Bau einer Groundplane Antenne für das 2m-Band

Es gibt unzählige Antennendesigns. Auschlaggebend für meine Entscheidung eine Groundplane zu bauen:

- der Bau ist relativ simpel (massenweise Anleitungen im Internet)
- die Kosten sind überschaubar, ca. 10€
- kompakt und zerlegbar
- unsymetrisch und damit problemlos via Koaxkabel ohne Balun betreibbar

Materialliste:

5x Messingrohr Ø = 4mm, 490mm Länge
1x SO-239 UHF-Einbaubuchse für Flanschmontage
4x M3x6 Zylinderkopfschrauben + Muttern
ca. 40cm Installationsrohr DN20
Schlauchschelle passend für Ø = 20mm
Kabelbinder

Berechnung:

Die Grundlagen der Groundplane sind sehr gut in [1] Rothammels Antennenbuch (ISBN 978-3-88692-065-5), 13. Auflage, Seite 703f erläutert.
Das 2m-Band für den Amateurfunk in Deutschland umfasst den Bereich 144,000 MHz - 146,000 MHz. Da ich mit der Antenne hauptsächlich stationär über das lokal erreichbare FM-Relais DB0UT arbeiten möchte, wird die Antenne auf die Eingabefrequenz des Relais berechnet:
145,175 MHz.

Bei der Groundplane kommt ein λ/4-Strahler zur Anwendung. Vier λ/4-Radials bilden das Gegengewicht und "Erd-Ersatz". Bei einem Winkel der Radials vom 135° zum Strahler ergibt sich der notwendige 50Ω Eingangswiderstand.
Bei 145,175 MHz beträgt  λ/4 = 517mm.
Da in Metallen die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen geringer ist als im Vakuum, ist die reale Strahlerlänge um den sog. Verkürzungsfaktor (VKF) geringer als λ/4.
Der VKF ist abhängig vom Schlankheitsgrad der Antenne, also vom Verhältnis λ/Ø.
Bei λ/Ø = 517 ergibt sich gemäß Diagramm auf [1] S. 117 ein VKF = 0,948.
Die Strahlerlänge ist somit λ/4 * VKF = 490mm.

Umsetzung:

In dieser Länge habe ich 5 Stäbe aus 4mm Messingrohr zugeschnitten. Den  Strahler konnte ich direkt auf den Lötanschluss der UHF-Buchse stecken. Zum Verlöten habe ich mit einer Dreiechsfeile eine Kerbe bis zum halben Durchmesser tief ins Rohr gefeilt. So konnte sich beim Löten das Lötzinn ins innere des Rohres verteilen und mit dem Lötanschluss der Nuchse verbinden.

 

Die Radials werden mit M3 Schrauben direkt mit dem Flansch der UHF-Buchse verschraubt. Auf Löten habe ich hier verzichtet, das sich die Antenne somit leicht demontieren und transportieren läßt. Da die Radials nicht bis zur Mitte der Buchse reichen, müssen sie etwas gekürzt werden. Ich habe dies jedoch erst nach einer provisorischen Verschraubung ausgemessen und dann die Länge  entsprechend angepasst (ca. 10mm).

 

Die Enden der Rohre für die Radials habe ich im Schraubstock über eine Länge von ca. 10mm flach gequetscht und dann mittig eine 3,2mm Bohrung angebracht.

Dann habe ich die Radials provisorisch mit dem Flansch verschraubt, um die genaue Länge von 490mm ab Strahlermitte zu ermitteln und die Radials dann entsprechend zu kürzen.

Anschließend erfolgte die Endmontage und das Umbiegen auf 135°. Dazu habe ich mir eine Schablone aus Pappe angefertigt.

Ein Stück Installationsrohr dient der vertikalen Befestigung der Groundplane. DN20 hat einen Innendurchmesser von 18mm, was etwa dem Außendurchmesser eines PL-259 UHF-Steckers entspricht.

Zur besseren Fixierung habe ich das Rohr längs eingesägt. Eine passende Schlauchschelle sorgt für eine feste Verdung zwischen Rohr und Stecker.

Abschließend wurde das Rohr mit 3 Kabelbindern an einer Staffelei auf dem Dachboden befestigt. Für eine dauerhafte Installation wird sich sicher noch eine bessere Montagemöglichkeit bieten.

Vorerst bin ich jedoch schon mal QRV auf 2m und kann via Relais DB0UT arbeiten.

Bau einer künstlichen Antenne

Seit dem letzten Post ist ein halbes Jahr ins Land gegangen. Keine untätige Zeit, denn ich habe die Amateurfunkprüfung Klasse E abgelegt und darf nun unter dem Rufzeichen DO7CMA auf den zugelassenen Bändern als Funkamateur tätig werden.

Daraus ergeben sich natürlich auch neue Betätigungsfelder im Elektronikbereich. Und so baute ich als erstes

... eine 160 Watt Dummy Load.

In der Regel strahlt ein Sender seine Nennleistung über eine Antenne ab. Im Amateurfunk sind festgelegte Betriebsregeln einzuhalten, wie z.B. das Begrenzen unerwünschter Aussendungen auf ein Minimum.
Möchte man Messungen am Senderausgang vornehmen, empfielt sich daher der Einsatz einer künstlichen Antenne, also einer Ersatzlast (engl. = dummy load). Die maximal mögliche Ausgangsleistung des Endverstärkers erreicht man bei Leistungsanpassung. D.h. Innenwiderstand des Verstärkers und der der Last sind identisch.

Amateurfunksender haben üblicherweise eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω. Diesen Wert soll auch der Dummy Load haben. Die Eigenkapazität und -induktivität sollte möglichst gering sein. Der Einsatz von Drahtwiderständen scheidet daher aus. 
Die preiswerteste Möglichkeit bietet sich durch die Parallelschaltung von Metallschichtwiderständen. So ergeben 54 parallelgeschaltete Widerstände mit R = 2k7 und P = 3 W die benötigten 50 Ω und eine Nennleistung von 162 W.

Materialliste:

54x Metallschichtwiderstände 2k7, 3 W, 5%   (ca. 13 €)
1x  doppelseitig Cu-beschichtetes Basismaterial 160 x 100 mm (2,20 €)
1x einseitig Cu-beschichtetes Basismaterial 75 x 100 mm (1 €)
1x SO 239 Einbaubuchse (0,50 €)
4x M3x10 Flachkopfschrauben inkl. Muttern und Unterlegscheiben
ca. 40 cm Silberdraht oder Kupferdraht.

Aus dem beidseitig beschichteten Basismaterial habe ich folgende Teile Ausgeschnitten:

Zum verdeutlichen der weiteren Schritte, hier schon mal das Endergebnis:

Die Widerstände werden beidseitig im Zick-Zack angeordnet, so bleibt die Induktivität gering.
Als Bohrschablone habe ich eine gleichgroße Lochrasterplatine benutzt und mit etwas Klebeband fixiert.

Zum Trennen von Masse und Mittelleiter habe ich einen etwa 1 cm breiten Streifen der Cu-Beschichtung abgefräst. Es wäre einfacher gewesen, eine entsprechende Vorlage zu erstellen und die Aussparungen wegzuätzen.

Es folgt das beidseitige Bestücken:

Anschließend können die beiden Teile ineinander gesteckt werden. Man erkennt oben die Aussparung für den Mittelleiter der SO 239 Buchse.

Es fehlt noch die Deckplatte, die ich aus einfach beschichtetem Material ausgeschnitten habe. Mittig erhielt die Platte eine 10 mm Bohrung. Die vier 3,2 mm Löcher zum Befestigen der Buchse habe ich erst zum Schluss durch die Befestigungslöcher der Buchse gebohrt.

Damit die Buchse bündig mit der Deckplatte an der Unterseite abschließt, musste ich eine ca. 3 mm dicke Unterlage für die Buchse herstellen. Dazu habe ich ein Stück Kupfer (flach geschlagenes Kupferrohr) mit den Maßen 28 x 28 x 3 mm udn einer mittigen 16 mm Bohrung hergestellt. 

In den Ecken befinden sich noch jeweils vier 1 mm Bohrungen, zwei jeweils im Abstand einer Leiterplattendicke. Sie dienen später zum befestigen an den Widerstandsplatten und als Masseverbindung.

 Am Mittelleiter der SO 239 Buchse habe ich vier Silberdrähte verlötet und so auseinander gebogen, dass beim Aufsetzen der Widerstandsplatten in jeden Quadranten ein Draht zu liegen kommt.

Durch die Löcher in den Ecken kam ein Stück Silberdraht in Form eines Bügels, dessen Enden jeweils auf einer Seite der Widerstandplatte zum Liegen kam und dort verlötet wurde. Damit war die Masseverbindung hergestellt.

Abschließend wurden die Innenkanten mit dem Silberdraht des Mittelleiters verlötet. Damit waren die Widerstandsplatten mechanisch und elektrisch stabil verbunden.

Eine dreiminütige Belastung mit 100 W führte zu einer Temperatur von ca. 40 °C an den Widerständen. 
An der Buchse war ein Widerstand von 49,9 Ω  zu messen. Sobald ich ein passendes Weißblechgehäuse aufgetrieben habe, erhält der Dummy Load noch eine Auskopplung, um Messgeräte (z.B. zur Modulationsmessung) anzuschließen.

Reparatur Miele G646SC PLUS: kleine Dichtung, große Wirkung

Wie im letzten Fall (Reparatur Miele G646SC PLUS) hörte die Maschine nicht mehr auf abzupumpen. Wieder gab es zwei Möglichkeit: defekter Schwimmerschalter oder Wasser im Auffangbecken wegen einer Undichtigkeit.
Also, wieder Maschine ausbauen, öffnen und nachschauen.


Ergebnis: Wasseraustritt - trockenlegen und ab in die Werkstatt.

Das Wasser trat an einem Magnetventil am Wassereinlauf aus. 

Durch Lösen des oberen und unteren Schnappverschlusses und Abziehen der Verkabelung, kann das Ventil vorsichtig horizontal herausgezogen werden.

Die Dichtung und auch der Dichtungssitz wiesen Ablagerung auf, die erst mal entfernt wurden. Aber das verursachte nicht die Undichtigkeit, denn nach dem Einsetzen des gereinigten Ventils trat noch mehr Wasser aus.

 

Entweder war die Dichtung im Laufe der Zeit geschrumpft oder das Gehäuse hatte sich unter dem ständigen Druck gedehnt. Eine neue Dichtung musste beschafft werden. Die Maße der Dichtung waren etwa 10 x 3 mm. 

Bei diversen Miele Ersatzteilhändlern im Netz habe ich jedoch keine einzelne Dichtungen dieser Art finden können. Magnetventile mit Dichtung kosten weit über 100 € und schieden daher aus.

Es lohnte sich, nach  Dichtungsherstellern oder -händlern zu suchen. Fündig wurde ich bei der Firma IR Dichtungstechnik, die vorteilhafterweise auch in Kleinmengen und ohne Mindestbestellwert liefert - sehr sympatisch!

Da es schwierig ist, die notwendigen Maße einer neuen Dichtung zu ermitteln, habe ich je 2 Dichtungen (falls eine beim Testen kaputt geht) verschiedener Größen, knapp oberhalb von 10 x 3 mm bestellt. Keine große Investition, da es nur Cent-Artikel sind. Wichtig ist, beim Material auf den Temperaturbereich zu achten. Der Spülgang mit der höchsten Temperatur ist mit 75°C angegeben.

Passend war eine Dichtung mit den Maßen 10 x 3,5 mm (links, rechts die alte Dichtung):

Nach dem Einpassen des Ventils und Anstecken der Verkabelung, zeigte ein mehrere Probe-Spülgänge bei geöffnetem Gehäuse, dass die Verbindung nun wieder dicht ist.

Die meiste Arbeit war mal wieder, die Maschine in die Küchenzeile einzubauen.
Die Kosten der diesmaligen Reparatur - falls ich die zu viel gekauften Dichtungen nicht mehr brauche: 4,80 €.

Festspannungsnetzgerät 5 V und ±12 V

Während der Entwicklung analoger oder digitaler Schaltung braucht man oft nur feste Spannungswerte bei der Stromversorgung. Bei Microcontrollern nutze ich meist 5 V, bei analogen Schaltungen 12 V, bei Operationsverstärkern auch gerne mal symetrische Spannungen, also ±12 V.

 
Eine Entwicklung mit 5 V und  ±12 V nahm bisher zwei meiner einstellbaren Labor-Netzgeräte in Beschlag: ein Farnell LT30-2 für die ±12 V und ein EA-3004 für die 5 V.

Um den Aufwand zu senken, brauchte ich ein Festspannungnetzgerät. 

Anforderungen: 
- Festspannungen: 5 V und  ±12 V
- Strom: min. 1 A bei 5 V und 12 V und min 0,5 A bei -12 V
- kompakte Abmessungen

Kompromisse:
... ergeben sich aus der Forderung kompakter Abmessungen. Das Gerät soll in einem Alu-Schalengehäuse untergebracht werden, mit Innenabmessungen von ca. 100 mm x 160 mm x 50 mm. Auf der Frontplatte ist kein Platz für Anzeigeinstrumente, um z.B. den Strom zu kontrollieren. Das Netzteil muss demnach gegen Überlastung geschützt sein.
Eine lineare Regelung wäre schwierig im Gehäuse unterzubringen. Durch die drei geforderten Spannungen, wären entweder 2 Trafos notwendig gewesen oder der 5V Linearregler hätte sehr viel Energie in Wärme umsetzen müssen, was entsprechende Kühlmaßnahmen voraussetzt.

Nach Abwägung von Anforderungen und Kompromissen entschied ich mich für ein Open-Frame-Schaltnetzteil: Artesyn LPT42. Es liefert bei 5 V bis zu 4 A, bei 12 V bis zu 2 A und bei -12 V die geforderten 0,5 A, und das bei passiver Kühlung.

Bei der Frontplattengestalltung habe ich auf die bewährte Technik mit aufgeklebten, laminierten Farbausdruck gesetzt:

Beim Verkabeln habe ich die Leitungen zur Frontplatte etwas länger gelassen, damit die Frontplatte abnehmbar bleibt, ohne das gesamte Gehäuse zu demontieren.

Das Netzteil fordert laut Datenblatt ein Mindestlast von 0,4 A an 5 V, damit die Regelung arbeiten kann. Da es normalerweise nicht für meine Art der Anwendung gedacht ist, sondern zum Einbau andere Geräte, die diese Grundlast bereits liefern, musste ich einen "Dauerverbraucher" in Form eines Leistungswiderstandes einbauen. Wie sich herausstellte genügen auch rund 0,2 A, die durch einen 22 Ω/5W entnommen werden.

Vor dem Verschließen des Gehäuses, habe ich noch die Ausgangsspannung abgeglichen.

Hier die Ergebnisse:

Zur besseren Wärmeabfuhr ist das obere Gehäuseblech als Lochblech ausgeführt. Der Effekt wird durch einen Berührungsschutz gegen Hochspannung im hinteren Gehäusebereich geschmälert. Dort habe ich eine dickere Kunststofffolie eingebracht, um unbeabsichtiges Berühren netzspannungsführender Teile zu vermeiden.

Lasttest:

Als Last dienen mir zwei KFZ-Leuchtmittel.
Eine 21 W Birne belastet den 12 V-Ausgang mit ca. 1,6 A und lässt die Spannung auf 11,4 V sinken.
Eine H1-Leuchtmittel - Abblend- und Fernlicht habe ich verbunden - belasten den 5 V-Ausgang mit 5,5 A und lassen die Spannung auf 4,87 V sinken.

 

In Summe wird das Netzgerät damit mit 46 W belastet. Das sind 6 W mehr, als das Datenblatt für eine passive Kühlung empfielt. 
Die Temperatur im Inneren steigt dabei binnen 10 Minuten von ca. 20°C knapp 60°C und blieb dann nahezu konstant.

 

Eine Messung der Restwelligkeit ergab 50 mV bei 5 V und 120 mV bei 12 V und lag damit Rahmen der Angaben des Datenblattes.

Die elektrischen Anforderungen sind damit mehr als erfüllt. Einem Betrieb mit den geforderten Belastungen sollte nichts im Wege stehen.
Die äußeren Abmessungen von 102 mm x 200 mm x 70 mm erfüllen ebenfalls meine Anforderung der Kompaktheit.