Mein PicATU100 und PicATU20 (Watt)

• Bild links. Die Gesamtansicht des Tuner-Prototyps mit seinem Display und den 8 Tasten. Damit kann der Tuner neben der Fernsteuerung auch noch bedient werden. Einige Funktionen können nur mit den Tasten am Tuner ausgeführt werden. Dazu gehören auch Funktionen im SETUP.
• Bild rechts. Die Innenansicht. Ganz unten ist der Hybridbalun (Kombination aus Balun und Mantelwellensperre) von DG0SA zu sehen. Die Gleichtaktunterdrückung ist hervorragend. In der Mitte das L-Glied mit seinen 255 binären Abstufungen. Ganz oben das C-Glied mit 2047 binären Schritten. Ganz links ist die Steuerung mit dem PIC 18F4520 und die Relaistreiber-ICs. Rechts unten sind die Stabilisier-Elkos für die 12V Relais, 12V Steuerung und die Interruptauskopplung für die Fernsteuerung und der Entkopplung der HF. Dann folgt der SWR-Messkopf mit seiner Messeinrichtungen für Vorlauf / Rücklauf und Frequenz. Die Aufbereitung der CW-Signale und Einkopplung ins Koaxkabel ist auch an dieser Stelle. Einen Power ON/OFF Schalter gibt es nicht. Der PicATU wird über das kleine Fernsteuerteil EIN oder AUS geschaltet.

• Bild ganz links. Das ist mein zweiter Aufbau eines PicATU 100W. Der ist etwas kleiner geworden.
• Ansicht von innen, oben. Links das Steuerteil. Oben das L-C Glied. Unten, das Weise, die Mantelwellensperre, der SymBa 200 von DG0SA. Unten rechts der Richtkoppler, die Messeinheit für SWR, 2x AD8307 und die Messeinheit für die Frequenz.
• Ansicht von innen, von unten. Oben die Ansteuerbaugruppe der Relais. Rechts das Steuerteil mit LCD-Anzeige und Tasten.
• PicATU von vorn. Frequenz 3,75 MHz. Es liegt kein Sendesignal an. Die Poweranzeige ist im Leerlauf -29,5dBm.
• Oben ist die Remote-Steuerung (mit 12V-SV Unterbrechung) zu sehen. Damit kann der PicATU abgesetzt betrieben werden. Die Stromversorgung und die Remote-Steuerung (mit 12V-SV Unterbrechung) erfolgt über das Koaxkabel. Die Rückmeldungen des Tuner erfolgt per CW und ist im Empfänger des TRX zu hören.
• Bild ganz rechts. Hier als Beispiel, die Abfrage des SWRs vom letzten Tunen.

• Bild links. Zu sehen ist der kleinere PicATU 20 Watt. Die SV erfolgt auch über das Koaxkabel sowie die Remote-Steuerung (mit 12V-SV Unterbrechung). Die Funktionsweise ist die gleiche. Den PicATU20 nehme ich gern mit in den Urlaub. Da fahre ich nur QRP-OSOs.
• Ansicht von innen. Links das Steuerteil. Oben das L-C Glied. Unten links eine kleine Mantelwellensperre. Unten rechts, der Richtkoppler und die 2 Platinen zum Messen, SWR und Frequenz.
• Ich habe noch eine PicATU20#2 aufgebaute mit industriell gefertigten Platinen. Den Balun habe ich mit Ringkernen N30 nach dem Vorbild von DG0SA aufgebaut. Darüber habe ich schon einmal im QRP-Forum berichtet.
• PicATU20#2 mit komfortabler Fernbedienung.
• Bild rechts. PicATU20 mit abgenommener Frontplatte.

• Bild ganz links. Die kleinste Fernbedienung. Die Baugruppe ist etwas größer als eine Streichholzschachtel. Bedienelemente sind der Schalter PowerON und der Fernsteuer-Umschalter für die 12V SV Unterbrechung. Um die LED habe ich einen kleinen Blechring gelötet, damit ich die LED bei Helligkeit besser sehen kann.
• Das abgewinkelte Blech abgeschraubt. Die 2 Drosseln 330uH trennen die HF ab. Die Anschlusskabel sind direkt an die LP gelötet.
• Die etwas größere Baugruppe. Hier habe ich zusätzlich ein Drehspulenmessinstrument für die Strommessung eingebaut.
• Vorn wieder die Schalter PowerON und 12V SV Unterbrechung. Die LED ist dazwischen.
• Die neu entwickelte luxeriöse Fernbedienung mit LCD-Display. Links in der Frontplatte die beiden Schalter PowerON und 12V SV Unterbrechung. Die LED habe ich weg gelassen. Im Display sind alle Infos zu sehen. Zusätzlich ist ein RS232 Kabel (min. 3-polig) zwischen Fernbedienung und PicATU erforderlich.
• Bild ganz rechts. Hinten links wieder die LP wie bei den anderen Baugruppen. Zusätzlich vorn die LP mit Microkontroller und Bedienelementen wie Drehgeber und Einzeltaste. Hinten rechts ein USB-Anschluss und Anschlüsse für verschieden TRX. Ich bin noch dabei alles in die Software zu implementieren.

Auf dem Display sind viele Informationen zur Kontrolle der Funktion. Durch den Einsatz von 2x AD8307 im SWR-Messkopf sind relativ genau Messwerte möhlich.

Ich beschäftige mich schon längere Zeit mit Antennentunern und deren Abstimmfunktionen. Als Abstimmelement setze ich immer ein L/C Glied ein. Ich bin aber nicht bei der meistens verwendeten L/C-Kombination geblieben. Zusätzlich zur Umschaltung Z > 50 Ohm / Z < 50 Ohm kann L und C noch vertauscht werden. Manchmal benötigt man einen sehr kleinen oder sehr grossen imaginären Widerstand. Der kleine imaginäre Widerstand lässt sich besser mit einer kleinen Induktivität nachbilden und ein grosser imaginärer Widerstand mit einer kleinen Kapazität. Deshalb ist es günstig wenn L und C vertauscht werden kann. Durch das Vertauschen von L und C und Z > 50 Ohm / Z < 50 Ohm, ergeben sich 4 L/C Varianten. Rechnet man noch „nur L” und „nur C” dazu sind das 6 verschiedene L/C Kombinationen.

Die Grundidee der Fernsteuerung und Fernspeisung stammt von G3XJP Peter Rhodes. Ich habe einige Details seiner Ideen mit bei der Konstruktion meines PicATU verwendet. Die FW im PIC habe ich neu geschrieben. Das Schreiben der Firmware hat sich über mehrere Jahre hingezogen. Als Programmiersprache verwende ich immer Assembler. Nur so ist es möglich eine optimal arbeitende FW mit dem riesen Funktionsumfang zu realisieren.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Einbau eines Hybridbaluns (verbesserte Mantelwellensperre) nach DG0SA Wolfgang Wippermann. Der Balun befindet sich zwischen der SWR-Messeinrichtung und dem L/C Glied. Das L/C Glied wird „HF-Schwimmend” montiert und hat keine Masseverbindung. Durch diese Schaltungsanordnung lässt sich der Tuner für symmetrische und unsymmetrische Antennen verwenden. Der Hybridbalun verhindert das Zurückfließen und Abstrahlen der HF über die Koax-Speiseleitung (Gleichtaktunterdrückung). Auch das Empfangssignal wird etwas ruhiger, da über das Koax-Zuleitungskabel weniger Signale empfangen werden. Ich bin der Meinung, dass eine Mantelwellensperre bei allen Tunern notwendig wäre. Inzwischen hat sich heraus gestellt, dass eine einfach Mantellwellensperre (Koaxkabel auf Ringkern gewickelt) auch reicht, wie ich sie beim PicATU500 getestet habe.

Kurze Stichpunkte zu den technischen Daten:
1. L Gesamtinduktivität etwa 20uH, 255 Abstufungen, kleinster Schritt 0,08uH.
2. C Gesamtkapazittät etwa 3,2nF, 2047 Abstufungen, kleinster Schritt 1,6pF.
3. 6 L/C Varianten, 4 L/C Varianten + nur L und nur C.
4. Fernspeisung über das Koaxkabel vom Remotebedienteil mit 12V.
5. Fernsteuerung über das Koaxkabel, durch kurze Spannungsunterbrechungen im Remotebedienteil mit einem einfachen Umschalter.
6. Rückmeldung des Tuners ist im Frequenzbereich von 1MHz bis 30MHz im TRX hörbar als CW-Information. Die CW Geschwindigkeit ist im SETUP in 2 Stufen einstellbar.
7. Die Speicherplätze der Tuner-Einstellungen sind von 1,5MHz bis 30MHz in 10kHz Segmente unterteilt und das 5 mal für 5 verschiedene Speicherbereiche (Antennenkonfigurationen). Will ich also eine neue Antenne testen, brauche ich nur die Antennennummer ändern und die gefundennen alten Einstellungen der vorherigen Antenne bleiben erhalten. Diese 5 verschiedenen Speicherbereich habe ich Antennennummer 1 bis 5 genannt.
8. Durch den Einsatz von logarithmischen Detektoren (AD8307) ist ein Tunen schon ab kleiner 1 Watt Sendeleistung möglich.
9. Sobald der TRX sendet wird die Sendefrequenz gemessen und wurde für diese Frequenz eine Einstellung gespeichert, wird diese verwendet.
10. Zusätzliche Fernbedienung per RS232-CAT-Befehl von meinem PicAStar. Das funktioniert im Moment nur mit meinenem TRX PicAStar. Mit der neuen komfortableren Fernbedienung, mit LCD-Anzeige, werde ich auch noch andere TRX anpassen. Mit einer CAT-Verbindung TRX-Fernsteuerung-PicATU wird die Tuner-Einstellung automatisch bei jeder Frequenzänderung nachgeführt.
11. Die wichtigsten Tune-Funktionen können jetzt auch mit einem Tastendruck lang direkt am PicATU ausgelöst werden.
12. Mit der neuen FW ab Version 3.15 und der Komfort-Fernbedienung lassen sich fast alle Funktionen per Fersteuerung starten. In der LCD-Anzeige der Komfort-Fernbedienung können wir den Verlauf der Funktionen verfolgen.

Sobald mit dem Umschalter S1 in der Fernsteuerung eine Spannungsunterbrechung der SV-12V erfolgt, wird im PIC ein Interrupt ausgelöst und der PIC beginnt in CW das Menü aufzuzählen. Jeder Menüpunkt besteht aus einem Buchstaben. Will man einen bestimmten Menüpunkt aktivieren, wird während der CW-Ausgabe mit dem Umschalter S1 eine erneute Unterbrechung der 12V erzeugt. Der PIC registriert das und beginnt mit der Ausführung des Befehles im Menüpunkt. Die LED im Fernsteuerteil wird für die Rückmeldung des Tuners beim Senden genutzt. Beim Senden ist ja die CW Signalisierung von Tuner zum TRX nicht möglich. Sie leuchtet je nach Stromverbrauch des Tuners hell oder dunkel. Mit R2 im Fernsteuerteil kann die Helligkeitsschwelle eingestellt werden. Der Abschluss jeder Abstimmfunktion im Tuner wird durch das Blinken der LED(Fernsteuerteil) im Sekundenrythmus signalisiert. Das Blinken der LED wird durch das EIN/AUS aller Relais im Sekundenrythmus erzeugt (Stromverbrauch MAX/MIN). Das Blinksignal ist das Ende jeder Abstimmfunktion und der TRX kann wieder auf Empfang geschaltet werden. Wähernd des Sendens ist ja eine Rückmeldung per CW von Tuner zum TRX nicht möglich. Der Tuner erkennt das Ende des Sendens und beginnt per CW Rückinformationen(ins 10kHz Segment speichern „R” und SWR des Tunens) zum TRX zu senden.

Eine kleine Übersicht der Menüpunkte bei Remote per 12V Unterbrechung:
• (M)atch: Abstimmung auf bestes SWR mit 4 Varianten von L/C. Ist das SWR besser 1,5 wird die gefunden Kombination im Eeprom abgespeichert. Sigmalisiert wird das mit einem „R” als CW-Information. Das gefunden SWR wird auch als CW-Information ausgegeben sobald das Sendesignal endet. Wird während des Abstimmvorganges das SWR < 1,3 gemessen ist der Abstimmvorgang sofort beendet. Ansonsten werden die 4 Varianten durchprobiert und die Einstellung mit dem besten SWR wird verwendet.
• (R)etuning: Die LC-Variante wird nicht geändert. In der bestehenden LC-Variante wird so lange Nachgestimmt bis sich das SWR nicht mehr verbessern lässt. Auch hier wird bei einem SWR besser 1,5 die gefunden Einstellung im 10kHz-Segment des Eeproms abgespeichert mit einem „R” als CW-Information und das SWR als CW-Info, sobald das Senden beendet wird.
• (U)tilitys: Das ist der Einstieg in das Untermenü.
  Utilitys:
  • S(W)R: Das letzte SWR der Abstimmung wird ausgegeben.
  • (B)and: Alle 10kHz kann eine Abspeicherung der Einstellung erfolgen. Hat man eine gutes SWR gefunden, kann diese Einstellung für jedes 10kHz_Segment im Band abgespeichert werden. Anhand der gemessenen Frequenz weiß der PicATU in welchem AFU-Band abgespeichert werden soll. Damit ist für alle 10kHz Segmente im AFU-Band eine Einstellung vorgegeben, die mit „Retuning” noch verbessert werden kann.
  • (K)Hz: Speichern der Einstellung im 10kHz Segment. In der neusten FW 3.15 wird ein Offset von 0..3 +/- *10kHz mit angegeben. Die Zahl 0..3 wird in CW ausgegeben. Auch hier entsprechend dem gewünschten Offset den Umschalter S1 betätigen.
  • (V) L/C Variante: Geziehltes Wechselt der L/C Variante. Es werden stellvertretend Zahlen 0 bis 5 ausgegeben.
  L/C Variante als Zahl:
  • 0 nur L
  • 1 nur L in Serie, C gegen Masse, Z größer 50 Ohm
  • 2 nur C gegen Masse, L in Serie, Z kleiner 50 Ohm
  • 3 nur C in Serie, L gegen Masse, Z größer 50 Ohm
  • 4 nur L gegen Masse, C in Serie, Z kleiner 50 Ohm
  • 5 nur C
  • (Q)RQ/QRS: Ausgabegeschwindigkeit der CW Signale ändern.
  • (I)nfo/Status: Ausgabe aller Statusdaten. Diese CW-Ausgabe dauert etwas länger.
    Ausgabe aller Status-Daten des Tuners:
    1. AntennenNr
    2. LC-Variante als Nummer 0..5
    3. L Wertebereich 0..255
    4. C Wertebereich 0..2047
    5. Frequenz
    6. letztes SWR vom Tunen
    7. Impedanz der Antennen, Z komplex und z(abs)
  • (Z) für Impedanz: Ausgabe der Antennen-Impedanz als komplexen Widerstand und als Impedanz absolut. Aus den L/C Werten lässt sich ja mit Hilfe der komplexen Rechnung die komplexe Impedanz der Antenne berechnen. Dazu wurden schon Beiträge in der Zeitschrift Funkamateur veröffentlicht.
• (S)leep: Der PIC wird in den Sleepmodus geschickt (Alles wird abgeschaltet, auch die Takterzeugung). Es werden keine Aktivitäten im Tuner ausgeführt. Nur mit einer weiteren 12V SV-Unterbrechung im Remoteteil wird der PIC wieder aufgeweckt.

Lassen wird das Menü ohne Unterbrechnung durchlaufen hören wir der Reihe nach „M, R, U, S”. Der Tuner geht anschließend wieder in Bereitschaft. Möchte man die Unterfunktionen in „Utility” nutzen muß beim Senden des „U” mit dem Schalter S1 im Fernsteuerteil eine weitere Unterbrechung der 12V erzeugt werden. Dann listet der Tuner die Buchstaben „W, B, K, V, Q, I, Z” auf. Wollen wir eine der aufgezählten Funktionen nutzen, unterbrechen wir wieder mit dem S1 Schalter während der CW-Aussendung. So funktioniert das Ganze. Wichtig!!! Der PicATU fängt nicht selbständig an die Antenne anzupassen. Dazu muss immer erst der Befehl gegeben werden. Das ist von mir so gewollt.

picatu_v3_15_fernsteuerung_v1_02_sw.pdf PDF, Software Beschreibung für PicATU100/20 und Fernbedienung (06.09.2022)

picatu_remote_HW.pdf PDF, Beschreibung Hardware und Aufbau der PicATU100/20-Fernsteuerungen (02.09.2022)

pdf_02_09_2022_fernsteuerung.zip Schaltbilder und Bestückung der Platinen. (02.09.2022)

bom_02_09_2022_fernsteuerung.zip Stücklisten aus Eagle generiert. CVS-Dateien (02.09.2022)

gerber_02_09_2022_fernsteuerung.zip Gerber-Dateien der Platinen. (02.09.2022)

eagle_02_09_2022_fernsteuerung.zip Eagle-Dateien der Platinen. (02.09.2022)

picatu_100W_HW.pdf PDF, Hardware und Aufbau des Tuners. (27.08.2022)

pdf_27_08_2022_picatu100.zip Schaltbilder und Bestückung der Platinen. (28.08.2022)

bom_27_08_2022_picatu100.zip Stücklisten aus Eagle generiert. CVS-Dateien (28.08.2022)

gerber_27_08_2022_picatu100.zip Gerber-Dateien der Platinen. (28.08.2022)

eagle_28_08_2022_picatu100.zip Eagle-Dateien der Platinen. (28.08.2022)

mc_3_15_hw2.hex Programmierdatei für den PIC 18F4520 im PicATU100. (28.08.2022)

---

Die Dateien für den PicATU20 (20Watt)

picatu_20W_HW.pdf PDF, Hardware und Aufbau des Tuners. (27.08.2022)

pdf_27_08_2022_picatu20.zip Schaltbilder und Bestückung der Platinen. (27.08.2022)

bom_27_08_2022_picatu20.zip Stücklisten aus Eagle generiert. CVS-Dateien (27.08.2022)

gerber_27_08_2022_picatu20.zip Gerber-Dateien der Platinen. (27.08.2022)

eagle_27_08_2022_picatu20.zip Eagle-Dateien der Platinen. (27.08.2022)

mc_3_15_hw3.hex Programmierdatei für den PIC 18F46K22 im PicATU20. (27.08.2022)

---

Schlusswort

Eventuelle Nachfragen bitte per E-Mail DL4JAL@t-online.de