Automatisch anzeigender SWR- und Leistungsmesser

Im FUNKAMATEUR 9/2007 hat Kurt, DL5MEA, ein präzises SWR-und Leistungsmessgerät vorgestellt. Das hat mir sehr imponiert und ich habe es nachgebaut. Die Anzeigeeinheit ist genial; vor allem die Möglichkeit, bei veränderlicher Zeitkonstante die mittlere und die PEP-Leistung beurteilen zu können, kommt mir bei meinen Vergleichen der unterschiedlich prozessierten SSB-Signale sehr entgegen. Der Software-Download war mir allerdings etwas zu kompliziert. Daher hat mir Kurt freundlicherweise die Software auf mein fertiges Board aufgespielt; danke Kurt!

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In der Vergangenheit habe ich bereits mehrere transformatorische Richtkoppler gebaut - siehe dazu sowohl alle meine Endstufen- als auch die QRP-Projekte -, daher wollte ich anstelle der von Kurt vorgeschlagenen Version eine eigene Lösung realisieren.

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Ich habe etwas kleinere Kerne verwendet, dafür aber ein Kernmaterial sehr viel höherer Permeabilität gewählt. Auch habe ich eine streng symmetrische Anordnung mit sowohl gleichen Wicklungen, als auch gleichen Kernen vorgesehen. Um zusätzlich die Windungszahlen zu erhöhen, wurde ein 30-dB-Koppler realisiert. Als Kerne verwende ich FT-50-43 mit jeweils 30 Windungen 0,45 CuL. Die Windungen werden auf 300 ° des Kernumfangs sauber verteilt. Anstelle von Koaxkabelstücken habe ich zwischen die Buchsen des Kopplers sorgfältig bearbeitete Stücke von 3,8 mm Semi-Rigid-Kabel eingesetzt. Die Trafos sitzen sich, auf Kunststoffröllchen aufgedrückt, dabei nicht direkt gegenüber, sondern an den Stellen, wo sich die kürzesten Verbindungen für die Drahtanschlüsse an der jeweils anderen Leitung ergeben. Die Schirmwand zwischen den Leitungen ist aus dünnem Blech, in das in vier Bohrungen kleine Teflonbuchsen gepresst sind, die ich durch Herausziehen des Stifts aus Teflon-Lötstützpunkten gewonnen habe. Das wichtigste ist aber nicht nur die kapazitive Kompensation der Streuinduktivität des Trafos auf der Koppelleitung mittels kleiner Trimmer, sondern auch die Kompensation der Hauptleitung Tx-Antenne!

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Der Richtkoppler wurde nach dem Aufbau und Abgleich unter geeichten Messbedingungen geprüft und ein Frequenzgang von weniger als 0,05 dB von 1,5 MHz bis 50 MHz festgestellt. Das ist sehr ordentlich. Die dabei eingesetzten Trimmer an Hauptleitung und Koppelleitung habe ich anschließend durch Festkondensatoren ersetzt. Dann wurde zur Kontrolle nochmals gemessen. Kapazitäts-Toleranzen von etwa 0,5 pF sind zulässig, ohne das Messergebnis merklich zu beeinflussen. An der Hauptleitung habe ich auf der einen Seite 5,6 pF/500 V eingesetzt, auf der anderen wären 1,6 pF erforderlich gewesen. Mein Glimmersortiment beginnt aber erst bei 4,7 pF. Also habe ich an der Stelle ebenfalls ein Stück Semi-Rigid-Leitung als hochspannungsfesten Kondensator verwendet. Auf dem Bild ist er oben rechts zu erkennen.

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Die Kondensatoren an der Nebenleitung habe ich mit Werten eingesetzt, die etwa 1 pF geringer sind als die Werte der Trimmer an der jeweiligen Stelle. Das ist damit begründet, dass die anschließend einzubauenden Abschlusswiderstände und die Detektordiode ebenfalls eine geringe Kapazität zur umgebenden Masse besitzen. So sollte die Gesamtkompensation möglichst nicht verändert/verschlechtert werden. Nach der Fertigstellung wurde die Gesamtanordnung geprüft. Leider stand zur Kalibrierung nur mein mit einer Genauigkeit von 5 % angegebener Bird-Leistungsmesser zur Verfügung. Allerdings konnte ich mittels unterschiedlicher Einsätze ein glaubhaft stimmiges Mittel der Leistungsanzeige einstellen. Dabei erschien tatsächlich die Genauigkeit der Anzeige des neuen Instruments über der Frequenz besser zu sein als die des Bird. Wichtig war noch der Leistungstest. Mit dem IC-756 Pro3 in CW mit Dauerpunktfolge und der Collins 30L-1 auf 3,7 MHz wurde eine PEP-Leistung von 720 W eingestellt (mehr ging nicht!). Nach mehrminütigem Dauerbetrieb wurden die Temperaturen der Kerne im Koppler mit einem Infrarotthermometer gemessen. Nach dieser für meine Verhältnisse - ich mache ja fast ausschließlich SSB - maximalen Belastung wurde der Spannungstrafo etwa 50 ° warm. Das ist ein sehr gut brauchbares Ergebnis!

Es ist wirklich ein Gewinn, Leistung, Anpassung und Prozessorfunktionen über den überwiegend benutzten Frequenzen mit guter Genauigkeit ständig im Auge behalten zu können. Übrigens ist die Anzeige so schnell/trägheitslos, dass ohne Weiteres das Überschwingen der Ausgangsleistung von Transceiver und Pa bis zum Reagieren der ALC beobachtet werden kann! Ein absolut empfehlenswertes Projekt.

Ab Leistungen von etwa 500 W scheint der Leistungsmesser etwas weniger anzuzeigen. Diese Abweichung kann nur durch die Sättigung der kleinen Ringkerne entstehen. Daher habe ich noch eine etwas massivere Ausführung mit größeren Ringkernen gebaut.

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Dieser Richtkoppler wurde ebenfalls so kapazitiv kompensiert, dass er eine Abweichung der Koppeldämpfung zwischen 1,5 MHz und 52 MHz von weniger als +/- 0,03 dB aufweist. Die Richtschärfe ist dabei >55 dB. Die Buchsen an der Koppelleitung benötigt man übrigens nur zur Kompensation/Kalibrierung des Richtkopplers. Wenn die Abschlusswiderstände und die Dioden eingebaut sind dienen sie lediglich als Lötstützpunkte. Die Ringkerne des größeren Kopplers werden übrigens bei höheren Leistungen kaum messbar warm. Sie haben 20 mm Durchmesser und stammen von Würth Elektronik. Sie bestehen aus dem Material 3W800 mit einer geringfügig höheren Permeabilität als das Material 43 von Amidon.

Ich habe mit dem Milspec und der L-4B getestet. Dabei habe ich die Anzeige des Leistungsmessers mit dem neuen Koppler mit dem Leistungsmesser aus dem 1,5-kW-Antennenkoppler, der Anzeige der L-4B und verschiedenen Bird-Einsätzen zwischen 100 W und 1 kW verglichen. Die Interpolation aus den verschiedenen Werten zeigt mit diesem Koppler jedoch keine leistungsabhängige Abweichung mehr.

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Hier nochmals die Schaltung des Leistungskopplers. Die praktische Ausführung ist exakt wie die Schaltung rotationssymmetrisch auszuführen bei gleichem Wickelsinn der Sekundärwicklungen. Zwischen den Ringkernen ist eine Abschirmwand anzubringen. Die Kompensationskondensatoren sind so zu bestimmen, dass sich eine möglichst konstante Koppeldämpfung über dem gewünschten Frequenzbereich bei höchstmöglicher Richtschärfe ergibt. An der Hauptleitung sind Kondensatoren mit wenigstens 500 V Spannungsfestigkeit einzusetzen.

Soll der Koppler nur für den Kurzwellenbereich bis 30 MHz eingesetzt werden, dann ist die Abweichung der Koppeldämpfung ohne Kompensation max. 0,5 dB. Diese Genauigkeit reicht z. B. für den Einsatz als SWR-Meter völlig aus. Dann hat der Koppler den Vorteil, dass er nach dem Aufbau sofort und ohne jeglichen Abgleich einsatzbereit ist.