Hans Remeeus PA1HR

...vanuit de Gelderse Achterhoek

dinsdag
21
okt
Tekst grootte
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Zelfbouw antennetuner

Zelfbouw antennetuner

Deze pagina beschrijft een symmetrische zelfbouw antennetuner voor 1.8 tot 30 MHz, geschikt voor hoog vermogen van minimaal 1500 Watt continu.
Het ontwerp is van Peter O'Dell KB1N en komt uit een ARRL Handbook van de jaren 80 (met dank aan Mark PA3HMP).
Dit ontwerp is ook gebruikt door de firma Annecke. Voor een foto impressie van deze tuner klik op: Annecke.
Het beschreven ontwerp wordt ook weleens genoemd: dubbel T, dubbel L of Collins.
Het bijzondere van dit ontwerp antennetuner is dat hij een zeer groot bereik heeft.
Hij is in staat om zeer lage impedanties (enkele Ohms) tot zeer hoge impedanties (meerdere kiloOhms) aan te passen.
Dit heeft onder andere als voordeel dat ook korte dipool antennes (bijvoorbeeld 2 x 10 meter) gemakkelijk af te stemmen zijn voor de lage banden 160 en 80 meter,
of langere antennes (bijvoorbeeld 2 x 20 meter) voor de hoge banden zoals 15, 12 en 10 meter.
Een tweede kenmerk van dit ontwerp is dat hij goed om kan gaan met verschillende antennestromen in uw open voedingslijn.
Dit is goed te constateren door middel van een dubbele antennestroommeter.
Een derde bijzonderheid is dat het rendement hoog genoeg is om uw uitgangsvermogen op een efficiente wijze aan te bieden aan uw antenne-installatie.
Van de 100 Watt die uw zender aanbiedt aan de antennetuner blijft niet veel achter in de antennetuner.
Er gaat weinig energie verloren in de tuner.
Dit is onder andere te merken aan de onderdelen van de tuner (zoals de spoelen, condensatoren en ringkernen); deze mogen niet warm worden.

Uiteraard is het zondermeer mogelijk om de antennetuner te bouwen voor lager vermogen, bijvoorbeeld maximaal 300 Watt.
In dat geval kan men volstaan met minder groot gedimensioneerde en veelal goedkopere materialen.
Deze antennetuner is niet op een verloren avond te bouwen, maar vergt veel voorbereiding en aandacht.
Wanneer u de antennetuner wilt bouwen voor 1500 Watt continue en in een luxe uitvoering, dan zal de aanschafprijs van alle onderdelen ongeveer 1000 euro bedragen.
Wanneer u genoegen neemt met een tuner voor lager vermogen en met minder luxe maar wel nieuwe materialen, dan zal de prijs dalen naar ongeveer 500 euro.
Ook een lager bedrag is mogelijk, maar dan zult u veel zelf moeten maken (o.a. de spoelen en behuizing),
nog wat in huis hebben liggen of op een radiomarkt vinden (zoals de afstemcondensator, vaste condensatoren en schakelaars).
Wanneer het zelfbouw project voldoende succesvol blijkt dan overweeg ik om zelfbouw pakketten samen te stellen, bijvoorbeeld voor 300 Watt uitgangsvermogen.

Het originele artikel in het ARRL Handbook uit de jaren 80

Het schema van de antennetuner, met de volgende onderdelen en hun waarden

L1, 2, 3 en 4 = 70 uH

C1 = 47 pF *)

C2 = 100 pF *)

C3 = 250 pF *)

C4 = 470 pF *)

C5 = 2 x 200 pF *)

T1 = 1:4 balun

S1A/S1B en S2A/S2B = dubbeldeks, 12 contacten

S3 = enkeldeks, 6 contacten

Bij een uitgangsvermogen van 300 Watt moeten alle onderdelen geschikt zijn voor een doorslagspanning van 1000 Volt of hoger.

Bij een uitgangsvermogen van 1500 Watt moeten alle onderdelen geschikt zijn voor een doorslagspanning van 4500 Volt of hoger.

*) = plus/minus


Modificatie van het ontwerp

Op het schema van het originele ontwerp ziet u dat twee punten van de antennetuner aan aarde bevestigd zijn:

A. het midden van de afstemcondensator;

B. de balun.


A. Iedere antenne heeft a-symmetrie.

Tenzij de antenne tussen twee masten 100% horizontaal opgehangen wordt en de open voedingslijn vanuit het midden loodrecht naar beneden gaat met uw shack daar recht onder. En dan nog...

Wanneer u het midden van de afstemcondensator en de balun aan aarde legt, dan dwingt u daarmee de antennetuner om exact dat punt als het midden aan te nemen.

En is dat wel exact het midden?

Laat de antennetuner daarom zelf het midden zoeken en dat zal geheel afhankelijk zijn van de situatie van uw antennesysteem.

Nadelen van het afdwingen van het midden in een symmetrische antennetuner:

1. kans op ongelijke antennestromen door de beide feeders;

2. kans op energieverlies;

3. kans op laagfrequent detectie.


Bob J. van Donselaar ON9CVD wees mij echter op de risico's van het niet-aarden van een symmetrische antennetuner.

Hij schreef mij daarover onder andere het volgende:

"Mij schoot nog een gedachte te binnen, die ik je niet mag onthouden omdat dit mogelijk gevaarlijke toestanden kan voorkomen.

Je herinnert je ongetwijfeld wel het verhaal van Benjamin Franklin, die met een vlieger aantoonde dat onweer en bliksem elektrische verschijnselen zijn.

Met een vrij zwevende tuner sta jij op het punt zijn experimenten in het klein te herhalen.

In de nabijheid van onweer, maar ook bij lage luchtvochtigheid kan de lucht sterk elektrostatisch worden opgeladen.

Deze lading komt dus ook op je antenne en kan gemakkelijk enkele duizenden volt bedragen.

Bij een elektrisch geisoleerde antennetuner staat dus het volle potentiaalverschil tussen de windingen van de scheidingstrafo (jouw balun),

de rest van de tuner onderdelen en de geaarde omgeving (je zender).

Hier zal dus mogelijk vonk-overslag optreden en zeker sproei-verschijnselen die de tuner zullen aantasten,

de ontvangst verstoren en mogelijk via jou naar aarde afvloeien als je te dichtbij staat.

Dit is op zijn minst een pijnlijke ervaring. Een midden-geaarde balun zal dit voorkomen, een midden-geaarde split-stator afstemcondensator niet.

Het geaarde midden van de split-stator condensator geeft de gebalanceerde tuner een impedantie naar aarde die afhangt van de stand van deze condensator en de werkfrequentie;

het is een vorm van middenaftakking die niet erg hard is.

Het geaarde midden van de balun geeft elke tak van de gebalanceerde tuner een frequentie-onafhankelijke lage impedantie naar aarde."


Ik denk dat Bob hier een heel goed punt mee maakt!

Met de balun die hieronder beschreven wordt is dit probleem goed verholpen.

De tuner ligt aan aarde, maar het midden van de tuner wordt daardoor niet afgedwongen. Een uitstekende oplossing dus.

Een andere goede tip van Bob ON9CVD is het omschakelen van de twee secties van de variabele afstem condensator, zoals hieronder getekend en verklaard:

Hiermee verkrijg je het volgende:

1. Eén sectie van de condensator heeft een bereik van 30 tot 150 pF.

2. Met de twee secties van de split-stator variabele condensator in serie (en het midden daarvan niet aan aarde!) levert een bereik op van 15 tot 75 pF.

Voor de hoge banden (10 tot en met 20 meter) is een in serie geschakelde split-stator condensator zondermeer aan te bevelen.

3. De twee secties van de condensator parallel geschakeld levert een bereik op van 60 tot 300 pF.

Voor de lage banden (160 tot en met 40 meter) kunnen de twee secties beter parallel geschakeld worden.

In combinatie met de vaste condensatoren levert dit het volgende op:

1. Enkele sectie van de afstem-C: 30-150 pF
Met een vaste C van 60 pF: 90-210 pF

Met een vaste C van 120 pF: 150-270 pF
Met een vaste C van 160 pF: 190-320 pF
Met een vaste C van 250 pF: 280-400
Met een vaste C van 475 pF: 495-625 (een gat tussen 400 en 490 pF)

2. De twee secties van de split-stator C in serie: 15-75 pF
Met een vaste C van 60 pF: 75-135
Met een vaste C van 120 pF: 135-195
Met een vaste C van 160 pF: 175-235
Met een vaste C van 250 pF: 265-325 (een gat tussen 235 en 265 pF)
Met een vaste C van 475 pF: 490-555 (een flink gat tussen 325 en 490 pF)

3. De twee secties van de split-stator C parallel: 60-300 pF
Met een vaste C van 60 pF: 120-360 pF
Met een vaste C van 120 pF: 180-420 pF
Met een vaste C van 160 pF: 220-460 pF
Met een vaste C van 250 pF: 310-550 pF
Met een vaste C van 475 pF: 535-775 pF
Geen gaten in het bereik!

Eventueel kunnen nog 1 of 2 extra vaste C's met een hogere waarde gemonteerd worden.

Bijvoorbeeld rond de 600 en 700 pF.

Dit zal met name interessant zijn voor het gebruik van de tuner op de 160 meterband.


B. Bob ON9CVD adviseert om in de antennetuner een stroombalun toe te passen. Hij geeft hierbij de volgende voordelen aan:

1. het frequentiegebied loopt van 2 tot 100 MHz en heeft in dit gebied een veel lagere demping;

2. het midden van de balun zweeft voor HF stromen. De tuner kan dus zelf zijn midden kiezen;

3. de tuner is hard geaard voor gelijkstroom (dus voor statische ladingen);

4. het maximaal toegestane systeemvermogen is meer dan drie maal zo hoog als bij de spanningsbalun.

Wanneer u geinteresseerd bent in de buitengewoon interessante en leerzame experimenten van Bob ON9CVD,

dan kan ik u van harte aanbevelen om eens kennis te maken met de site van Bob:

http://sharon.esrac.ele.tue.nl/~on9cvd/Balun.htm#Symmetrischetunerbalun

Na een flink aantal experimenten en metingen door Bob is dit uiteindelijk het resultaat geworden.


Ongeveer 1-1/5 meter RG-142 teflon coaxkabel met 15 wikkelingen op twee FT240-61 ringkernen.

Met een teflon staafje tussen de eerste en laatste winding om parasitaire capaciteit tussen de in- en uitgang zoveel mogelijk te voorkomen.

Deze 1:1 stroombalun is geschikt voor ruim 3000 Watt en wordt gemonteerd aan de zenderzijde van de symmetrische antennetuner.

Hieronder vindt u de resultaten van de metingen van de bovenstaande 1:1 stroombalun ten opzichte van een 1:1 spanningsbalun:


Een interessante toelichting over het gebruik van de bovenstaande balun vindt u op de site van Gert-Jan PA1G:
http://www.pa1g.nl/tech/common_mode/balun.htm
Ook leest u hier meer over het belang van de common mode impedantie van de balun en van de parasitaire capaciteiten
in een metalen kast waarmee men rekening moet houden.


De schakelaar bestemd voor S1A/S1B en S2A/S1B

Voor S3 wordt eenzelfde type toegepast, maar dan eendeks.
Deze schakelaars zijn uit hoogwaardige materiaal opgebouwd; onder andere keramische isolatie en verzilverde contacten.
Zondermeer schitterend materiaal.
Dit zijn verreweg de duurste onderdelen van dit zelfbouw project.
Ik ben echter van mening dat de schakelaar een van de belangrijkste elementen is van de antennetuner.
Vooral de schakelaars, die veel gebruikt zullen worden, moeten betrouwbaar en van uitstekende materialen gemaakt zijn.
Het is niet verstandig om hierop te besparen.
Deze schakelaars worden gefabriceerd door de firma MTI (Multi-Tech Industries) in de USA, zie http://www.multi-tech-industries.com/Default.htm
De schakelaar zoals hierboven afgebeeld is van het type 86.
Voor lager vermogen volstaat het type 80.
Type 86 is geschikt voor 7000 Volt en 20 Ampere.
Type 80 is geschikt voor 4500 Volt en 10 Ampere.
Deze schakelaar worden ook toegepast in linear amplifiers of antennetuners van QRO Tech, Palstar, Command Tech, Emtron en Leitner(IT),
tevens in de EZ Tuner Amp welke gepubliceerd is in QST
.

Een van de vier spoelen van 71 uH voor L1 tot en met L4

Deze verzilverde spoelen zijn van het merk Barker & Williamson.

De spoelen zijn 25 cm lang en hebben een diameter van 7 cm.

Als isolatiemateriaal wordt Lexan toegepast.

Zie http://www.bwantennas.com/ama/aduxlex.ama.htm.

Inmiddels heb ik een bedrijf in Duitsland gevonden dat spoelen in de gewenste waarde op maat kan maken.

Weliswaar niet verzilverd, maar dat is voor HF natuurlijk niet noodzakelijk.

Dit zal aanmerkelijk in prijs schelen; B&W spoelen zijn heel mooi, maar duur.


De variabele afstem condensator, bedoeld voor C5
Dit type is van E.F. Johnson Co., 2 x 150 pF (24 - 146 pF), 7000 Volt, 10 mm plaatafstand, 34 cm lang, 10 cm hoog en breed.
Met mooi keramisch isolatiemateriaal.


De vaste condensatoren, bedoeld voor C1 tot en met C4 (of C6)

Deze condensatoren varieren in waarde van 40, 80, 120, 160, 250 en 470 pF.
Met een doorslagspanning van tussen de 10 en 40 kiloVolt.
Gekocht op diverse radiomarkten voor enkele euro's per stuk.


De schakelknoppen, afstemknop en 1:6 vertraging
Gekocht bij Palstar USA, bij elkaar voor ongeveer 25 euro


De keramische doorvoeren

Gekocht op een radiomarkt voor een paar euro.


Michel ON4MAC maakte de bovenstaande steun voor de vier spoelen
Deze steun bestaat uit twee 5,5 mm dikke plaatjes Lexan, waarvan een plaatje geboord is met acht gaten van 12 mm.


De steunen worden met een aluminium hoeklijntje van 2 bij 2 cm bevestigd aan de chassisplaat.
Tussen twee van deze steunen worden twee spoelen geklemd.
De spoelen worden 180 graden uit fase boven elkaar bevestigd, zodat de onderlinge beinvloeding minimaal is.

De 19" kast van Schroff als behuizing voor de antennetuner
Afmetingen: 19" (480 mm) breed, 220 mm hoog en 460 mm diep.


De onderdelen van de 19" kast uitgepakt en...


...gemonteerd.


Het is zaak om de onderdelen de juiste plaats te geven. Dat klinkt heel simpel, maar is een uiterst nauwkeurig werk.
De opstelling van de onderdelen naderhand aanpassen is minder simpel dan je zou denken en natuurlijk niet zo mooi.


Het is even belangrijk om goed na te denken over de plaats van de knoppen (met daarachter de afstem C en de drie schakelaars)
op de frontplaat van de zelfbouw antennetuner.
De twee knoppen aan de bovenzijde zijn bedoeld voor de 12-standen schakelaars voor de 4 spoelen.
De knop aan de rechteronderzijde is voor de 8-standen schakelaar voor de vaste condensatoren.
De drie micro-schakelaars linksonder zullen niet gebruikt worden.
De frontplaat ziet er nu natuurlijk nog heel kaal uit. Uiteindelijk komt er een dunne folie overheen (zwart met witte letters)
met daarop de teksten en schakelstanden van de schakelaars.

Passen en meten


 

Nu de gaten boren in de chassisplaat en het voorfront en daarna alle onderdelen bevestigen.


Meester mechanicus Jos PA3ACJ biedt de helpende hand.


Op de kolomboormachine.


En de draaibank.


De huiskamer deelt in het experiment...


De achterzijde van de antennetuner is klaar. Hier komt nog een dunne folie of een aluminium plaat overheen met daarop tekst.


Alle onderdelen zijn nu gemonteerd!

Nu is het zaak om de bedrading aan te brengen.


Verzilverde klemmetjes van B&W op de spoelen voor de 11 aftakkingen.


Zendamateur of chirurg...?


Eerst de schakelaar voor de vaste condensatoren bedraden.


De laatste draden zijn het lastigst om aan de schakelaar te solderen.


Dit begint al aardig te lijken op de originele foto in het ARRL handboek...


-----

Stuurt u mij vooral een bericht wanneer u op- en aanmerkingen, suggesties of ideeën heeft,

ook wanneer u het beter weet of zelfs beter denkt te weten. Ik sta voor alles open!

Belangrijk is dat het project slaagt en veel mensen door nabouw plezier kunnen beleven aan dit ontwerp symmetrische antennetuner.


N.B. Deze antennetuner is mede tot stand gekomen dankzij de hulp van onder andere:

Bob K3SRO

Michel ON4MAC

Bob ON9CVD

Frits PA0FRI

Gert PA0TCD

George PA0YG

Gert-Jan PA1G

Jos PA3ACJ

Jaap PA7JK

Arend PA1ARE

Graag wil ik deze mensen, maar ook alle anderen die ideeen, suggesties, opmerkingen en positieve kritiek hebben geuit, hartelijk danken!

 


 
Banner