Antennentuner MFJ-969

Beschreibung des Innenlebens des Antennentuners MFJ-969 und einiger nützlicher Umbauten

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Der Antennentuner MFJ-969 verträgt 300 Watt Sendeleistung (sollte also bei 100 Watt nicht so schnell kaputtgehen, HI), hat einen Frequenzbereich vom 160 m Band bis zum 6 m Band, und ist mit einem Kreuzzeiger-SWR-Meter ausgestattet. Die Rollspule verfügt über ein spielfrei mittels Zahnrädern verbundenes Zählwerk, das das wieder Auffinden einmal gefundener Einstellungen sehr erleichtert.

Dabei muss man sich daran gewöhnen, dass das Zählwerk proportional zur Frequenz anzeigt und umgekehrt proportional zur Spuleninduktivität! Höhere Zähleranzeigen bedeuten also geringere Spuleninduktivitäten und höhere Betriebsfrequenzen, geringere Zähleranzeigen bedeuten höhere Spuleninduktivitäten und geringere Betriebsfrequenzen.

Wenn man für eine bestimmte Antenne und ein bestimmtes Band einmal die richtige Stellung der Drehkondensatoren eingestellt hat, dann können Frequenzänderungen innerhalb dieses Bandes problemlos mit der Rollspule nachgestimmt werden! Es müssen also nicht bei jedem Frequenzwechsel innerhalb eines Bandes zwei Drehknöpfe sorgfältig neu aufeinander abgestimmt werden!

Der MFJ-969 hat einen 8-fach-Umschalter, um 3 Antennen sowie einen eingebauten 50 Ohm Dummy Load wahlweise direkt oder über den Antennentuner an das Funkgerät zu schalten. Es bestehen original folgende Möglichkeiten:

  1. Funkgerät an Koax-Ausgang 1
  2. Funkgerät an Koax-Ausgang 2
  3. Funkgerät an Klemme für Drahtantenne
  4. Funkgerät an eingebauten Dummy Load

Diese 4 Möglichkeiten 2 Mal, einmal direkt und einmal über den Tuner, was insgesamt 8 Möglichkeiten ergibt.

Um den eingebauten Balun zu nützen, muss man ein Kabel vom Drahtantennenausgang zum einen Anschluss des Baluns legen. Anschliessend kann dann der Dipol bzw. die Hühnerleiter an die beiden Anschlüsse des Baluns angeschlossen werden.

Somit kann man originalerweise Drahtantenne und Hühnerleiter nicht gleichzeitig angesteckt lassen und mit dem Schalter umschalten, sondern man muss jedes Mal umständlich die Kabelverbindungen umstecken. Das hat mir gar nicht gepasst...

Eigene Schalterstellung für den Balun

Deshalb habe ich einen der beiden Koax-Ausgänge "geopfert" und im Inneren des Gerätes eine Leitung vom Innenleiter des Koax-2 Ausganges zum internen Balun gelegt. Die Schalterstellung Koax-2 des Drehschalters wählt jetzt den Balun und die symmetrische Antenne an, und ich benötige den aussen anzuschliessenden Verbindungsdraht nicht mehr.

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So sieht das Innere des MFJ-969 aus. Man sieht hinten die Platine für die drei PL-259-Buchsen mit dem Umschalter, welcher mittels einer langen Achse mit dem Knopf an der Frontplatte verbunden ist.

Eine Buchse ist der Eingang vom Funkgerät, die anderen beiden sind die Ausgänge für 2 Antennen mit Koax-Kabel-Speisung.

Der blaue Draht verbindet den Innenleiter der PL-259-Antennenbuchse Nr. 2 mit dem Balun.

Rechts sieht man die Rollspule und unten die beiden Drehkondensatoren. Auf der Platine unter den Drehkondensatoren sind die Trimmer zum Abgleich des SWR-Meters. Links von der Rollspule ist der Dummy Load.

Links oben, klein und rund, ist der originale Balun zu sehen. Er hat 2 Wicklungen, bifilar gewickelt, die Mittelanzapfung ist im Inneren des Gerätes an Masse gelegt, die beiden äusseren Wicklungsenden sind an 2 Apparateklemmen an der Gehäuserückseite geführt.

Er wird später gegen einen anderen ausgetauscht.

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Der blaue Draht verbindet den Innenleiter der PL-259-Buchse 2 mit dem Balun. So hat der Balun jetzt eine eigene Schalterstellung.

Der Balun liegt mit seiner Mittelanzapfung intern an der Gerätemasse (Lötfahne am Gehäuse). Deshalb sehe ich ein paar Probleme am Horizont heraufdämmern, wenn ich einmal irgend eine Experimentierantenne nicht im Strombauch = Spannungsknoten anspeise sondern irgendwo, unbekannt, den platzmässigen Gegebenheiten entsprechend. Dann fliessen nämlich hochfrequente Ausgleichsströme durch die Erdleitung des Antennentuners oder durch den Schirm des Kabels zum Funkgerät, durch dessen Erdungsleitung und anschliessend durch die ganze elektrische Hausinstallation.

Neuer Balun

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Um oben genannte Probleme zu vermeiden habe ich einen neuen Balun angefertigt. Er besteht aus einem Ringkern mit Durchmesser aussen 52 mm, innen 30 mm, Höhe 14,5 mm, Kennfarbe rotbraun, vom Funkflohmarkt.

Aufgrund eines bei Funkamateur gefundenen Datenblattes nehme ich an, dass es sich um einen Amidon T-200 handelt und die ein wenig zweideutige Farbe rot ist. Rot bedeutet nämlich 2-30 MHz, während braun 100-300 MHz bedeuten würde.

Der Ringkern ist mit selbst hergestellter "Power-HF-Litze" bewickelt (siehe unten). Die Eingangswicklung vom Tuner hat 7 Windungen. Richtung Antennenausgang sind 3 in Serie geschaltete Wicklungen auf dem Ringkern. Diese haben 1. 7 Windungen, 2. 8 Windungen und 3. 6 Windungen. Alle 3 Wicklunden zusammen haben 21 Windungen und ergeben ein Transformationsverhältnis von 1:9, was für Langdrahtantennen passt. Die 65 Ohm passen näherungsweise für mittig gespeiste Halbwellendipole, 50 Ohm als 1:1 Balun, die 37 Ohm sind beim Bewickeln des Baluns sozusagen "übrig geblieben". Impedanzen um 200 Ohm stehen bei Verwendung der diagonal gegenüberliegenden Klemmen an.

Damit die Kapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung möglichst klein bleibt, hab ich die Wicklungen nicht ineinander gewickelt oder gar verdrillt, sondern schön auseinander gehalten. Die Drähte sind mit Kabelbindern am Ringkern fixiert, damit nichts verrutscht.

Zur Befestigung des Baluns hab ich eine lange Schraube M5 durch ein zusätzlich gebohrtes Loch im Gehäuseboden gesteckt und mit einer Mutter fixiert, so dass die Schraube nach oben raussteht. Mit zwei weiteren Muttern ist an der Schraube ein Streifen Platinenmaterial ca. 4 cm über dem Gehäuseboden angeschraubt. Dort ist der Balun mit zwei Kabelbindern befestigt.

Zwei weitere rote Apparateklemmen sind zusätzlich zu den originalerweise vorhandenen Klemmen in die Rückwand eingeschraubt, sowie eine schwarze für den Anschluss einer Erdungsleitung.

Elektrische Verbindung

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Primärwicklung: Ein Ende ist mit der Masseklemme an der Gehäuserückseite verbunden, das andere Ende ist mit dem Innenleiter der Koax 2 Buchse verbunden.

Sekundärwicklung: Die Drahtenden der 3 Ausgangswicklungen sind mit den vier Klemmen für das symmetrische Antennenkabel verbunden. Durch entsprechende Auswahl von 2 Klemmen kann eine von 6 möglichen Impedanzen angeschlossen werden (siehe Beschriftung auf dem Foto).

Diagonal sind die Impedanzen (rechnerisch) 172 Ohm bei Verwendung der Klemmen links oben und rechts unten, sowie 230 Ohm bei Verwendung der Klemmen links unten und rechts oben. Die Impedanz steigt mit dem Quadrat der Windungszahl. Doppelte Windungszahl ergibt also vierfache Impedanz.

8 Windungen ergeben rechnerisch eine Impedanz von ca. 65 Ohm. Der Anpassbereich des Antennentuners wird so um den Faktor 1,3 "nach oben" verschoben. Dieser Bereich ist günstig für mittig gespeiste Halbwellendipole.

Dabei sollte man tunlichst abgestimmte Hühnerleiterkabel von der Länge Lambda/2 oder ganzzahliger Vielfache davon (1 Labbda, 1,5 Lambda usw.) verwenden, weil solche die Impedanz am Dipol beim antennentunerseitigen Ende 1:1 abbilden.

Stimmt die Länge nicht ganz genau, so kann mit dem Antennentuner auf bestmögliche SWR eingestellt werden.

Weitere Informationen über Hühnerleiterkabel und Anregungen für den Eigenbau solcher Leitungen finden Sie hier: www.dl2lto.de/sc/HB_HL_bau.htm. Die komplette Homepage von DL2LTO, OM Uli aus Leipzig, erreichen Sie hier: www.dl2lto.de

OM Uli berichtet dort auch, dass zweiadriges Lautsprecherkabel zur Speisung von Halbwellendipolen geeignet ist und einen Wellenwiderstand von ca. 90 Ohm hat.

Bewickeln des Ringkerns

Bei meinen ersten Versuchen habe ich den Ringkern mit Elektro-Installationsdraht bewickelt. Das war HF-technisch aber nicht optimal. Es entstehen Verluste durch den Skin-Effekt und Wirbelstromverluste im recht dicken Draht. Wohl deshalb habe ich am selbstgebastelten Balun auch ca. 10 Prozent Spannungsverlust gemessen, was 19 Prozent Leistungsverlust entspricht. Das war nicht befriedigend! Davon abgesehen hat die Sache aber funktioniert.

Daher habe ich den Balun mit selbst hergestellter Power-HF-Litze neu bewickelt.

Zum Verständnis der Funktionsweise siehe auch folgende Wiki-Links: Kupferverluste, Proximity-Effekt, Skin-Effekt.

Herstellung der Power-HF-Litze

Dazu braucht man Silikon-Isolierschlauch und Kupfer-Lackdraht (CuL) 0,3 mm2 von der Rolle.

  1. Zuerst bestimmt man die benötigte Länge für die erste Wicklung (7 Windungen), indem man den leeren Silikonschlauch 7 Mal um den Ringkern wickelt und an beiden Enden so viel Länge dazugibt, wie man zum Anschluss der Wicklung benötigt. Dann den Silikonschlauch abschneiden.
  2. Die Länge des Silikonschlauches abmessen, Mass notieren.
  3. 10 Stücke CuL-Draht - 5 cm länger als der Silikonschlauch - von der Rolle abschneiden.
  4. Diese 10 CuL-Drahtstücke einseitig mit dem Lötkolben vom Lack befreien und verzinnen, Lackreste entfernen. Anschliessend miteinander verdrillen und verlöten.
  5. Die 10 CuL-Drähte über die gesamte Länge leicht miteinander verdrillen.
  6. Alles zusammen mit dem verlöteten Ende voran vorsichtig in den Silikonschlauch einschieben, bis das verzinnte Ende ca. 5 cm vor dem anderen Ende des Silikonschlauches angelangt ist.
  7. Am anderen Ende alle CuL-Drähte auf die selbe Länge abzwicken - die Längen unterscheiden sich auch bei sorgfältiger Arbeit um einige Millimeter.
  8. Wie beim ersten Ende die CuL-Drähte vom Lack befreien und verzinnen, anschliessend miteinander verdrillen und verlöten.
  9. Den Draht die restliche Länge durch den Silikonschlauch schieben, bis an beiden Enden gleich viel Drahtlänge heraussteht. Damit ist die Power-HF-Litze für die erste Wicklung fertig.

Bewickeln des Ringkerns - Tunerseitige Wicklung

  1. Die Power-HF-Litze mit einem Kabelbinder so am Ringkern festmachen, dass genügend Länge für den Anschluss im Antennentuner übrig bleibt. Ich habe mit dem Ende angefangen, das zur Masse-Lötfahne im Antennentuner geht.
  2. Die Power-HF-Litze 7 Mal durch den Ringkern fädeln, innen ohne Abstand, aussen am Ringkern ergibt sich automatisch ein gewisser Abstand der Drahtwindungen.
  3. Das andere Ende der Wicklung mit einem Kabelbinder am Ringkern festmachen.
  4. Die Wicklung auf dem Ringkern zusammenschieben, damit man fur die weiteren Wicklungen noch genug Platz auf dem Kern hat.
  5. Wenn man richtig gemessen hat, sollte jetzt am zweiten Ende der Wicklung genug Länge für den Anschluss übrig sein, andernfalls muss man den Draht verlängern.

Das masse-seitige Ende dieser Wicklung ist auf dem Bild nicht sichtbar, weil es unter dem Ringkernübertrager nach hinten zur Masseklemme am Gehäuse des MFJ-969 führt.

Bewickeln des Ringkerns - Antennenseitige Wicklung

Es werden 3 Wicklungen auf den Ringkern gewickelt. Diese haben bei meinem Gerät 7, 8 und 6 Windungen. Das kann aber jeder den eigenen Wünschen anpassen. Wie man auf dem Bild oben sieht, habe ich mich ein Mal bei der Länge verschätzt und musste deshalb einen Anschluss verlängern. Das habe ich mit Entlötlitze gemacht.

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  1. Silikonschlauch 7 Mal um den Ringkern wickeln und so viel Länge dazugeben wie man bis zu den Anschlussklemmen braucht.
  2. Silikonschlauch beidseitig markieren oder beschriften.
  3. Schlauch abmessen, 5 cm addieren und 10 Stücke CuL-Draht abschneiden, HF-Litze wie oben beschrieben herstellen.
  4. Das Selbe nochmal, 8 Wicklungen.
  5. Das Selbe nochmal, 6 Wicklungen.
  6. Alle HF-Litzen in der richtigen Reihenfolge auf den Ringkern wickeln und mit Kabelbindern fixieren. Dabei auf genügende Drahtlänge für den Anschluss der Klemmen achten.
  7. Den Ringkern mit zwei Kabelbindern im Gerät befestigen und die elektrischen Verbindungen herstellen.
  8. Eingangswicklung: eine Seite an die interne Masse-Lötfahne an der Rückwand, die andere Seite an den Innenleiter der Koax-2-Buchse.
  9. Anfang der ersten Ausgangswicklung (7 Wdg.) an die Klemme rechts oben (von hinten gesehen).
  10. Ende der ersten Ausgangswicklung UND Anfang der zweiten Ausgangswicklung (8 Wdg.) an die Klemme rechts unten.
  11. Ende der zweiten Ausgangswicklung UND Anfang der dritten Ausgangswicklung (6 Wdg.) an die Klemme links unten.
  12. Ende der dritten Ausgangswicklung an die Klemme links oben.

 

Die Bauteile des Anpassgerätes

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Auf dem Bild rechts sieht man die beiden Drehkondensatoren des MFJ-969 Antennentuners.

Auf der Platine darunter sind die Trimmer für den Abgleich des SWR-Meters. Weiters einige Widerstände und Kondensatoren sowie die Verbindungen der insgesamt 3 Druckschalter.

Die Funktionen der 3 Schalter sind:

  1. ON/OFF: Schaltet die Messgeräte ein oder aus, indem die Masseverbindung der Messgeräte ggf. unterbrochen wird.
  2. 30/300 W: Wählt den Messbereich, indem die Vorwiderstände für die Messgeräte umgeschaltet werden
  3. Peak/AVG: In Stellung "AVG" werden Elkos nach den Gleichrichterdioden zugeschaltet, in Stellung "Peak" nicht. (lt. beigelegtem Schaltplan)
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Das Bild rechts zeigt die Rollspule. Sie hat 43 Windungen, der Durchmesser ist 56,5 mm (aussen).

Die Rollspule hat ca. in der Mitte einen beweglichen Kontakt, der die Spulenmitte an Masse legt, wenn der Schleifkontakt auf einen kleineren Induktivitätswert eingestellt ist. Somit kann in diesem Fall der nicht benützte Teil der Rollspule keinen nachteiligen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Spule ausüben.

Darunter sieht man den Dummy Load. Es handelt sich dabei offensichtlich um einen Kohleschichtwiderstand.

Der Aussendurchmesser des rohrförmigen Keramikkörpers ist 20 mm, der Innendurchmesser ca. 6 mm. Der Keramikkörper hat somit eine beachtliche Wärmekapazität zur Aufnahme kurzzeitiger Spitzenleistungen. Die Dauerbelastbarkeit ist jedoch - bedingt durch die geringe Oberfläche und den fehlenden Kühlkörper - nur mässig. Beschriftet ist der Widerstand mit "50 OHMS +/-10%, MFJ 115-1500". Leistung ist keine angegeben. Laut Bedienungsanleitung hält der Dummy Load eine Leistung von 300 W 30 Sekunden lang aus, 150 W eine Minute, 100 W 1 1/2 Minuten, usw.

 

Ein Experiment - Anzeigeschaltung für die Unsymmetrie der Dipolantenne

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Den neuen Balun wollte ich mit einer Anzeige für eventuelle Unsymmetrien der Antenne ergänzen.

Weil die Mittelanzapfung des originalen Baluns mit dem Gehäuse/Schutzerde verbunden ist, fliessen immer Ausgleichsströme über die Gehäuse-Erdung, wenn von der Antenne her vollständige Symmetrie nicht gegeben ist.

Deshalb habe ich diese Verbindung beim neuen Balun nicht mehr ausgeführt. Bei diesem experimentellen Aufbau hat der Balun eine Mittelanzapfung, diese ist aber nicht mit der Gerätemasse verbunden. Zur Ableitung statischer Aufladungen der Antenne liegt ein 100 kOhm-Widerstand von der Wicklungsmitte nach Masse/Erde. Unsymmetrien der angeschlossenen Antenne machen sich durch eine HF-Spannung über dem 100 kOhm Ableitwiderstand des Baluns bemerkbar.

Diese HF-Spannung wird mit der gezeigten Schaltung gleichgerichtet und mit dem "Reflected"-Drehspulmesswerk angezeigt. Sie soll möglichst klein, im besten Fall Null sein.

Dazu baute ich einen zusätzlichen Umschalter an der Rückseite bei den Antennenanschlüssen in das Gerät ein, so dass eines der beiden Drehspulmesswerke wahlweise entsprechend der originalen Schaltung verbunden ist (SWR "Reflected" Anzeige) oder in der anderen Schalterstellung das Messwerk den HF-Spannungsabfall am Ableitwiderstand anzeigt.

Wenn der Schalterhebel nach oben schaut, dann zeigt das Messgerät wie original die rücklaufende Leistung an. Wenn er nach unten schaut dann zeigt das Messgerät die Spannung gegen Erde am Mittelpunkt der Ausgangswicklung des Baluns an. Eselsbrücke: die Erde ist unten (Anzeige der Spannung gegen Erde), die Antenne ist oben (Anzeige der rücklaufenden Leistung).

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Rechts der Schaltplan dieses kleinen Zusatzes.

Vom Mittelpunkt der Ausgangswicklung zum Dipol geht der 100 kOhm Ableitwiderstand nach Masse. Wenn dort aus oben erwähnten Gründen Hochfrequenzspannung anliegt, dann wird diese in der nachfolgenden Spannungsverdopplerschaltung gleichgerichtet.

Der 47 kOhm Widerstand schützt das Messwerk vor Überstrom. Mit dem Potentiometer kann die Empfindlichkeit der Anzeige angepasst werden. Es handelt sich um ein 1 MOhm log. Potentiometer. Die Dioden sind 1N4148 aus der Bastelkiste.

Zwar sind so vagabundierende HF-Ströme in der Hauselektrik ein für alle Mal wirksam vermieden, aber trotzdem ist das kein 100%-iger Schutz vor BCI und TVI !

Bei der direkten Anspeisung von Dipolantennen mit Hühnerleiterkabel - nicht im Strombauch = Spannungsknoten sondern aussermittig - liegt nämlich auch am Hühnerleiterkabel eine unsymmetrische Spannung bezogen auf Erdpotential. Das führt zwangsläufig dazu, dass das Kabel beim Senden mitstrahlt und beim Empfang Störungen auffängt, sowie in beiden Fällen die Antennen-Richtcharakteristik verformt.

Das ist einer der Gründe dafür, warum z.B. kommerziell erhältliche Windom-Antennen den Balun in luftiger Höh am Antennendraht hängen haben und die Speisung mit Koax-Kabel erfolgt.

Das Experiment hat funktioniert. Durch geringfügiges Ändern der Länge der Dipolhälften hat sich die angezeigte Spannung gegen Erde tatsächlich geändert und liess sich mit etwas Sorgfalt auf sehr geringe Werte bringen. Beim neuen Balun mit der selbst hergestellten HF-Litze hab ich aber wegen des komplizierten Aufbaus darauf verzichtet.