Dämpfungsglieder selbst berechnen und bauen

 

Ab und an braucht man nicht nur einen Dummyload, sondern ein Dämpfungsglied. Das ist im Prinzip ein negativer Verstärker, wo hinten weniger HF rauskommt, als man vorne rein gibt. Meist auch einfach Abschwächer genannt, da der Ausdruck "Glied" bei Laien oft falsche Assoziationen weckt. Auf Englisch ist es einfacher, da heisst das Teil Attenuator.

So ein Attenuator lässt sich einfach mit drei Widerständen herstellen. Rechnen muss man dabei auch nichts, da es seit dem Internet passende Online-Rechner gibt. Diese Attenuatoren gibt es übrigens in zwei Varianten: als T- und als Pi-Glied. Sie tun aber beide dasselbe. Hier ein Rechner für ein Pi-Glied.

Zwei Dinge gilt es bei Abschwächern zu beachten.

1. Wenn Abschwächer als Antennen wirken, ist das zuweilen unpraktisch. Man baut sie deshalb vorzugsweise in ein abgeschirmtes Gehäuse mit HF-Buchsen seiner Wahl, je nach anvisiertem Frequenzbereich.

2. Die verwendeten Widerstände müssen HF-tauglich sein. Also so wenig Eigeninduktivität und Kapazität aufweisen wie möglich. Dass da Widerstände mit aufgewickeltem Draht nicht in Frage kommen, leuchtet ja noch ein. Doch auch Metallschicht und Kohleschicht-Widerstände sind ungeeignet, wenn sie gewendelt sind. Das heisst: zwecks Widerstandserhöhung mit spiralförmigen, umlaufenden Rillen versehen. Diese Art Spule auf dem Widerstand fällt nicht unbedingt gerade ins Auge und ist oft unter einer Lackschicht versteckt. Gut geeignet sind SMD-Widerstände, sofern sie keine mäanderförmige Einfräsungen haben. 1W oder 2W SMD sind einfach zu finden und günstig. 

Ein Abschwächer vernichtet einen Teil der Leistung und setzt sie in Wärme um. Bei -3dB die Hälfte, bei -6dB drei Viertel und bei -10dB 90%. Das Dämpfungsglied wird daher warm, bzw. heiss. Doch welcher der drei Widerstände wird am heissesten? Für welche Leistung müssen die drei Widerstände dimensioniert werden? 

Um das auszurechnen, brauchts es die grundlegenden elektrotechnischen Formeln. Ohmsches Gesetz, Leistung, Kirchhoff. Und natürlich ein bisschen Algebra.

In der Mikrowellen Enzyklopädie Microwaves101 wurde diese Aufgabe bereits erledigt und die Belastung der einzelnen Widerstände - in Abhängigkeit des Dämpfungswertes - schön grafisch dargestellt. Hier zu finden. 

Daraus kann man zum Beispiel ersehen, dass bei einem -3dB Dämpfungsglied der erste Widerstand 20% der Leistung vernichten muss. Beim Pi-Glied ist das der Parallelwiderstand am Eingang, beim T-Glied der Längswiderstand. Bei einem -10dB Attenuator muss dieser Widerstand die Hälfte der Leistung aufnehmen und bei einem -20dB Dämpfungsglied 99%.

 

Eine Messung mit Konsequenzen

 

Mein bestes Dämpfungsglied verträgt 100 Watt und hat 10dB Dämpfung. Zusammen mit einem nachgeschalteten Dämpfungsglied von 30dB ein perfektes Gespann um Leistungen zu messen und Spektren zu beobachten. Das 100W/10dB-Teil von Microlab ist ein schweres Teil mit einem grossen Kühlkörper aus Alu. "So ein paar Sekunden wird es wohl auch 500 Watt aushalten", dachte ich. Und so fütterte ich es mit meiner 2m PA. 

Das war ein Fehler. Keine drei Sekunden vergingen und das Dämpfungsglied gab ein leises Klicken von sich. Kein gutes Geräusch für ein Teil, das normalerweise stumm ist. Und tatsächlich: es war mausetot. Widerstand unendlich von beiden Seiten. 

Natürlich habe ich es auseinandergenommen, in der Hoffnung es wiederbeleben zu können. Leider war da nichts mehr zu machen. Das eigentliche Dämpfungsglied ist erstaunlicherweise nur eine kleine Scheibe mit aufgedruckter Schaltung, die in den Kühlkörper geklemmt ist. Sie war mittendurch zerbrochen. Nun verstand ich auch, wieso das Teil so rasch den Geist aufgab. Die kleine Scheibe hatte keine Chance, genügend rasch die Wärme an den Kühlkörper abzuführen.

  Doch das war nicht alles: Mit dem Ausfall des Dämpfungsgliedes wurde dem Tiefpassfilter der PA schlecht. Und es folgte dem Dämpfungsglied augenblicklich ins Nirwana. 

Aufgebaut hatte ich es mit Glimmer-Quetschtrimmer von Arco. Eine Konstruktion, bei der ein Plattenpaket mit Glimmerisolation durch eine Schraube zusammengepresst wird, um die Kapazität zu verändern. Eine einfache Methode, preiswerte HF-Trimmer für hohe Leistungen zu bauen. Doch der offene Ausgang liess die Spannung im Filter ansteigen und ein Trimmer schlug durch. Aber die Bastelkiste spendete Ersatz und so war dieser Fehler rasch behoben.  

 Leider sind Dämpfungsglieder für hohe Leistungen nicht billig. So habe ich denn für zukünftige Messungen meine 800W Kunstlast mit einem -40dB Ausgang ausgestattet. So wie es DL2LTO gemacht hat. Schade, dass mir das nicht früher in den Sinn gekommen ist.

Allerdings nicht mit bedrahteten Widerständen, sondern mit SMD-Leistungswiderständen. Im KW-Bereich werden die -40dB recht genau eingehalten, doch im 2m Band steigt die Ausgangsdämpfung auf -42dB. Da muss ich noch über die Bücher.

Zwischen DX und NVIS

 

In den letzten Tagen habe ich meiner Magnetic Loop das 160m Band aufs Ring-Auge gedrückt. In Form eines Zusatzpakets von 1300pF und mittels Krokodilklemmen. Zuerst versuchte ich es wieder einmal entgegen besseres Wissen mit russischen Türknopfkondensatoren. Die vertragen zwar hohe Spannungen und Ströme, doch das Keramikmaterial ist weit entfernt vom heutigen Stand der Entwicklung. Daher sind die Verluste erheblich und die Kondensatoren werden warm bis heiss. Das würden sie zwar wegstecken, doch dabei verändert sich ihre Kapazität. Kurz: wenn man sendet, läuft die Resonanz weg.

 Also habe ich in die Kiste mit den Glimmerkondensatoren gegriffen und 10 Stück 130pF parallel gelötet und dem Vakuum-Kondensator der Magnetloop auf den Buckel geklemmt. Glimmerkondensatoren (mica capacitors) sind zwar verlustarmer und temperaturstabiler als die alten Türknöpfe aus der ehemaligen UdSSR. Doch leider ertragen sie weniger Spannung und Strom. Für die Versuche im 160m Band musste ich mich daher auf QRP beschränken.

Trotzdem war dieser Versuch von Erfolg gekrönt. Das 160m WSPR Signal aus der Magnetloop wurde in ganz Europa aufgenommen. FT-8 wäre also in den meisten Fällen möglich. Mit 5W aus dem Shack heraus. Ein Hoffnungsstrahl für alle "Antennengeschädigten".

Aber ich möchte keine falschen Hoffnungen wecken: für SSB-Verbindungen reicht die Signalstärke keinesfalls. Auch nicht mit einem Zusatzkondensator, der 100 Watt aushalten kann. Eine 1.6m Loop ist einfach zu klein für das 160m Band. Da fehlen noch ein paar dB.

Bei dieser Gelegenheit musste ich wieder einmal feststellen, dass das Power Game nach FT-8 nun auch WSPR erfasst hat. Die Schmalband Modi von Joe Taylor wurden ursprünglich für kleine Leistungen und extrem schwache Signale entwickelt. Für QRP und Balkonantennen. Doch inzwischen wird fröhlich die Leistung vieler Transceivers auf volle Pulle gedreht. 100 Watt ist offenbar das neue QRP und man liest sogar von FT-8 Stationen mit 1.5kW. So empfing ich gestern Abend eine englische WSPR-Station, die 53dBm als Sendeleistung deklarierte. 200 Watt also. Sie drückte das S-Meter des IC-7300 auf satte S 9 und darüber.

Durch das Resultat im 160m Band ermutigt, verpasste ich der Loop noch ein grösseres Zusatzpaket mit 26.3nF. Ziel 475 kHz! Doch die MagLoop verweigerte den Dienst. Das L/C Verhältnis war zu ungünstig um eine vernünftige Güte zu erzielen. Aber ich werde weiterhin davon träumen, auf Mittelwelle "drahtlos" QRV zu werden.

In letzter Zeit benutze ich oft das 40m Band, um NVIS-Verbindungen zu tätigen. Die MUF steigt während des Vormittags oft bis über 7MHz und sinkt dann erst wieder Mitte Nachmittag darunter. An guten Tagen sind beide F-Schichten (rot und grün im Ionogramm) über 7MHz und die Signale sind dann besonders stark. 

Da wir uns in einem ansteigenden Sonnenzyklus befinden, wird in den nächsten Jahren das 40m Band tagsüber noch viel länger für NVIS zur Verfügung stehen. Gute Nachrichten für Prepper bzw. Notfunker. Trotzdem muss der gewissenhafte Prepper auch die anderen NVIS-Bänder in petto haben. Also 160/80 und auch 60m.

Doch die Mehrzahl der Funker sind nicht Prepper, sondern DXer. Da geht es darum, möglichst weit zu kommen und seltene Inseln "zu arbeiten". Dieses Arbeiten beschränkt sich allerdings meistens auf den Austausch der stereotypen Botschaft 59. Eine magische Zahl wie zum Beispiel die 42. Es ist eigentlich wie beim Echo in den Bergen: Man ruft Fünf Neun Richtung Felswand und Fünf Neun kommt zurück. Bei FT-8 erhält man immerhin noch einen gescheiten Rapport und eine Standortangabe. 

Wer nur DXer ist, hat manchmal Mühe, die Nöte und Sorgen eines NVIS-Funkers zu verstehen. So hatte ich kürzlich folgenden Dialog:

Ich: "Das 40m Band ist zu und das Tessin ist für die Deutschschweiz in der toten Zone."

Funker: "Wenn 40m nicht geht, versuchen wir es halt im 20m Band."

Ich: "Das geht auch nicht. Die MUF für 100km liegt deutlich unter 7 MHz. Aber wir könnten es im 60m Band probieren."

Funker: "Das habe ich leider nicht. Aber dann gehen wir doch ins 10m Band. Das ist gerade so schön ruhig."

Dass NVIS-Funker am besten mit den Ionogrammen der naheliegenden Sonden arbeiten, habe ich bereits verschiedentlich erwähnt. Doch wie gesagt: die meisten Funker sind DXer. Für diese Mehrheit kann ich die Seite von DR2W empfehlen. Dort wird auf einer Weltkarte die momentane Ausbreitung pro Band dargestellt. Von Mitteleuropa aus. Das ist einfacher als irgendwelche A oder K Werte zu studieren und interpretieren.

Und da wir gerade dabei sind, hier noch ein paar andere interessante Seiten, die ich im Web gefunden habe: 

Die Australier haben natürlich auch einen Amateurfunkverband. Er heisst Amateur Society of Australia und publiziert seine Vereinsnews in der Fachzeitschrift QTC. Dieses QTC ist für den Download frei verfügbar.

Kein Einzelfall. Zwar wurde das amerikanische 73 Magazin im Jahr 2003 nach 43 Jahre eingestellt. Aber die meisten Nummern sind immer noch in diesem Archiv aufrufbar. Eine grosse Schatztruhe für die, die Zeit haben, darin zu wühlen.

Notabene: Auch das HB-Radio der Union der Schweizer Kurzwellenamateure USKA ist frei verfügbar und kann hier heruntergeladen werden.

So. Nächstes Mal geht es wieder weiter mit meiner 500 Watt 2m Endstufe. Dort herrscht zurzeit Denkpause. Verursacht durch eine mittlere Katastrophe mit Kollateralschaden. Darüber mehr im nächsten Blogeintrag.

  

144 MHz PA, die Zweite

 

Meine Low Cost Linear Endstufe für das 2m Band hat die Feuertaufe bestanden. Ohne Knall und Funkenwurf in diversen QSO's. Am Tag darauf ist bei mir eine zweite Endstufe mit dem gleichen Konzept aufgetaucht: mit MRF300AN/BN. Ich hatte nicht mehr daran gedacht, dass ich eine zweite PA bestellt hatte. Manchmal klickt man im Internet auf Dinge, die man eigentlich nicht braucht. Es scheint, dass das bei mir ein unterschwelliger Vorgang ist. 

Wie dem auch sei: die Post brachte ein Paket aus Griechenland, das seinen Weg via den Zoll in Mailand (!) zu mir gefunden hatte. Diesmal kein Bausatz, sondern eine fertig bestückte Platine. Natürlich fehlen wiederum die Transistoren. Die waren nicht im Preis inbegriffen. Das Teil stammt aus diesem Laden hier.

Die Schaltung ist im Wesentlichen gleich, mit den beiden Transformatoren aus Koaxialkabel. Beim ersten Trafo wurden anstelle von 12.5 Ohm Kabeln aber je zwei parallele 25 Ohm Kabel eingesetzt. Die Koppelkondensatoren zwischen den Trafos sind auf je 2x470pF erhöht worden (anstelle von 2x100pF). Und die Erzeugung der Gate-Vorspannung erfolgt nun mit einem LM7805 Regler anstelle einer Zenerdiode und ist für beide Transistoren separat regelbar.  Auch die Zuführung der 50V Versorgungsspannung erfolgt separat über zwei Drosselspulen. Soweit die positiven Punkte.

Interessant ist, dass der Eingangstrafo mit der Schweinenase (Doppellochkern) 4:1 anstelle 9:1 beträgt. Ob sich damit die Eingangsanpassung verbessern wird, werde ich erst beim Betrieb feststellen können. Beim Chinesen ist sie ja grottenschlecht und ich habe dort ein 3dB Dämpfungsglied zwischengeschaltet um den Transceiver zu entlasten.

Was dem Neuzugang fehlt sind das Tiefpassfilter und die SWR-Brücke. Ich werde mich also daran machen müssen, ein Tiefpassfilter selbst zu bauen. Davon mehr in meinem nächsten Blogeintrag.

Natürlich kann ich verstehen, wenn sich der eine oder die andere fragt: "Was will denn der Kerl mit zwei PA's?"

Eine mögliche Antwort auf diese Frage wäre natürlich: "Ich bin ein Prepper und brauche von allen Dingen immer eins auf Reserve." Oder: "Der Chinese wird auf Ricardo verscherbelt."

Aber wahrscheinlich werde ich den Chinesen kannibalisieren und dem Neuen den Vorzug geben. Wobei der Kannibalismus nur die Transistoren betrifft. Die bestückte Schaltung werde ich in wohl verschenken. Kommt Zeit, kommt Antwort.

PS. Der Neue kam mit Schema und Montageanleitung. Im Gegensatz zum Chinesen.