeln die Kerne mit UHU-Por zusammen geklebt (dünn auftragen, 10 Min. ablüften lassen, fest zusammen drücken).

Die Informationen zu den Spulen sind dem Schaltplan zu entnehmen, wobei man darauf achten muss den richtigen Schaltplan zu verwenden. Für meinen Bausatz war der "7x7" der richtige.

Der Tandem Match für die SWR-Messung hat auf jeder Seite 9 ein halb Windungen bekommen. Der Innenleiter besteht aus dem Inneren von RG58.

Beim Anschluss des OLED-Displays muss man auf die korrekte Verdrahtung achten. Ich habe mir dafür einige Bilder dazu im Internet angesehen.

            Platine --> Display

                VCC --> VCC
                GND --> GND
                DAT --> SDA
                CLK --> SCL

Finale

Das Gehäuseinnen und -außenteil wurden mit selbstgedruckten Füßen miteinander verschraubt.
Für die Schraubverbindungen der Gehäuseteile habe ich "Blechschrauben 2,2 mm DIN 7981 2,2 x 6,5 Kreuzschlitz Edelstahl V2A" verwendet.

Die bestückte Platine habe ich auf dem Einbaurahmen befestigt und das Display auf der Vorderseite angeschraubt.

Weil der Tuner mit meinen vorhandenen Modellbauakkus betrieben werden soll, wurde die Spannungsversorgung nach draußen verlegt und mit einem XT 60-Stecker versehen.

Der fertig bestückte Einbaurahmen wurde dann in das Gehäuse geschoben.

Der Einbaurahmen wird mit den Blenden am Gehäuse verschraubt.

Der abschließende Test wird wohl erst im späten Frühjahr erfolgen. Bis hierhin sieht das für mich schon ganz gut aus.

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Meine Erfahrungen mit dem NanoVNA

Da ich gelegentlich mal eine Antenne baue und die auch komfortabel abstimmen möchte, habe ich mit einen NanoVNA zugelegt.

Mir ist bewusst, dass es kein professionelles Gerät ist und die Messgenauigkeit vermutlich auch nicht die beste ist. Mir geht es bei der Verwendung des Gerätes die optimale Einstellung zu finden, nicht aber darum einen exakten Messwert zu ermitteln und für die wenigen Messungen im Jahr lohnt sich kein 500 EUR-Messgerät für mich.

Gekauft habe ich das Teil bei ebay für ca. 50 EUR. Ich habe damit gerechnet, dass das Gerät aus China kommt (Artikelstandort war China), aber es kam dann doch aus Deutschland, sodass ich keine Einfuhrumsatzsteuer bezahlen musste.

Das Gerät kam mit zwei Kabeln, Kalibrierungselementen und einem Verbindungsstück in einer Plastikschatulle.

So sieht das Gerät aus.

Damit das Messgerät inklusive Zubehör komfortabel transportiert werden kann, habe ich bei Tedi für 4 EUR eine kleine Holzkiste gekauft und diese lackiert.

Der Holzgriff stammt aus dem Baumarkt und hat ebenfalls 4 EUR (!) gekostet. 

Von innen wurde sie mit etwas Stoff ausgekleidet.

Außerdem habe ich ein paar Adapterkabel gelötet, die ich garantiert bei dem Einsatz des NanoVNA benötigen werde. 
Es sind:

• SMA auf BNC-Buchse 2x
• SMA auf PL-Buchse
• SMA auf N-Buchse

Der NanoVNA ist an allen vier Seiten offen. Dies bedeutet, dass sich sehr leicht Fremdkörper, die überall lauern, in den NanoVNA verirren können. 

Dieses möchte ich nicht und deswegen habe ich mir einen kleinen Rahmen aus 3mm Balsa (Restbestände aus Modellbauzeiten) gebaut. Hierfür habe ich mir eine kleine Skizze gemacht.

Den Rahmen habe ich schwarz gestrichen und am NanoVNA zusammen geklebt. Der An- / Ausschalter ist jetzt nur noch mit einem Hilfsmittel erreichbar. 

Ich habe mir hierfür eine kleine Bambusstricknadel zurecht geschliffen und die andere Seite kugelförmig geschliffen für die Nutzung als Stylus / Eingabestift für die Bildschirmtastatur.

Inbetriebnahme

Nun waren alle Vorbereitungen getroffen um das Gerät in Betrieb zu nehmen. Ich habe den NanoVNA erstmal am USB-Anschluss meines Notebooks aufgeladen. Während des Ladevorgangs habe ich mich mit dem englischen Handbuch, dass ich nach der Bestellung als Download zur Verfügung gestellt bekommen habe, beschäftigt. Das Handbuch ist so grottenschlecht, dass ich mir relevante Teile erstmal übersetzt habe (im qrpforum gibt es auch eine übersetzte Anleitung).

Mein NanoVNA war bei Auslieferung mit der 50kHz-900MHz Firmware bestückt, sodass ich die Firmware nicht neu einspielen musste.

Kalibrierung

Zuerst musste eine Kalbrierung durchgeführt werden. Wenn man die englische Anleitung 1 bis 2 mal durchliest, kann man schon erraten, wie die Kalibrierung durch geführt wird.

Wenn man das Menü  CAL → CALIBRATE aufruft, wird man nach dem Antippen von OPEN durch die Kalibrierung geführt indem der nächste Schritt grün hervorgehoben wird.

Vor dem Antippen von OPEN, SHORT, usw. muss das entsprechende Kalibrierelement an CH0 angeschraubt werden.

Zum Schluss sollte man die Kalibrierungsdaten in Speicher 0 speichern. Speicher 0 ist der Speicher, der beim Gerätestart ausgelesen und verwendet wird.

Erste Messung

Kurven auf dem NanoVNA, die mich zurzeit nicht interessieren habe ich im Menü Trace ausgeschaltet.

Als erstes Messobjekt kam ein selbstgebauter 70cm Sperrtopf zum Einsatz.

Zuerst habe ich im Menü STIMULUS die Start- und Ende-Frequenz eingestellt. Wenn nach Aufruf von START die Frequenz angezeigt wird, kann man die Bildschirmtastatur aufrufen wenn man in die Zeile am rechten Bildschirmrand tippt.

Wenn man die Antenne anschließt, wird einem dann auch gleich das Ergebnis angezeigt. Für CH0 hatte ich SWR und das Smith-Diagramm aktiviert.

Der Multifunktionsschalter ist nicht der Hit. Gelegentlich hakt der fest und man muss ihn lösen. Dies war auch schon so als ich noch keinen Rahmen um den VNA gebaut habe. Ich benutze weitestgehend die Menüs und die Soft-Tastatur. Nur zum Verschieben des Markers nehme ich den Multifunktionsschalter.

Auch die Frequenzeinstellungen kann man sich in einen der 5 Speicher ablegen, wobei Speicher 0 beim Start geladen wird. Deswegen sollte man dort den am häufigsten genutzten Einstellungen ablegen.


Menü

Ich habe die Menüstruktur etwas übersichtlicher dargestellt als im Handbuch. Ich denke die Darstellung ist selbsterklärend.

PC-Software

Als ich den NanoVNA mit dem mitgelieferten USB-Kabel anschloss, passierte bei mir nichts, weil das Kabel nur ein Ladekabel ist.
Ich habe dann das Kabel von meinem Smartphone genommen. Sofort wurde das Gerät unter Windows 10 erkannt und der Treiber "Serielles USB-Gerät" (oder so ähnlich) installiert.

Mit der nanovna.exe konnte ich nach der richtigen Konfiguration des COM-Ports und anschließendem Verbinden trotzdem keine Daten vom VNA lesen. Auch die Anzeige des Geräts zeigte nach dem Leseversuch keine plausiblen Werte an.

Mein Gerät hat da wohl eine Macke, aber ich werde es sowieso fast nur portabel einsetzen.

Nach dem Aus und Anschalten war dann die Anzeige auf dem VNA wieder in Ordnung. 

Hurra

Bei nochmaligem Testen wurde unter Windows 10 plötzlich ein anderer Treiber installiert und zusammen mit der Software nanoVNA Saver konnte ich dann doch Messungen am PC durchführen.

Hier eine Messung meiner selbstgebauten 70cm HB9CV.




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Bau eines Funkkoffers

Weil ich Zuhause von meiner Wohnung aus keine Kurzwelle machen kann und mit Behelfsantennen Störungen bis zu S9+ empfange, habe ich beschlossen es mit der Kurzwelle mal aus der freien Natur zu versuchen. Um möglichst flexibel und mit dem Aufbau schnell zu sein soll das Kurzwellengerät zusammen mit einer Buschtrommel (70 cm) in einem Koffer verbaut werden.Die Stromversorgung soll mit einem Akku erfolgen und ich möchte mit bis zu 50 Watt senden können.

Bei Amazon habe ich einen asymmetrischen, rollbaren Alukoffer entdeckt, den man sowohl waagerecht als auch senkrecht aufstellen kann und darin befindliche Geräte bedienen kann. 

Ich habe mir Gedanken gemacht, wie ich die Geräte in dem Koffer anordnen kann und was für weitere technische Komponenten ich dafür benötige.Die vorgesehenen Geräte und Komponenten finden im Koffer ihren Platz.

Im Koffer wurden folgende Dinge untergebracht.

• ICOM IC 718
• CRT SPACE U
• Spannungsregler 13,8V, 10A
• PC-Gehäuselüfter 60 x 60 mm
• Voltmeter
• Akku
• Zubehör/ Kleinkram

Der einfache Blockschaltplan sieht dann so aus:

Das Equipment sollte auf einem Chassis montiert werden, das in den Koffer eingeschoben werden kann. Weil ich keine Werkstatt für den aufwendigen Bau des Chassis besitze, habe ich das Chassis aus Holz angefertigt.

Es wurden 10x10mm Holzleisten und ein Stück MDF-Platte (Presspappe) für den Bau des Chassis verwendet. Die MDF-Platte wurde mit schwarzen Stoff bezogen. Zum Beziehen habe ich UHU-Por verwendet, mit dem ich schon mal gute Erfahrungen beim Beziehen gesammelt habe.

Da beim Senden, auch mit nur 50 Watt (siehe oben) schon etwas Wärme entsteht, habe ich mir etwas Gedanken über die Belüftung der Geräte gemacht und leite die Luft entsprechend durch den Koffer. Die Luftein- und austritte habe ich mit Fliegengitter ausgeführt. Eventuell muss hier noch etwas nachgebessert werden.

Die Stromzuleitungen der Funkgeräte habe ich aufgetrennt und mit Steckverbindungen versehen. Hierfür habe ich XT 60 Steckverbindungen, die ich aus dem Modellbau kenne, verwendet. XT 90 Steckverbindungen sind aus heutiger Sicht bei der Handhabung besser.Dadurch kann ich die Funkgeräte weiter im ein- und ausgebautem Zustand verwenden.

An der Frontplatte wurden zwei Antennenanschlüsse (PL- und N-Durchführungen) eingebaut und mit den Funkgeräten verbunden.

Alles passte soweit an seinen Ort. Lediglich ein paar Teile fehlten noch. Voltmeter und Spannungsregler waren noch unterwegs.

Weil der Spannungsregler noch auf dem Weg war, habe ich für den ersten Test den Koffer mal an ein Netzteil angeschlossen.Es roch nicht nach Strom und die Geräte ließen sich anschalten.

Nachdem die restlichen Teile dann angekommen waren, konnte der Koffer fast fertig gestellt werden. Jetzt waren mir nur die XT60-Stecker / -Buchsen ausgegangen um einen gebrauchten Akku in Betrieb zu nehmen und die Stromversorgung für den Lüfter herzustellen.

Die fehlenden XT60 Stecker und Buchsen sind eingetroffen und ich konnte die restlichen Steckverbindungen fertigstellen und den existierenden Akku von einen meiner Flugzeuge mit einer XT60 Buchse versehen.

Der Koffer ist jetzt fertig für die ersten Tests. 

Wenn die ersten Test erfolgreich verlaufen werde ich mir auch einen neuen ersten Akku kaufen. Ich werde dann mal mit einem 3S, 5000mAh - Lipo - Akku anfangen. Ein entsprechendes Ladegerät dafür befindet sich bereits in meinem Bestand.

Für den Portabelbetrieb brauchte es noch Antennen nebst Zubehör. Zuerst werde ich mich mit dem 80m- und dem 10m-Band beschäftigen und möchte einen Dipol in die Luft werfen. Dafür habe ich mir einen Balun gegönnt.

Den Balun habe ich mit den Kabeln für oben genannte Bänder versehen.

Für das 70cm-Band kommt ein selbst gebauter Sperrtopf zum Einsatz.

Für das Aufstellen des vorhandenen GFK-Mastes verwende ich eine Einschraubbodenhülse.

Alles weitere Zubehör findet im einem weiteren Koffer seinen Platz.

Abstimmung

Zum Abstimmen der Antenne habe ich die Antenne bei uns in der Gemeinschaftsgartenanlage aufgebaut und mit dem NanoVNA ausgemessen.

Der Draht musste für 80m um knapp 2m gekürzt werden. Auf 10m passte die Länge.

Mit meinem GFK-Mast bin ich nicht zufrieden. Wenn ich häufiger mal portabel funke, werde ich wohl einen dickwandigeren kaufen.

Ansonsten verlief der erste Test unter Fieldday-Bedingungen  erfolgreich.

Gruß, Klaus

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Helically Wound Magnetic Loop Antenna

(Spiralförmig gewickelte magnetische Loop Antenne) 

Um zumindest etwas auf Kurzwelle aktiv sein zu können, habe ich beschlossen eine magnetische Loop für 10m und eventuell 15m zu bauen, die dann zeitweise auf dem Balkon aufgebaut werden kann.

Die "normale" 80cm Loop ist mir etwas zu groß. Deswegen habe ich beschlossen sie kleiner zu bauen. Weil der Wirkungsgrad von der "helically wound loop" besser sein soll, habe ich diese Ausführungsvariante gewählt.


Planung

Also habe ich mich etwas schlau gemacht und mal geschaut wie andere OMs diese Antenne umgesetzt haben. Dokumentationen gibt es hauptsächlich von den amerikanischen OMs. Diese haben die Antenne häufig aus PVC-Rohren in Achteckiger Form gebaut.

Bei uns im Baumarkt konnte ich die verwendeten Rohre nicht finden. Deswegen habe ich beschlossen sie aus Rohrisolierung oder "Schwimmnudeln" zu bauen.

Dann habe ich eine kleine Stückliste für die eigentliche Antenne zusammengestellt.

Zusätzlich habe eine Stückliste für die Fernabstimmung der Antenne aufgestellt. Die Fernabstimmung erfolgt mit einem Arduino und einem Servo.

Aus anderen Projekten hatte ich schon einige Teile im Bestand.


Antennenbau

Die Antenne habe ich aus zwei 1m Rohrisolierungen und zwei 10cm HT-Rohr-Stücken zusammen gesetzt.

Für die PL-Buchse habe ich ein Loch in das HT-Rohr gebohrt. Danach habe ich den Antennenkörper mit der Kupferfolie bewickelt und die PL-Buchse angelötet.

Die gewickelte Antenne habe ich auf einem Holzstab montiert und den Drehkondensator an die Kupferbandenden angelötet.

Den 130pF Drehkondensator hatte ich zuvor auf ca. 30pF umgebaut. Hier gibt es dazu eine kleine Anleitung.
Meiner sah danach so aus.

Die Einspeisung erfolgt mit einem Gamma-Match. Diesen habe ich mit 2,5 mm2 Kupferdraht gebaut, aber zuvor die richtige Länge mit einem Krokidilklemmenkabel ermittelt.

Hiermit ist der Bau der eigentlichen Antenne abgeschlossen.



Bau der Fernabstimmung

Für eine komfortable Abstimmung der Antenne erfolgte der Einbau eines Standardservos mit einer Gelenkwelle.

Der Anschluss des Servos erfolgt mit einem CAT6-Kabel (Ethernet).
Zur Abstimmung wird ein Arduino mit ein paar Zeilen Programmcode verwendet. 

Die notwendigen Komponenten wurden in ein Gehäuse eingebaut.

Mit der Abstimmung der Antenne auf zwei Frequenzen und Übertragung der Einstellwerte in den Programmcode konnte die Anzeige grob kalibriert werden.

Test der Antennenabstimmung.

Damit ist der Bau der Antennenabstimmung abgeschlossen.



Antennenverkleidung

Es erfolgte die Verkleidung der Antenne mit einer "Untertapete" / XPS-Platten. Das Material lässt sich sehr gut mit einem Cutter bearbeiten. Klebungen erfolgen mit UHU-Por. Alternativ geht auch wasserfester Holzleim, Pattex 100% oder ähnliche.
UHU-Por ist ein Kontaktkleber und haftet nach 10 minütiger Ablüftzeit sofort.

Ein paar Versteifungen in der Mitte können nicht schaden.
So sieht die Antenne fertig verkleidet aus.

Die Antenne wurde als Smiley dekoriert. Somit ist sie ein Dekorationsgegenstand für meinen Balkon. Als anständige Antenne bekommt sie auch einen Namen: "Big Grin Loop".

Alternativ kann man die Antenne auch mit GFK-Matten laminieren, wie die Modellbauer es gelegentlich mit ihren Modellen machen.

Der Holzmast wurde so modifiziert, dass er in ein HT-Rohr DN50 gesteckt werden kann.

Das dazugehörige HT-Leerrohr wurde am Balkongeländer mit Kabelbindern befestigt.

Antennentest

Die Antenne ist so von 15m bis 10m zu verwenden. Das SWR lag bei ca. 1,1 und die Antenne wurde nach bestem Empfang abgestimmt. Nach der Abstimmung muss der Arduino abgeschaltet werden, weil der Arduino auf Kurzwelle stört und weil beim Senden der Arduino zumindest auf 10m ausfällt. Auf 15m spielt er weiter.
Klappferrite habe ich bereits eingebaut, aber vielleicht muss ich den Arduino auch in ein Blechgehäuse einbauen.

Alternativ zum Arduino werde ich in Zukunft einen Servotester ausprobieren. Es entfällt dann die Frequenzanzeige (geschätzt), aber das kann man auch verkraften.

Subjektiv spielt die Antenne sehr gut. Eine Ortrunde auf 10m war sehr gut mit zu verfolgen.
Signal aus EA waren heute mit S7 zu hören.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist, dass die Antenne breitbandiger ist als bei herkömmlicher Bauweise. 
Bei einem maximalen SWR von 2 hat die Antenne auf 10m eine Bandbreite von 400kHz!


vorläufiges Fazit

• Das CAT6-Kabel aus dem Baumarkt ist zu steif. Hier ist das aus dem Computerfachhandel zu bevorzugen.

• Damit die Antenne auch auf 20m spielt, sollte man mit dem Kondensator auf 50pF gehen.
• Für die Abstimmung muss noch eine Einstrahlungssichere Alternative gefunden werden (Servotester?).

Links
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