Werte von länger benutzten ATU ZM-4 gesucht - Problemlösung

Hallo YL und OM,

ich suche einige Vergleichswerte von länger genutzten ZM-4. Vielleicht kann mir jemand helfen.

Hier kurz die Situation:

Ich nutze seit knapp drei Jahren einen ZM-4, meist für SOTA. Einige Wochen nach dem Start fielen mir gelegentliche Kontaktprobleme an Kippschaltern auf. Bei der Grobabstimmung auf Empfang waren die Signale manchmal auffällig schwach. Ein kurzes Wackeln oder eine Betätigung beseitigten meist das Problem. Später bemerkte ich, dass auch ein kurzes Antippen der PTT-Taste schon half.

Bei meinem letzten Einsatz Anfang März 2019 hatte ich deutlich mehr Probleme auf dieser Strecke. Es betraf die rückseitigen Schalter (Impedanz und symmetrisch/ unsymmetrisch). Bei einer Durchgangsmessung zu Hause mit dem Ohmmeter fand ich Durchgangswiderstände typisch zwischen 1,xx und ca. 200 Ohm, ausnahmsweise auch 10,xx Kiloohm (!).

Im nächsten Schritt habe ich einen Strom von bis zu etwa 120 mA fließen lassen und aus dem Spannungsabfall der Übergangswiderstand berechnet. Die Situation war besser, aber nicht immer gut. Ich fand Werte typisch zwischen 0,xx und ca. 10 Ohm, gelegentlich auch bis ca. 60 Ohm.

Ich suche nun Vergleichswerte von anderen ZM-4. Die beiden Schalter auf der Rückseite können leich von außen gemessen werden, für den Schalter "symm/ unsymm" zwischen der schwarzen Bananenbuchse und dem Außenleiter der BNC-Buchse und für den Schalter "Impedanz h/ n" zwischen den beiden Bananenbuchsen.

Vielleicht können Besitzer von ZM-4 Werte ermitteln. Ich wäre für Unterstützung dankbar.

73 von Ludwig DH8WN

Hallo Wolfgang, Manfred und Uwe,

vielen Dank für Eure schnelle Reaktion.

@ Wolfgang:

Welche Sorte Schalter stecken in Deinem ZM-4? Sind die Schalter direkt auf die Platine gelötet oder über Drähte angeschlossen? Wie lange nutzt Du den ATU schon? Hast Du schon mal eine Kontaktbehandlung gemacht?

@ Manfred und Uwe:

Die Behandlung alter Schalter und Potis kenne ich und habe sie schon immer mal gemacht, früher gern mit Pulmotin-Salbe, auch in reinem Alkohol gelöst.

Beim ZM-4 möchte ich kein Öl etc. von vorn in die Schalter reinlaufen lassen. Beim Portabeleinsatz kann doch leicht Staub drankommen, der dann kleben bleibt. Ein bis zwei Tropfen Öl sind mir hier auch zu viel. Wenn es ordentlich kriecht, kommt es an den Schaltern vorn und hinten über die Kontakt wieder raus und ölt Stellen ein, die es nicht soll.

Mir gibt etwas zu denken. Wenige Wochen nach dem Aufbau meines ZM-4 gingen die Probleme los. Das war mir für eine normale Alterung viel zu schnell. Nach Rückfrage beim QRP-Projekt lautete die Ferndiagnose "zerlötet" und ich erhielt neue Schalter. Diese habe ich vor dem Zusammenbau und danach durchgemessen. Alles in Ordnung. Einige Wochen später kamen die Probleme wieder. Zuerst traten Sie nur auf, wenn ich nach dem Umschalten noch nicht gesendet hatte. Klar, im Empfangsfall fließt fast kein Strom über die Kontakte. Da kann sich auch die allerdünnste Fremd- oder Oxydschicht bemerkbar machen. Nach dem ersten Senden, Antippen der PTT reichte aus, war kein Problem mehr zu bemerken. Erst nach Betätigen der Schalter kam es manchmal wieder.

Beim SOTA-Einsatz vor einigen Wochen half auch Senden nicht mehr. Erst häufiges Schalten behob das Problem manchmal. Danach habe ich die im ersten Beitrag geschriebenen Werte ermittelt. Auch eine Widerstandsmessung bei einem Gleichstrom von etwa 120 mA über die Kontakte brachte keine durchgehend besseren Werte. Bei diesem Strom sollten die bei einem solchen, relativ jungen Schalter, erwartbare Fremdschichten und Oxydationsschichten keine Rolle mehr spielen. Was ist mit den Schaltern los?

73 von Ludwig, DH8WN

Hallo Ingo, Peter und Michael,

vielen Dank für Eure Beiträge.

@ Ingo:

Ich habe vor einigen Tagen schon andere Schalter eingebaut. Mehr dazu weiter unten.

@ Peter und Michael:

Peter, du hattest damals das Zerlöten vermutet. Nach dem Ausbau habe ich die Schalter genau betrachtet, einen auch zerlegt und mit der Lupe genau untersucht. Ich habe keine thermischen Verformungen gefunden. (Bei zerlöteten Schaltern hätte ich mich glattweg geschämt ).

Der Einsatz in der freien Natur ist schon anspruchsvoller als der im Zimmer. An was erinnere ich mich konkret? In den Dreck ist der ATU nie gefallen. Besonders staubig war es auch nie. Bei Regen bleibt die Technik verpackt. Bei einem eventuellen kurzen Tröpfeln kommt sofort eine Kunststoffplane über die aufgebaute Technik. Ein oder zwei mal hat der Wind ein paar Schneekristalle auf die Technik geweht. Einmal ist alles vom Rucksack in den Schnee gerutscht (Großer Beerberg 2019). Den Schnee habe ich gleich fortgewedelt. Erhöhte Luftfeuchtigkeit kam sicher gelegentlich vor. Deshalb wurde die Technik immer zu Hause, gleich nach dem Einsatz, ausgepackt und konnte im Zimmer einige Tage gut "durchtrocknen". Einsatzhöhen bis 3200 m üN sollten keine nachteilige Wirkung haben . In den letzten beiden Jahren war maximal drei Monate Nutzungspause. Ich denke, das alles sollte die Schalter nicht so sehr beeinträchtigen.

Was mir bei den Originalschaltern auffiel war die nicht vorhandene rückseitige Abdichtung der Kontakte. Bei meiner Suche nach alternativen Schaltern fand ich bei einem Hersteller den Verweis auf die Abdichtung der Kontakte mittels Epoxidharz. Der Vorteil sollte auch sein, dass beim Löten kein Flussmittel in den Schalter eindringen könnte. Ich hätte nicht gedacht, dass ein modernes Flussmittel die Kontakte beeinträchtigen würde, nach den Herstellerangaben aber vielleicht doch? Ich werde den ZM-4 demnächst wieder einsetzen und in den nächsten Monaten besonders die Funktion der Schalter beobachten. Dann kann ich ja hier die Ergebnisse schreiben.

Zum ZM-4 generell: In den letzten knapp drei Jahren kam es bei rund 60 SOTA-KW-Aktivierungen zum Einsatz. Die meiste Zeit war nur etwas mehr Aufmerksamkeit bei der Bedienung nötig. Beim bisher letzten Einsatz Anfang März 2019 hatte ich aber echte Mühe, einen stabilen Betrieb hinzubekommen.

Mit Ausnahme der Geschichte mit den Schaltern gefällt mir das Gerät sehr gut. Mit dem Schaltertausch hoffe ich nun, alle Probleme beseitigt zu haben.

73 von Ludwig, DH8WN

Hallo miteinander,

hier ein Statusbericht. Die Schalter sind gegen solche eines anderen Herstellers gewechselt. Die Kontaktwiderstände, gemessen mit dem Ohmmeter, sind im grünen Bereich.

Ich hatte die Durchgangsdämpfung des ZM-4 mittels VNWA vor und nach dem Schalterwechsel ermittelt und will die Daten liefern.

Vorab zur Messung: Quelle und Last hatten beide 50 Ohm. Auf andere Lasten können die Dämpfungswerte nicht einfach übertragen werden. Zum Vergleich vorher/ nachher taugen sie aber. Ich habe mich auf die Bänder 80m, 40m, 20m und 15m konzentriert. Diese Bänder nutze ich bei SOTA (80m wenig). Der Abgleich erfolgte auf minimales s11 (geringe Reflexion am Eingang des ATU). Das SWR lag deutlich unter 1,05:1.

Mit den alten Schaltern erreichte ich Dämpfungswerte zwischen 0,7 dB und 5,3 dB, meist 2...3 dB.

Nach dem Betätigen der Schalter "unsymm./symm." und "Imp." (hin und her) änderten sich die Werte. Es musste jeweils neu abgeglichen werden. Auf 80m musste mit dem vorderseitigen Schalter "Res." C zugeschaltet werden. Leichtes Wackeln am Schalter verstimmte sofort den Abgleich erheblich.

Mit den neuen Schaltern erreichte ich, abhängig vom Band, Dämpfungswerte zwischen 0,5 dB und 0,8 dB. Die Werte sind auch nach dem Betätigen der Schalter ohne neuen Abgleich reproduzierbar.

Für Lastwiderstände ungleich 50 Ohm lässt sich folgendes sagen:

Die Wirkleistung an der ausgangsseitigen Wicklung des ATU teilt sich in eine Verlustleistung an den Übergangswiderständen der rückseitigen Schalter und eine Nutzleistung am Wirkwiderstand der Antenne auf. (Der Wirkungsgrad der Antenne wird hier nicht weiter betrachtet.) Durch den jeweiligen Abgleich des ATU wird eine maximale und annähernd gleiche Leistung an die Serienschaltung aus R-Verlust und R-Last abgegeben. Die Nutzleistung ergibt sich aus (R-Last / (R-Last + R-Verlust)). Ist der Wirkwiderstand der Antenne sehr klein, z. B. bei elektrisch kurzen Antennen, fällt der Verlust sehr ins Gewicht.

- Ergänzung: Durch eine Speiseleitung wird die Anschlussimpedanz der eigentlichen Antenne natürlich transformiert. Entscheidend ist die Eingangsimpedanz am ATU-seitigen Ende. So kann auch eine Antenne mit einem relativ hohen Wirkwiderstand mit einem sehr kleinen Wert am Eingang der Speiseleitung erscheinen. -
3 dB Dämpfung bei obiger Messanordnung treten z. B. genau dann auf, wenn der Verlustwiderstand der Schalter 50 Ohm beträgt.

Mehr Informationen nach den ersten Praxiseinsätzen.

73 von Ludwig, DH8WN

Hallo Michael,

ich hatte bei einigen der üblichen Quellen gesucht und war dann beim C hängengeblieben. No-name-Produkte habe ich ausgeklammert. Weiterhin mussten die Teile kompatibel zum ZM-4 sein. Ich habe nach Schaltern gesucht, deren Kontakte rückseitig mit Epoxidharz abgedichtet sind. Ob eine solche fehlende Abdichtung etwas mit dem aufgetretenen Problem zu tun hatte, kann ich nicht beurteilen. Eine Abdichtung schließt halt eine potentielle Problemquelle aus. Außerdem bin ich davon ausgegangen, dass ein Hersteller, wenn er den Aufwand der Abdichtung treibt, er hoffentlich auch bei den anderen Bestandteilen auf eine gewisse Qualität achtet. Vielleicht war bei den ursprünglichen Schaltern das Kontaktmaterial nicht gut genug?

Welche Schalter mit Epoxi versehen sind, war beim C so nicht erkennbar. (Eine Anfrage als Privatkunde würde übrigens abgewiesen .) Erst die Datenblätter der Hersteller brachten eine gewisse Aufklärung. Hier nun die Gewinner ...

TRU COMPONENTS TC-TA102A1 Kippschalter 250 V/AC 3 A 1 x Ein/Ein rastend

TRU COMPONENTS TC-TA202A1 Kippschalter 250 V/AC 3 A 2 x Ein/Ein rastend

TRU COMPONENTS TC-TA203A1 Kippschalter 250 V/AC 3 A 2 x Ein/Aus/Ein rastend/0/rastend

ACHTUNG! Das ist keine Kaufempfehlung! Ich habe noch keine Erkenntnisse zur Langzeitstabilität und kann nicht sagen, ob diese Schalter nicht auch Probleme bereiten werden.

73 von Ludwig DH8WN

Statusbericht und Anmerkung:

Zitat von DF2OK

Moin Ludwig,

wird auch schwierig werden, denn immerhin ist die Vorderseite noch offen. Also das Gelenk, wo der Kipphebel gelagert ist. Solange das nicht wie bei komerzielleren Anwendungen der Fall ist, ist der Unterschied Abdichtung hinten oder nicht für diese spezielle Anwendung vermutlich nicht entscheidend.

Mit viel Verspätung noch diese Anmerkung:

Michael, für den Betrieb passt Deine Anmerkung genau. Ich hatte in diesem konkreten Fall die hintere Abdichtung weniger als Schutz beim Einsatz gesehen sondern mehr als Schutz beim Löten. Dabei kann bei fehlender Abdichtung etwas Flussmittel in das Innere der Schalter gelangen. Vielleicht kann das zu höheren Übergangswiderständen führen? Diese Möglichkeit wollte ich ausschließen.

Jetzt zum Status meines ZM-4:

In den letzten Wochen war das Gerät auf 8 Gipfeln in den Alpen im Einsatz. Die Abstimmung war immer sehr stabil. Ich habe keinerlei Instabilitäten feststellen können. Wackeln an den Schaltern verursachte keine Änderungen. Nach einem Hin- und Herschalten erhielt ich immer die gleichen Werte.

Beim Messen der Schalter für die Impedanz und für symmetrisch / unsymmetrisch (von außen leicht messbar) mit dem Ohmmeter erhielt ich immer Werte "0,1" ... "0,2" Ohm. (Das wird auch bei direkten Verbinden der Messpitzen angezeigt.).

Die früheren Probleme sind also bisher nicht wieder aufgetaucht.

73 von Ludwig

So, falls das noch von Interesse ist, hier ein Statusbericht.

2020 habe ich den ZM-4 bei drei Einsätzen und 2021 bei einem genutzt. (2020 standen wegen der Einschränkungen vorwiegend weniger prominente Berge auf dem Programm. Dort habe ich, wenn sinnvoll möglich, mit meinem 20 m langen und außermittig gespeisten Dipol und einer 30 W PA gearbeitet. Dem ZM-4 will ich die 30 W nicht zumuten, die Antenne hat auf 40 m, 20 m und 15 m ein hinreichend gutes SWR.)

Der ZM-4 hat bisher keine Probleme mit den Schaltern gezeigt.

73 Ludwig

Hallo Peter,

Zitat von dl3naa

... kannst Du kurz was über diesen außermittig gespeisten Dipol sagen, ...

ja, mache ich.

Die Antenne ist eine "Eigenentwicklung". Ich bin vom bekannten Prinzip außermittig gespeister Dipole ausgegangen und habe mir, entsprechend meiner Vorgaben, die Schenkellängen selber ermittelt, zuerst simulativ und dann praktisch über Messungen im Garten.

Die Antenne hatte ich in einem Vortrag zum QRP-Treffen 2019 im Silberthal mit gezeigt und ausführlich samt Entwicklungsprozess im Praxisheft 30 der AATiS beschrieben.

Hier kurz die mir wichtigen Merkmale:

- mindestens drei für SOTA gut geeignete Bänder (vorzugsweise 40 m, 20 m, 15 m)

- klein, leicht und robust

- leicht aufbaubar

- ohne ATU und ohne Änderungen an der Antenne SWR < 2

Daraus folgte dann der Verzicht auf Spulen, Schwingkreise und Trennstellen in den Dipolschenkeln.

Hier, etwas verkürzt, mein Vorgehen:

- simulativ für die Bänder eine resonante Länge des Dipols suchen, dabei Kompromiss auf eine einheitliche Länge für die Bänder (bei 40 m Lamda/2)

- simulativ den Verlauf der Speiseimpedanz entlang des Dipols für die Bänder ermitteln, Punkt(e) mit relativ ähnlicher Speiseimpedanz für die Bänder suchen und geeignete Speiseimpedanz ermitteln, ergab hier als Kompromiss die leicht zu realisierenden 200 Ohm

- SWR bezogen auf 200 Ohm entlang des Dipols für die Bänder ermittelt, gemeinsame Stelle(n) für SWR < 2 ermittelt

- Dipol gebaut und im Garten mittels VNWA vermessen, Frequenzen für beste SWR lagen etwas zu tief, Dioplschenkel schrittweise gekürzt, SWR lag teilweise etwas über 2, wird durch die Dämpfung des Speisekabels vorm TRX / der PA versteckt

Beim Simulieren habe ich den konkreten Antennendraht mit(!) konkreter Isolation verwendet. Die Isolation bringt einen deutlichen Verkürzungsfaktor. Die Antenne wurde als inverted V optimiert und wird auch so betrieben.

Zwischen Speisetrafo und Koaxkabel muss unbedingt eine Mantelwellensperre (Strombalun, CMC). Bei ca. 6 m Höhe über Grund und damit 6 m herabhängendem Koaxkabel gibt es sonst auf 40 m und 15 m dramatische Beeinflussungen der Antenne. Das SWR erreicht Werte von 4 … 6. Durch die Länge des Koaxkabels wird 20 m ohne CMC „zufällig“ kaum beeinflusst.

Die Antenne hat sich bei rund 30 SOTA-Einsätzen und einigen weiteren p-Aktionen gut bewährt.

73 Ludwig