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Antennentuner Palstar AT1500BAL, ein Leckerbissen für Zweidraht-Fans

Wer eine symmetrische Antenne mit Zweidrahtspeiseleitung und entsprechender Leistung betreiben will, findet in diesem Antennentuner das passende Bindeglied zwischen der PA und der Feederleitung („Hühnerleiter“). Ein weiter Abstimmbereich und geringe Verluste zeichnen den Palstar AT1500BAL aus, der in Piqua/Ohio gefertigt wird und nun auf dem deutschen Markt erhältlich ist.

Die Schaltung des Antennentuners

Das Antennenanpassgerät ist ausschließlich dazu geeignet, symmetrische Antennen mit einer abgestimmten Speiseleitung zu betreiben. Ein Einsatz für unsymmetrische Antennen, z.B. mit Koaxspeisung, ist nicht vorgesehen, bzw. auch nicht möglich. Am Eingang befindet sich eine frequenzkompensierte SWR-Brücke, die zum Messen der vor- und rücklaufenden Leistung benutzt wird und umschaltbar auf 300/3000Watt ist. Die Anzeige erfolgt über ein Kreuzzeigerinstrument, das auf der linken Seite die Ausgangsleistung und auf der rechten die reflektierte Leistung darstellt.

Dann schließt sich ein Strom-Balun an mit einem Übertragungsverhältnis von 1:1 (unsymmetrisch/symmetrisch), so dass der Tunereingang immer 50Ohm reell und balanciert „sieht“. Es folgen in Reihe zwei dicke Rollspulen mit jeweils 23uH Induktivität. Der Abstimmdrehko mit 460pF Kapazität kann wahlweise dem Ausgang oder dem Eingang parallel geschaltet werden. Um den Abstimmbereich vor allem auf den Low-Bands zu vergrößeren, kann ein zusätzlicher Festkondensator mit 460pFden Kapazitätswert verdoppeln. Die Umschaltung erfolgt wegen der Spannungsfestigkeit und der kurzen Leitungswege über zwei dicke Leistungsrelais. Daher benötigt der Tuner im Betrieb eine Gleichspannung von 12-14V, die auch gleichzeitig für eine abschaltbare Beleuchtung des Messinstrumentes sorgt.

Das Blockschaltbild des Tuners wird aus den Bildern 1 und 2 deutlich. Die Variante mit Drehko im Ausgang entspricht einer Aufwärtstransformation („High-Z“Ausgang, Bild 1) für Impedanzen >50Ohm am Ende der Speiseleitung. Ist der Drehko dem Eingang der Rollspulen quergeschaltet („Low-Z“-Variante, Bild 2), so können niederohmige Impedanzen <50Ohm angepasst werden.

Die Schaltung entspricht als symmetrische Ausführung dem bekannten, unsymmetrischen L-Glied, bestehend aus einer Induktivität und einer Kapazität, mit dem man einen 50Ohm-Eingang auf einen einzelnen Draht abstimmen kann. Auch dabei gibt es die Möglichkeit der Aufwärts- und Abwärtstransformation, je nachdem, wie der Drehko geschaltet ist.

Der Abstimmbereich variiert mit der Frequenz. Von 160-20m kann ein Widerstand am Ausgang von 2500 +/-j2500 Ohm angepasst werden, auf 15m liegt er bei 1000 +/-1000 Ohm und bei 10m bei 500 +/-500 Ohm. Der Grund für den eingeschränkten Abstimmbereich auf den höheren Frequenzen ist in der unvermeidbaren Anfangskapazität des Abstimmdrehkos zu suchen, der aus mechanischen Überlegungen (Spannungsfestigkeit!) etwa 40pF nicht unterschreiten kann.

Mechanischer Aufbau

Kurz und knapp könnte die mechanische Realisation des Tuners mit dem Prädikat „Schiffsfunk“ charakterisiert werden. Wer die solide Technik einer inzwischen leider vergangenen Funkepoche noch kennt, weiß, was damit gemeint ist. Der Drehko ist mit großem Plattenabstand für 4,5KV ausgelegt, er ist elektrisch „heiß“ und wird mit einer Fiberglas-Achse über einen Feintrieb 1:6 betätigt. Dieser und die Skala von 1-100 ermöglichen ein sehr sauberes Abstimmen und eine hohe Wiederkehrgenauigkeit.

Die Rollspulen bestehen aus senkrecht stehendem und 5mm starken, versilberten Kupferbandmaterial. Die Schleifer arbeiten großflächig über Doppel-Messerkontakte. Dabei habe ich mich gefragt, wie man eine Rollspule aus senkrecht stehendem Bandmaterial fertigt, dies ist im Eigenbau praktisch unmöglich. Bild 3 vermittelt einen guten Eindruck von der Solidität der wichtigsten Bauteile. Die synchrone Abstimmung beider Spulen geschieht über einen Glasfiber- Zahnriemen. Mit einem Kurbelknopf ist ein relativ schnelles Auffinden des Resonanzpunktes möglich. Eine mechanisches Zählwerk dient als Abstimmanzeige mit einem Bereich von 0-368.

Die Relais zum Umschalten der Kapazitäten befinden sich im hinteren Teil des Tuners. Direkt an der Antennenbuchse sitzt in einem abgeschirmten Gehäuse die SWR-Schaltung. Eine separate Platine an der Frontseite trägt die Schalter und Bauteile für die Leistungsumschaltung und die Relaissteuerung. Die Innenansicht (Bild 4) zeigt die beschriebenen Bauteile. Die Frontplatte (Bild 5) trägt rechts den Kurbelknopf für die Rollspulen, darüber das mechanische Zählwerk, und in der Mitte den Drehknopf mit Feintrieb für den Drehko. Nur zwei Abstimmelemente machen einen Frequenzwechsel sehr schnell möglich, vor allem wenn man sich in einer Tabelle die Bandabstimmpunkte notiert hat. Unten sind vier Druckschalter für die Skalenbeleuchtung (An/Aus), die Leistungsanzeige (300/3000Watt), den Parallel-Kondensator zum Vergrößern des Drehko-Bereichs und die Relaisbetätigung Hi-Z/Lo-Z angeordnet.

An der Rückseite finden sich die Buchse für 12V=, die beiden Anschlüsse mit Flügelmuttern für die Zweidrahtleitung an dicken Isolatoren und eine Erdungsschraube. Es ist dringend anzuraten, eine gute Masseleitung mit dem Antennentuner zu verbinden. Das Chassis und der Gehäusedeckel sind aus 2mm starkem Aluminiumblech und mit mattschwarzem Kräusellack versehen, was hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht ermöglicht und einen professiellen Eindruck vermittelt.

Wissenswertes zur Theorie von Antennenanpassgeräten

Vor dem Einsatz eines Antennen-Anpassgerätes sollte man sich einige Gedanken zu den verwendeten Antennen machen. Dabei geht es nicht nur darum, dass effektive Antennen möglichst hoch und frei angebracht werden müssen, vor allem sind die Verhältnisse am Antennenspeisepunkt und am Einkopplungsende der Zweidraht-Speiseleitung („Feeder“) einer näheren Betrachtung wert.

Die Technik von Dipol und abgestimmter Speiseleitung war aus zwei Gründen früher weit verbreitet. Einmal lagen die Frequenzbänder harmonisch zueinander (10m, 20m, 40m, 80m und 160m), zum anderen war Koaxialkabel für den Amateur kaum erhältlich.

Die Speiseleitung wurde direkt an den Schwingkreis der mit Röhren bestückten Endstufe angekoppelt. Die ursprünglich verwendeten Längen und Verhältnisse von Dipol und Speiseleitung kann man sich mit Bild 6 vor Augen führen.

Sind die Abschnitte X so bemessen, dass sie einer Viertelwellenlänge oder ungeradzahligen Vielfachen davon entsprechen, so ist der Impedanzpunkt Z1 niederohmig mit einem Strombauch und einem Spannungsknoten. Genau umgekehrt sind die Verhältnisse bei Längen von X, die einer Halbwelle oder Vielfachen davon entsprechen. Bei Z1 liegt dann ein hochohmiger Impedanzpunkt mit Spannungsbauch und Stromknoten vor.

Bild 6

Hat die Speiseleitung eine Länge Y von einer Viertelwellenlänge oder ungeradzahligen Vielfachen davon, so tritt durch die Phasenverschiebung von 90° eine Impedanztransformation ein. Je nach den Verhältnissen bei Z1 tritt dann bei Z2 im Einkopplungspunkt der Zweidrahtleitung ein niederohmiger, reller Widerstand auf, wenn die Leitung eine Halbwelle oder Vielfachen davon entspricht, ist die Phasenverschiebung 180° und bei Z2 treten dieselben, reellen Impedanzen wie bei Z1 ohne Transformation auf. Je nach den gewünschten und realisierten Kombinationen von X und Y konnten die Anpassnetzwerke für Stromkopplung oder Spannungskopplung ausgelegt werden. Wer sich für diese inzwischen überholte Technik interessiert, wird in allen Ausgaben des „Rothammel“ fündig [1].

Dann ist in den 50ern das 15m-Band hinzugekommen, seit 1980 sorgen die WARC-Bänder 12m, 17m und 30m dafür, dass die frequenzharmonischen Verhältnisse bei einer Multibandantenne nicht mehr gegeben sind. Aus diesem Grund liegen weder bei Z1 noch bei Z2 klare Verhältnisse vor. Daher können wir den Dipol so bemessen, wie es die Aufhängungspunkte ermöglichen, und auch die Speiseleitung erhält die Länge, die vom Speisepunkt der Antenne bis zum Tuner vorgegeben ist.

So ist bei Z2 mit allen Werten des reellen Anteils am Speisewiderstand zwischen nieder- und hochohmig zu rechnen. Zusätzlich wird praktisch immer ein komplexer Anteil vorliegen. Ist das System aus Dipol und Speiseleitung für die Betriebsfrequenz zu lang, liegt ein induktiver Blindanteil vor (+j), ist es zu kurz, haben wir einen kapazitiven (-j). Beide Probleme müssen vom Antennenkoppler gelöst werden: Anpassung des reellen Widerstandsanteils an die 50Ohm des Senderausganges und die Kompensation des komplexen Anteils mit Hilfe von C und L im Tuner. Analog gelten natürlich die gleichen Beziehungen, wenn man andere symmetrische Antennen benutzt.

Zum Vergleich schauen wir uns ein anderes, preiswerteres Prinzip zur Anpassung an die symmetrische Speiseleitung an, wie es in Bild 7 zu sehen ist. Es handelt sich um die weit verbreitete T-Match-Schaltung, die zunächst unsymmetrisch mit zwei Drehkos und einer variablen Induktivität die Abstimmung bewerkstelligt und dann im Ausgang mit einem Balun 1:1 oder 1:4 auf die Zweidrahtleitung übergeht.

Im Gegensatz um AT1500BAL oder vergleichbaren, echten symmetrischen Tunern liegen hier ganz andere Verhältnisse vor. Wie Bild 1 zeigt, hat der Balun dort immer dieselben, definierten Übertragungseigenschaften, nämlich 50Ohm reell unsymmetrisch auf 50Ohm reell symmetrisch. Bei den T-Match-Tunern sieht die Sache völlig anders aus. Die reellen Widerstandsanteile können im Eingang des Baluns zwischen wenigen Ohm und einigen hundert Ohm variieren, entsprechend sieht es auf der Sekundärseite aus. Zusätzlich werden aber auch die Blindanteile über den Balun übertragen, weil sie ja erst hinter dem Balun „weggestimmt“ werden. Das kann zu mehr Verlusten führen, außerdem ist der nutzbare Abstimmbereich des unsymmetrischen Tuners deutlich kleiner.

Der Palstar AT1500BAL in der Praxis

Gegenüber den T-Match-Tunern fällt sofort der größere Abstimmbereich auf, der auch in kritischen Fällen noch eine Anpassung ermöglicht. Durch die hohe Güte der verwendeten Bauteile ergibt sich durch den Tuner eine recht gute Vorselektion, die den Empfängereingang spürbar entlastet. Die heutigen Transceiver mit Breitbandeingängen im Frontend danken dies mit deutlich weniger Intermodulationsprodukten.

Mit verschiedenen Antennenlängen und Speiseleitungslängen von Dipolen, im neueren Sprachgebrauch allgemein wieder als „Doppel-Zepp“ bezeichnet, hatte der Palstar keine Probleme. In keinem Fall kam es zu Spannungsüberschlägen im Drehko, wie es mir mit für ähnliche Leistungen vorgesehenen T-Tunern schon vorgekommen ist.

Auch ein einzelner DJ4VM-Quadrahmen [1, 2] lässt sich hervorragend anpassen. Notiert man sich die Abstimmpunkte, so ist ein Bandwechsel mit Neuabstimmung in wenigen Sekunden erledigt.

Kommt es tatsächlich einmal vor, dass kein Abstimmpunkt zu finden ist, was übrigens mit allen Tunern der verschiedensten Schaltungen auftreten kann, so gibt es eine elegante Möglichkeit (Bild 8), dem anzuhelfen. Mit zwei (bzw. 4) Relais oder entsprechenden Schaltern wird ein zusätzliches Stück Feederleitung mit einigen Metern Länge (ausprobieren!) eingeschleift, das zu anderen Impedanzverhältnissen am Tunereingang führt.

Weitere Antennen, die sich für den AT1500BAL anbieten, sind liegende Quadschleifen, Lazy-H oder W8JK-Antennen. Ersetzt man den Balun und das Koaxkabel im Eingang einer Trap-Yagi durch eine symmetrische Speiseleitung, z.B. das 450-Ohm-Wireman-Kabel (Bild 9), so kann der Strahler für weitere Frequenzen genutzt werden und man hat zumindest einen Rotary-Dipol in entsprechender Höhe zur Verfügung, ohne dass die Beam-Eigenschaften auf den ursprünglichen Bändern verloren gehen. Gerade mit dem Damoklesschwert der BEMFV im Nacken kann diese Lösung deutlich günstiger sein als weitere Antennen, die ungünstiger angebracht sind und an kritischen Punkten höhere Feldstärken aufweisen. Der Strahler eines FB-33 kann so z.B. für die Bänder 12, 17, 30 und 40m genutzt werden, ohne dass die Antenne selbst verändert werden muss. Diese Variante hatte ich mit sehr gutem Erfolg vor einigen Jahren testweise in Betrieb, allerdings nur mit einem 100Watt-Tuner.

Eine andere Lösung für eine kompromisslose Multiband-Richtantenne besteht aus einer Quad mit einem Fullsize-20m-Strahlerrahmen nach dem DJ4VM-Prinzip mit zentraler Zweidrahtspeisung und 5 resonanten Ganzwellen-Reflektorschleifen für die Bänder 10m, 12m, 15m, 17m und 20m, wie ich sie in ähnlicher Form als DK7ZB-Quad schon beschrieben habe [3] und wie sie von Titanex als kommerziell erhältliche Lösung vertrieben wird [4]. Dafür ist der AT1500BAL das ideale Anpassgerät. Die verbesserte DK7ZB-Quad werde ich demnächst in einem getrennten Bericht vorstellen.

Zum Abschluss soll noch eine selbstgebaute, hoch belastbare, aber sehr leichte Feederleitung gezeigt werden. Dazu wird ein PVC-Installationsrohr in 8cm lange Stücke gesägt. Jeweils 1cm von jedem Ende wird ein Loch gebohrt, durch das die beiden Leitungen gefädelt werden. Damit liegen die beiden Drähte 6cm auseinander. Der Abstand der Spreizer kann 30-40cm betragen. Dann wird mit einem Stück 1mm-Cu-Draht rund um jede Leitung bei jedem Spreizer verschiebungssicher eine Befestigung gelötet.

Bild 10 zeigt die Einzelheiten bei einem unisolierten 2mm dicken Litzendraht, dabei wurden zum Fotografieren die Spreizer enger gesetzt. Ähnlich kann man mit isolierter Litze verfahren, wobei die Befestigung mit umwickelten Nylon-Seil oder auch dünnem Blumenbindedraht erfolgen kann. Dabei sollte man sich in Erinnerung rufen, dass Zweidrahtleitungen nur einen Bruchteil der Dämpfung auch bester Koaxialkabel aufweisen.

Setzt man das aus USA stammende „Wireman“-Kabel ein (Bild 9), sollte man die stärkere Variante für 2KW (Typ CQ552) wählen, bei der die Leiter aus dickerem, aber flexiblem Cu-Litzendraht bestehen. Die preiswertere Ausführung hat einen dünneren, massiven Leiter, der bei kritischen Windbewegungen leichter brechen kann.

Der getestete Tuner mit der Serien-Nummer 03553 wurde von der Fa. Communication-Systems Rosenberg (CSR) zur Verfügung gestellt [5], bei dem der Palstar AT1500BAL auch bezogen werden kann.

Technische Daten:

Anzeige	Kreuzzeigerinstrument mit frequenzkompensiertem SWR-Koppler
Anzeigebereich	Umschaltbar 300/3000 Watt
Frequenzbereich	Alle Bänder 160m-10m
Leistung	1,5KW PEP, 1KW Einton
Abstimmbereich (Reelle Last)	20Ohm-2500Ohm
Abstimmbereich (Komplexe Last)	160m-20m 2500 +/- j2500 Ohm 15m, 17m 1000 +/-j1000 Ohm 12m,10m 500 +/-j500Ohm
Abmessungen mit Füßen	173mm (H) x 322mm (B) x 368mm (T)
Masse	5kg

Literatur- und Quellenangaben:

[1] Krischke, A. (DJ0TR): Rothammels Antennenbuch, 12. Auflage, DARC Verlag Baunatal

[2] Boldt, W. (DJ4VM): Die DJ4VM-Multiband-Quad, DL-QTC 9/68, S. 515-526

[3] Steyer, M. (DK7ZB): Leistungsfähige Quadantenne nach DK7ZB, Funkamateur 1/1995, S. 69-71

[4] Fa. Titanex, Burgstall, D-93339 Leiblfing, Tel. 09427/902180, Webadresse www.titanex.de

[5] Fa. Communication Systems Rosenberg, Marienbader Str. 14a, D-61273 Wehrheim/Taunus, Tel. 06081/59393, Webadresse www.gagacom.de