Projekt automatischer Antennentuner mit Mikrocontroller

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  • 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

  • Moin
    habe letzten Winter mit dem AD8302 experimentiert, Ziel war eine preiswerte Möglichkeit den Phasenwinkel zu messen. Ich bin an dem Teil ziemlich gescheitert. Der Versuch über die gesamte KW Bandbreite tatsächlich einen nachvollziehbaren output zu bekommen, dazu war ich scheinbar nicht in der Lage. Die 1800mV zwischen 0° bis 180° waren bei mir ein völlig theoretischer Wert, der Nullwert lag zwischen 200 - 650 mV je nach Frequenz und damit war eine vernünftige Messung nicht möglich. Auch bei definierten Phasenverschiebungen, konnte ich leider kein nachvollziehbares Bild zwischen Osziloskop und Messung erreichen. Hat mich etwas enttäuscht und den Fehler habe ich nicht gefunden.


    Btw. ich habe das AD8302 Modul aus dem obigen link benutzt.

    Edited once, last by DJ6MZ ().

  • Hallo Andreas, hallo Peter!
    Danke, dass Ihr Eure Erfahrungen mit dem AD8302 einbringt!
    Um Eindeutigkeit zu erreichen, sollte es doch genügen, einen der beiden Eingänge kapazitiv anzukoppeln (Phasenverschiebung). Ich werde das auf jeden Fall mal versuchen und dann berichten.
    Mit dem SA612 und LTspice habe ich umfangreiche Simulationen ausgeführt, bin aber nicht zufrieden mit den Ergebnissen...
    Die Eingangssignale habe ich dem Stromwandler und einem kapazitiven Spannungsteiler entnommen.
    Als nächstes werde ich Messreihen mit dem Mikrocontroller aufnehmen, bei kleiner Leistung.
    Andere Om's haben den AD8302 schon erfolgreich in ihren vektoriellen Antennenanalysatoren eingesetzt. Dann sollte das doch funktionieren !?
    73, Wolfgang

  • Wolfgang,


    nicht falsch verstehen, ich kann mich durchaus einfach zu dusselig angestellt haben und würde mich drüber freuen, wenn du das weiter probierst und ... wie man es von dir gewohnt ist (was ich übrigends richtig klasse finde) berichtest, wie es klappt. Bei vielen OM`s finde ich leider keine wirklichen Erfahrungsberichte und es ist schwierig nachzuvollziehen, wo die Knackpunkte sind.


    Gruß
    Peter

  • Hallo Wolfgang, Peter,
    ich habe den AD8302 in einem kleinen Taschen-VNA eingesetzt. Als Generator habe ich so ein Chinamodul mit AD9851 genommen. Den Pegel habe ich mit einem MSA IC etwas angehoben und als Messkopf einen Koppler mit 2 Ringkernen Material N30. Das funktioniert von 500kHz bis 50MHz. Jetzt kommt aber das große "ABER".
    Erst nachdem ich eine umfangreicher SOL Kalibrierung mit in die SW eingebracht habe, bin ich mit den Messergebnissen zufrieden. Die Kalibrierung habe ich so gestaltet, dass aller 2MHz neu Kalibierdaten zur Berechnung verwendet werden. Ich wollte einfach mal ausprobieren, ob ich selbst so einen Taschen-VNA konstruieren kann. Das hat schon mal funktioniert.
    Mit diesen Erfahrungen, die ich beim VNA gesammelt habe, würde ich jetzt vielleicht auch mit dem AD8302 in einem Automatiktuner zu einem Ergebnis kommen. Da ich aber die SW-Routinen im Automatiktuner mit einem skalaren Meßkopf gut hinbekommen habe, werde ich erst einmal keine weiter Versuche machen.
    Interessant wäre es aber, in einem Tuner eine vektoriellen Meßkopf einzusetzen. Dann könnte man die komplexe Antennenimpedanz ermittelt, das Anpassglied dazu ausrechnen, und anschließend nur noch etwas nachstimmen. Das wäre eine feine Sache. Ich will das noch einmal probieren. Ich habe vor doch einen NE602 zu nehmen. Der "200-W-Antennenkoppler nach DL1SNG" ist ein gutes Vorbild, nur der symmetrische Aufbau ist nicht nötig. Dieser Messkopf und die SW von DL1SNG ist sehr beeindruckend in ihrer Funktion. Schaut euch mal das Video dazu an Video.
    Auf alle Fälle ist das sehr spannend und ich bin auf deine Ergebnisse gespannt Wolfgang.


    vy 73 Andreas DL4JAL

  • Hallo Wolfgang, Peter und Andreas,


    ich habe mir eigentlich vorgenommen mit dem AD8302 einen LC-Antennentuner aufbauen. Nachdem ich das Problem mit dem Vorzeichen erkannt habe, wurde es beiseite gelegt.


    Dafür hat ON5DI anscheinend eine Lösung gefunden. Er nimmt 2 AD8302.
    Siehe hier und hier ,
    sowie eine Modifikation hier. Aber ganz verstanden habe ich es nicht HI.

  • hmm.. wenn ich mir die Preise für AD8302 so anschaue..
    Und wenn ich dann meine morgendliche LT-Spice geschichte mal bei verschiedenen Frequenzen anschaue..
    Wobei man den 2 Übertrager sicherlich auch noch durch einen Spannungsteiler ersetzen könnte.. ( was den Fehler im unteren Frequenzbereich noch weiter herabsetzt.. )
    hmm.. VNA.. das Wort ist jetzt schon so oft gefallen, das ich langsam anfange mir Gedanken zu machen :
    Kann man aus einem haufen billigsten Schrott ( also China DDS, ein NE592..usw.. ), einen brauchbaren VNA tütteln ?

  • Hallo namenloser OM,
    soll das jetzt ein konstruktiver Beitrag sein, oder?


    Hallo Uli,
    danke für die Info. Ich habe die Schaltung auch noch nicht genau analysiert und verstanden. Es ist auf alle Fälle interessant und ich nehme das mit in meine Schaltungssammlung auf. Mit dem NE602 lassen sich sehr gute Messergebnisse erzielen. Das zeigt uns "Tom DG8SAQ" mit seiner Entwicklung des VNWA. Ich hätte das nicht für möglich gehalten.
    Mich hat aber das Video von DL1SNG fasziniert. Ich werde versuchen meinen ferngesteuerten 750W Tuner entsprechend nach zurüsten. Die Schaltung der Phasenmessung ist einfach und ich wollte gleich die 2 Spulen des Stockton-Messkopfes mit verwenden. Ich werde berichten.


    vy 73 Andreas DL4JAL

  • Hallo OMs,
    ich habe mir noch einmal Gedanken gemacht, wie man die Messung mir dem AD8302 verbessern kann. Verwendet man einen Stocktonkoppler ist der Pegel "Urueck" bei 50Ohm Idealanpassung sehr klein und der AD8302 hat einen ganz geringen Pegel zur Verfügung für den Phasenvergleich. Ich habe an meinem Mini-Antennenanalyser den Stocktonkoppler aufgetrennt und jetzt ist einmal ein Übertrager nur für die Stromauskopplung und ein Übertrager nur für die Spannungsauskopplung vorhanden. Die beiden Signale werden nicht mehr vermischt und bei Idealanpassung sind beide Pegel theoretisch gleich gross und die Phase bei 0 Grad bzw 180Grad je nach Polung der Übertrager. Wichtig ist aber das im Falle der 50Ohm Anpassung 2 hohe Messpegel zur Verfügung stehen. Das funktioniert besser als meine vorherige Messung mit dem Stocktonkoppler.


    vy 73 Andreas DL4JAL

  • Hallo Andreas,


    gute Idee, die Differenzspannung beider Wicklungen nicht mehr zu nutzen.


    Zum MIC IC4, MSA0686 habe ich eine Anregung:
    Die Ausgangsanpassung, siehe Datenblatt, ist mit
    Output VSWR f = 0.1 to 1.5 GHz 1.7:1
    auch nicht optimal.
    a = +20dB kann man bis 100MHz sicherlich annehmen.


    Ich würde somit noch einen Zwangsanpassung über eine Pi-Dämpfungsglied vorsehen.
    Vielleicht sollte man mit einem 6dB Pi-Dämpfungsglied starten.


    Ist auf dem AD9851 Modul ein 200 Ohm Anpassung nebst Filterung vorgesehen ?
    Zum MMIC machst Du die Anpassung über R7 und R23, die noch nebenbei einen Leistungsteiler bilden.


    Link:
    [1] http://www.rtk-service.de/pdf/MSA0686.pdf
    [2] http://datasheet.octopart.com/…Avago-datasheet-70843.pdf
    [3] http://www.analog.com/media/en…on/data-sheets/AD9851.pdf

    73 de Uwe
    DC5PI

  • Hallo Andreas,


    für ein reines Vektor Messgerät mit eigenem Generator, kann man auch eine Wheatstone-Brücke verwenden.


    Ich habe auf meiner Festplatt noch Unterlagen zum REFL-1 gefunden.
    Interessant oder ?


    Als DDS kommt hier der DDS60 zum Einsatz, dazu findest Du noch einige Infos im Anhang.