Projekt automatischer Antennentuner mit Mikrocontroller

  • Hallo OM's,
    nachdem mein DiscoRedTRX auf Basis des Red Pitaya ca. 8 Watt erzeugt, die von der Eigenbau- PA auf 300 Watt verstärkt werden können, benötige ich einen neuen Koppler, um diese Leistung auch an die Hühnerleiter zu bekommen. Ich habe mich zum Eigenbau entschlossen.
    Anregungen konnte ich aus den Beschreibungen und Schaltbildern der Antennenkoppler von DL1SNG, DL4JAL und des SGC230 entnehmen. Im Folgenden möchte ich den Verlauf dieses Projektes beschreiben.


    Vorüberlegungen:
    - Es wird ein unsymmetrischer Koppler, dessen L- und C- Glied mit Relais umgeschaltet werden. DL4JAL hat mit diesem Prinzip gute Erfahrungen gemacht. Die notwendige Unterdrückung von Gleichtaktströmen übernehmen Balun's.
    - Am Anfang steht die Messung. Es werden Vor- und Rücklaufspannung mit einem Stockton- Koppler gemessen, außerdem der Antennenstrom und dessen Phase. Nicht zu vergessen die Frequenz. Daraus soll der Mikrocontroller die Einstellwerte für L und C berechnen.
    - Es werden bistabile Relais mit je 2 Spulen verwendet, die ohne Ruhestrom auskommen.
    - Als Mikrocontroller- Baugruppe kommt ein CY8CKIT-059 (ca. 10€) zum Einsatz, (weil man damit hohe Flexibilität bekommt, und weil ich mit der Programmierung vertraut bin.)


    Mit dem Bau der Sensorbaugruppe habe ich angefangen, siehe Schaltskizze.
    Die Sensorbaugruppe habe ich im "ugly stile" sowohl aus Lochrasterplatine als auch mit SMD- Bauelementen bestückt.
    Da die Spulenachsen gegeneinander um ca. 90 Grad versetzt sind, arbeitet der Stockton- Koppler auch ohne Abschirmung. Rechts der SA612 auf einer Adapterplatine, unten die Prozessorbaugruppe (noch nicht angeschlossen)
    Die beiden Ausschnittbilder zeigen die kleinen Platinchen etwas deutlicher.

  • Erst dachte ich : CY8CKIT WTF ?!
    Dann ah.. ein ARM.. ziemlicher overkill.. Und dann :

    Quote

    und weil ich mit der Programmierung vertraut bin.


    Das Argument kann ich absolut nachvollziehen !
    Ich muss mir das mal genauer ansehen.. Das Kit sieht ja sehr interessant aus.


    Beim Sensor : Viel Spass !
    Ich habe da in der Vergangenheit auch mit ähnlichen Schaltungen experimentiert.
    Vergiss nicht, das 5Watt was anderes sind als 300Watt.
    Die 3 15pf Kondensatoren die an den Punkt "Frequenz" enden, machen sicherlich Deinen Controller bei 300Watt "Klein schwarz und hässlich".


    Ich hätte übrigens für den Phasenvergleich noch eine Idee die ich noch nicht probiert habe:
    Mittels EXOR Gatter.


    http://www.hobbyelektronikwerk…l/pll-phasenvergleich.php


    Also mit 2 Übertragern misst man Strom und Spannung, jage diese über 2 schnelle Komperatoren, und dann geht man auf nen XOR baustein.
    Dabei macht man das ganz nicht so empfindlich, das der Koppler sich ggf auf eine Nachbarstation automatisch abstimmt..

  • Hallo Jan,
    Danke für Deine kritischen Anmerkungen!

    Die 3 15pf Kondensatoren die an den Punkt "Frequenz" enden, machen sicherlich Deinen Controller bei 300Watt "Klein schwarz und hässlich".

    Meine Überlegungen dazu waren: 300 Watt an 50 Ohm entsprechen ca. 123 Volt effektiv, macht bei 30 MHz und 5 pF an den Dioden maximal 123 mA. Die BAT43 kann maximal 200 mA vertragen. Es sollte also nicht allzu schnell "rauchen".


    Aber Du hast mich auf einen anderen Gedanken gebracht: Ich könnte auch den Spannungstrafo 1:44 nutzen, um einerseits die Frequenzanzeige anzukoppeln und andererseits den Phasendetektor (SA612) anzusteuern. Das Ganze wäre dann weit weniger frequenzabhängig.


    Noch ein paar Bemerkungen zum CY8CKIT- 059:
    - Es sind 40 freie Ein/Ausgänge herausgeführt.
    - Da kein Schwingquarz verbaut ist, habe ich einen 24 MHz- Quarz extern angeschlossen,(im Foto auf der Zusatzplatine unten).
    - den zweiten PSoC5LP, der als Schnittstelle zum PC, für Programmierung und Programmtest dient, habe ich aus Platzgründen abgetrennt.
    73, Wolfgang

  • Quote

    Meine Überlegungen dazu waren: 300 Watt an 50 Ohm entsprechen ca. 123 Volt effektiv, macht bei 30 MHz und 5 pF an den Dioden maximal 123 mA. Die BAT43 kann maximal 200 mA vertragen. Es sollte also nicht allzu schnell "rauchen".


    Ja.. die ganze Rechnung gilt für den Fall, das der Koppler perfekt abgestimmt ist.
    Fällt aber während des Sendens ein Ast auf die Antenne.. kann das alles schon wieder ganz anders aussehen.


    Ich bin da mittlerweile etwas "ängstlicher" geworden... ;-)


    z.B. die Bistabilen Relais habe ich in meinem LDG100Plus Tuner gegrillt.
    Weil ich ihn auch wirklich mit fast 100Watt an einer kurzen Antenne betrieben habe.
    Und da die Spulen sich sehr nah an den Relais befinden, hat es das Streufeld doch tatsächlich geschafft, die Magnete etwas zu entmagnetisieren..
    Seit dem ist das nur noch ein LDG10Plus.. weil ab 10Watt mindestens ein Bistabiles Relais einfach wieder abfällt.. ;-)


    Ich habe mir übrigens auch mal überlegt einen Tuner zu basteln, aber aufgrund von der Erfahrung und weils billiger ist : mit normalen Relais.

  • Die Bestimmung der Phasenlage bereitet mir noch Kopfzerbrechen. Denn das Messverfahren muss zwischen induktiver und kapazitiver Last unterscheiden können. Und das geht bei direkter Multiplikation von I und U nicht: Maximum bei Null Grad Phasenverschiebung, gleiche Ergebnisse für + Alpha und - Alpha. Abhilfe könnte der im Beitrag
    http://www.hobbyelektronikwerk…l/pll-phasenvergleich.php erwähnte Frequenz- Phasendiskriminator im CD4046 bieten, aber der arbeitet nur bis ca. 2 MHz (bei 12V.)
    Aber wir haben noch den Mikrocontroller und etliche Induktivitäten/ Kapazitäten zur Verfügung. Man müsste z.B. eine relativ große Test- Kapazität in Reihe schalten und dann die Phasenänderung auswerten: Erhöht sich die Amplitude, so haben wir eine induktive Last, und umgekehrt. Das gilt aber nur außerhalb der Resonanzfrequenz. Da wir diese nicht kennen, muss also noch der umgekehrte Fall getestet werden, also Reihenschaltung einer (kleinen) Test- Induktivität.


    Im SGC230 wird das Problem viel einfacher gelöst: Man schaltet in Reihe zur Messspannung einen Kondensator 15 pF und gibt diese nunmehr phasenverschobene Spannung (nach Begrenzung durch ein Diodenpaar) auf einen Ringmischer, zusammen mit der Stromkomponente. (siehe Bild, entnommen aus (1)).


    (1) http://g3ynh.info/atu/sgc230.html



    Aber hier hätte ich bei 300W Bedenken...

  • Das Schaltbild kenne ich.. das geht wenn man auf der seite nachguckt, noch simpler.
    Statt Ringmischer, mit 2 Dioden.


    Aber egal... mich hats mal gereizt das auzuprobieren :
    [Blocked Image: http://www.hobbyelektronikwerkstatt.info/pll/images/upmode.gif]


    Also heute morgen beim Kaffee in LT-Spice gebastelt :


    Und ja.. das funktioniert !
    Aber erst nachdem ich die Strommessung "Phasenrichtig" gemacht habe.
    Logo..


    Die Schaltung habe ich mal phasi2.asc hier unten als "pdf" beigelegt.
    also einfach in .asc umbenennen.


    Nochwas : das könnte Dir auch passieren: Simuliert man als Last, abartige Werte, wie 50 pF.. dann liefert der Phasi ein falsches Ergebnis.
    Könnte bei Dir natürlich auch passieren.
    Das ganze deckt sich auch mit meinen Erfahrungen.. wo es sinnvoll ist, z.B. ne Magloop mit einem durch drehbaren Drehko abstimmen zu lassen.
    Nur so fängt sich das ganze dann ohne weitere elektronische Eingriffe.


    Jetzt juckt es mich doch schon dieses Prinzip mal auf ne Platine zu kriegen.
    Als Komperator, würde ich nen NE592 nehmen, der so schön billig ist.

  • So.. ich habe mir mal das Datenblatt vom HCT4046 http://www.ti.com/lit/an/scha003b/scha003b.pdf
    angeschaut.
    Der ist schnell genug.. und der 2 Phasenvergleicher müsste sogar brauchbar sein.



    Okay.. das klingt danach, als müsste ich den Lötkolben mal anheizen.
    Das ganze hat einen grossen Vorteil : Der "Messsonsor" muss nicht mehr so komisch aufgebaut sein, so mit Abschirmung am Ringkern, usw..
    Sondern könnte wunderbar auf einer PCB passen.
    Ausserdem ist er noch "in production" und das gefällt mir sehr gut.

  • Hallo Jan,
    leider muss ich Deinen Optimismus etwas bremsen. Der HCT4046 könnte für 30 MHz zu langsam sein.
    Auch meinen Ansatz mit dem SA612 werde ich zugunsten einer besseren Lösung verwerfen. Denn ich hatte mir das Ziel gestellt, auch mit 2 W noch automatisch abstimmen zu können.
    Nach vielem Simulieren und Lesen komme ich zu dem Schluss, dass ein SA612 für de Bereich 2W bis 300W nicht ausreicht, statt dessen aber ein AD8302 verwendet werden kann. In mehreren Antennenanalysatoren wird dieser Baustein verwendet.
    Wem das Löten zu schwierig erscheint, der kann (wie ich) auf fertige Module zurückgreifen:
    http://www.ebay.de/itm/AD8302-…945601:g:dVcAAOSwxH1UIsju


    Es gibt auch mehrere preisgünstige Angebote aus China.
    Man darf nur nicht vergessen, die beiden Eingänge des AD8302 mit Dämfungsgliedern zu versehen.
    Wenn man als Reserve 500W Maximalwert ansetzt, könnte man theoretisch auch noch mit 0,5W abstimmen.


    73, Wolfgang

  • Quote

    leider muss ich Deinen Optimismus etwas bremsen. Der HCT4046 könnte für 30 MHz zu langsam sein.


    Ja.. stimmt.. schön das wir darüber geredet haben.. ;-)


    Quote

    Wenn man als Reserve 500W Maximalwert ansetzt, könnte man theoretisch auch noch mit 0,5W abstimmen.


    hmm... ich mag die Einstellung : Mit Kanonen auf Spatzen schießen !


    Interessant könnte es werden, wenn Du auf die Idee kommst, und während der Aussendung von 300Watt mit den Relais neu abzustimmen...


    Ganz ehrlich : Ich finde die Methode im SGC zwar total interessant.. aber mein LDG hat nur ne SWR-Messung.
    Also wenn ich keinen Denkfehler habe, dann machen beide ihren Job, nur das die Methode vom SGC schneller mit weniger klackern zum ziel kommt, weil weniger herumprobiert werden muss.
    Ich kann mir kein SWR von 1:1 vorstellen, wo noch imaginäre Anteile vorhanden wären.
    Aber der LDG kann sich die Frequenz merken. Was er nicht im Sensor hat, hat er im Kopf.. ;-)


    Aber mit den Information über Phase, Load, und SWR, kann man wunderschön auf einen halbwegs intelligenten Controller verzichten.. wie dieses schöne Beispiel zeigt :
    http://g3ynh.info/atu/collins180L.html


    Der Phasendetektor ist übrigens an Einfachheit nicht zu überbieten.. ;-)


    Und überlege Dir noch mal gut, ob Bistabile Relais sein müssen. Besonders wenn Du den Tuner zu hause einsetzen willst.
    Und wenn, dann schau, das Du kein Relais nimmst mit Dauermagneten. (Haftrelais)
    Ich habe für meinen LDG100 immer noch keine Ersatzrelais, aber bin erst mal hingegangen und habe alle gesockelt.
    (Ausserdem hat mein Thermometer den Beweis erbracht, das mit 100 Watt "SSB" gemeint waren, und nicht RMS wie bei Digimodes... )

  • Hallo OMs,
    ich habe schon Versuche mit dem AD8302 gemacht. Es gibt 2 Nachteile. Erstens ist der Phasenwinkel ohne Vorzeichen und zweitens kannst du nicht die absolute Leistung messen, sondern nur die Differenz der 2 Pegel. Es ergibt sich zwar daraus das Return Loss, aber ich wollte gern die Leistung mit haben. Deshalb habe ich in meinem Messkopf 2x AD8307 eingesetzt. Ich will jetzt noch mit dem NE602 die Phasenmessung zusätzlich realisieren. Im Moment funktioniert bei meinem 750W Tuner die automatische Nachstimmung schon mit 1Watt. Noch etwas, der 74HC4046 funktioniert bis 35MHz ohne Probleme. Es muss aber der 74HC4046 sein.


    vy 73 Andreas DL4JAL