Előfordul, hogy egy idő után az embernek nem csak egy antennája van, hanem több is. Kellemetlen, ha mindegyiket külön-külön kell a lakásba bevezetni átfurkálva a falat, vagy az ablak keretet. A mostani leírásom négy antenna távvezérelt kapcsolását mutatja be a csupán egyetlen, amúgy is szükséges koaxiális kábel összeköttetésén keresztül. Ezen a kábelen történik a rádiófrekvenciás jelek továbbítása is! Tehát nem kell külön több eres vezérlő kábel!
Az eredeti ötlet most sem az enyém. N1AL honlapján találkoztam vele először. Persze azóta sokan megépítették már úgy, ahogyan volt a kapcsolási rajzon és működött. két relé végezte a kapcsolgatást. Két portos kapcsoló leírása található AD5X Phil cikkében is. (Itt jegyzem meg, hogy az e-bay-en 59 USD-ért árulnak kit-et, ami négy (!) relével végzi a négy port kapcsolását.)
Tetszett a dolog, és mellesleg nekem is szükségem lett rá. Az eredeti kapcsolási rajz az alábbi.
A működés egyszerű. A bal oldali térfélen lévő beltéri egység négy állású (Yaxley) kapcsolója négy különböző minőségű feszültséget juttat a bal oldali fojtótekercsen keresztül a koaxiális kábelre. A 0-ás állásnál nincs ráadott feszültség. Az 1-es állásnál a kábel árnyékoláshoz képest pozitív feszültséget ad a kábel meleg erére. 2-es állásban negatívot és 3-as állásban váltakozó feszültséget. Mindhárom esetben (a 0-ás kivételével) 12 voltos feszültségekről van szó, melyeket a kis teljesítményű (2Wattos) 230 Volt / 12Voltos hálózati transzformátor és a két 1N4004-es dióda szolgáltat.
Amikor a 0-ás állás van, a kültéri egység mindkét reléje nyugalomban van. Ekkor a nagyfrekvenciás jel a 0 kimeneti csatlakozóra jut. A leválasztást az alacsony 100nF-os kondenzátor végzi, ami az 50Hz számára nagy impedanciát jelent, a 160 méteres hullámhosszú nagyfrekvencia számára viszont alacsonyat. A frekvencia növelésével az impedanciája egyre csökken, tehát a helyzet még jobb lesz. Az 50Hz-es jel pedig a fojtótekercsen (RFC) jut át. Ez a 10mH induktivitású tekercs 50Hz-en alacsony, 160 méteren pedig magas impedanciát mutat. Így válik külön tehát a vezérlő és a rádiófrekvenciás jelek útja.
Amikor pozitív jel jut a kábelre, a kültéri dobozban csak a rajz jobb oldali reléje húz be az 1-es kimenetre irányítva a nagyfrekvenciát. A negatív vezérlő jel esetén pedig csak a bal oldali relé kapcsol, a 2-es kimenetre írányítva a nagyfrekvenciás jeleket. 50Hz-es váltakozó feszültség esetén mindkét relé behúz és így a 3. kimenet lesz az aktív.
Az alábbi ábra az én kültéri áramköröm. A beltérin nem változtattam (csak a trafó 230V-os).
Némi módosítást végeztem el az eredeti rajzon. Olyan megoldást használtam, ami a 33mA-es behúzó áramot biztosan szolgáltatja, majd automatikusan átvált a kb. 18mA-es tartó áramerősségre és 6,3 Voltra. Behúzáskor a C3 és C4 kondenzátorok rövidzárt jelentve kisöntölik a 470 ohmos tartóáramér felelős (R1 és R2) ellenállásokat. Aztán ahogyan töltődnek ezek az elkók, egyre inkább az R1 és R2 ellenállások határozzák meg a tartóáramot. A módosítással kb. 0,2W nyereség érhető el relénként. A legjobb esetben ez 0,4W nyereség, ami nem alakul hővé bent a dobozban! A C1 és C2 100uF-os kondenzátorok a kapcsoló feszültséget simítva megakadályozzák a relék berregését, a kontaktusok 50 Hz-es szaggatását, ami a rádiónak sem tenne jót adás közben...
Reléknek az itthon viszonylag olcsó OMRON G2R2 típust választottam. Elkóknak mindenképpen a 105 fokos fajtát használjuk, mert lehet, hogy a kültéri dobozt órákon át süti a nap!
A nyomtatott áramkört tartalmazó Eagle projektet, benne rajzokkal, adatlapokkal a cikk alján mellékelem. A K1 és K2 relék tekercseire nagyfeszültségű indukciós lökéstől védő diódák csatlakoznak közvetlenül a nyomtatott áramkörön a relék mellett. A rádiófrekvenciás útvonalak tervezése 50 ohmos, microstrip-line technikával készült. Az általam tervezett két oldalas, 1mm vastag nyák ilyen. Ezért használható még 2 méteren is a kapcsolás viszonylag tűrhetően.
27 MHz-en, FM üzemmódban, 15 wattal beszélgetve egy barátommal, jelezte nekem, hogy a hangom a hosszabb mondatok végére folyamatosan elhalkul. Azonnal tudtam, hogy ez azért van, mert a ferrit-anyag a nagy frekvencián felmelegszik, a tekercs induktivitása ezzel arányosan lecsökken, és a használt rádiófrekvenciás teljesítmény nagy része a C5-ös, 47nF-os kapacitáson át a földelésbe vezetődik. Ami persze az SWR érték folyamatos romlásán is látható volt. Ezek miatt a kisugárzott teljesítmény folyamatosan csökkent, ami a hangerőm elhalkulását idézte elő. Ez a két jele annak, ha az alkalmazott fojtó nem megfelelő!
Ne felejtsük el, hogy kettő ilyen fojtónk van! Az egyik a beltéri dobozban, a másik a kültériben. Mindkettőnek megfelelő minőségűnek és lehetőleg egyformának kell lenni!
Az antenna átkapcsoló minőségét és használhatóságát tehát igen nagy mértékben meghatározza az alkalmazott fojtótekercsek minősége. Kapni a kereskedelemben számos előre elkészített, gyári fojtótekercset. De ezek SRF (Self Resonance Frequency, azaz önrezonancia frekvencia) értéke nagyban meghatározza, hogy ezek a tekercsek milyen frekvenciatartományok közt használhatók. Tehát a fojtótekercsek adatlapját nézzük át feltétlenül, hogy mekkora az SRF érték! Minél nagyobb, annál jobb. Ezt az értéket egyrészt a menetszám, másrészt az alkalmazott ferrit-mag anyaga határozza meg. A probléma az, hogy a 100uH induktivitással bíró fojtótekercsek az adatlapokon kb. 5MHz (!) SRF-fel bírnak, ami számunkra használhatatlan, hacsak nem elégszünk meg a 160méteres és 80 méteres sávok használatával. A 10uH-s fojtók SRF-je 40MHz körül vannak. Ezek XL értéke viszont 160 méteren csak 100 ohm, azaz az elválasztó képesség nagyon kicsi. A minimális megfelelő érték nagyjából a 100uH körül van. Mit lehet tenni?
Az egyik megoldás, hogy készítünk egy légmagos, 100uH-s tekercset. A baj csak az, hogy ez nagyobb lesz, mint az egész készülék a dobozzal együtt. 
A másik megoldás, hogy sorba kötünk 10 darab 10uH-s tekercset.Ez nem rossz megoldás, csak megfelelően kell a nyákot ehhez kiképezni és a tekercsek egymáshoz viszonyított elrendezését megoldani. Ha most tervezném az áramkört, szerintem ezt a megoldást választanám.
A harmadik megoldás, hogy keresünk egy olyan nagyfrekvenciás mag-anyagot, amire viszonylag egyszerűen tudunk olyan tekercset készíteni, ami a kívánt paramétereknek megfelel. Én ezt a megoldást választottam, mivel a készüléket már összeszereltem, mikor szembesültem a felhasznált gyári tekercseim gyenge minőségével, amint azt az imént le is írtam. Megfelelő URH-folytótekercs magját felhasználva, 0,1mm-es vastagságú zománcozott rézhuzalból tekercseltem rá a szükséges menetszámot. VNA-val megvizsgálva a minőség már viszonylag elfogadható volt.
A 100uH-s fojtótekercsek általában ferritre tekercselt, kereskedelemben olcsón kapható fajták. A legnagyobb folyamatos áram, amit ki kell bírniuk 36mA, ami nem vészes. Az impedanciájuk kb. 4+3,7j ohm (azaz kb 5ohm) 50 Hz-en, ami nem vészes. A fojtók kiválasztása mégis az egyik legkritikusabb dolog a készülék megépítésekor. Ugyanis az induktivitásuk attól is függ, hogy mekkora a maximális frekvencia, amit használni szeretnénk. Az egyik olcsó fajta például 550kHz-en rezonanciát mutat, ami azt jelzi, hogy a menetek közti kapacitás már nem elhanyagolható. A magasabb frekvenciákon viszont már nem is induktív, hanem egyre inkább kapacitív a tekercs, ami emiatt a szükséges leválasztást nem képes elvégezni! Ezért akkora értékű fojtókat használjunk csak fel, amekkorák feltétlenül szükségesek és ne nagyobbakat! Az impedanciájuk a használt legalacsonyabb frekvencián legyen legalább 1000 ohm! (XL=2*PI*f*L) Ha tehetjük, VNA-val vizsgáljuk meg őket! Javaslom, hogy elégedjünk meg a 100uH értékű fojtóval. Ez 160 méteren 3400 ohm impedanciával rendelkezik ami az 50 ohmnak a 68-szorosa. Az imént leírtak miatt én a más cikkekben is javasolt 100uH érték mellett döntöttem (a rajzon még 300uH van!). Ez 34MHz-ig stabilan hozza a formáját. 34 MHz-en rezonanciát mutat, de 50MHz-en is még jó eredményt ad. 144MHz-en is a 14MHz-en mért elválasztó képességgel bír.
A D1 és D2 diódák bármilyen fajták lehetnek, amik kibírják a kapcsoló feszültséget (12V) és áramot (330mA). Én 1N4004-et használtam, mert az volt kéznél. Az 1N4148 határeset. Még talán éppen megfelelő. Én nem akartam reszkírozni, ezért használtam mást.
A kültéri egység számára megfelelő a 17cm x 12cm x 5,5cm méretű, villanyszerelési boltokban is kapható szürke, IP65-ös PVC doboz. A beltéri egység is hasonló, de kisebb dobozba kerülhet. Itt a beszerzett trafó mérete és a több állású kapcsoló mérete a mérvadó! Ezért ezekre nem írok méreteket.
A kültéri dobozban RG-174 típusú, 3mm-es vékony, 50 ohmos kábeleket használtam. A beltériben megfelelő hosszú RG-58, vagy H155 a megfelelő típus. Ennek a hossza az alkalmazott beltéri doboz méretétől és a csatlakozók távolságától függ. Szerintem ide semmi esetre sem kell 15 centinél hosszabb, aminek a rádiófrekvenciás vesztesége, csillapítása elhanyagolható. Ha nagyobb teljesítménnyel akarunk adni, mint 100 Watt, akkor a vékonyka RG-174 kábelek helyett RG-58 kell! Én 100 wattal akarok adni, így nem volt kedvem birkózni a vastag kábelekkel a kültéri dobozon belül (először azzal próbálkoztam, de elment tőle a kedvem). Esetleg érdemes a nyáktervet úgy módosítani, hogy a microstrip-vonalak közvetlenül az SO-239 (népies nevén Amphenol) csatlakozókhoz menjenek.
A relék maximális kapcsolási árama 8A. De ez 250 V feszültség alatt értendő! Mi semmi esetre sem kapcsolgatunk adás közben (kb. 70V / 1,5A), így a relék pogácsája már zárt állapotban, nagy teljesítményeket is könnyedén elvisel (szerintem rövidhullámon kilowattokat is kibírna). És így a relék élettartama is szinte végtelen.
Ajánlatos a leggyakrabban használt antennát a 0. portra (rajzomon LSP2) csatlakoztatni, mert akkor nincs semmi vezérlő áramfelvétel. A legnagyobb áramfelvétel a 3. állásban van, 36mA.
Ajánlatos a bemenő és a négy kimenő SO-239 aljzatot a doboz leghosszabb oldalára tenni, egymás mellé. Ez az oldal legyen a kültéren lefelé, hogy ne folyjon be a víz!
A tesztek azt mutatták, hogy a kapcsoló szerkezet remekül működik a 160m-6m tartományokban. Az SWR kissé megnövekszik (precíziós műterhelést használva a méréshez), 1,6:1 értékre a VHF (2m) tartományban az alacsonyabb 1,1:1 rövidhullámon mért értékről. De szerintem 2méteren is még nyugodtan használható.
Az alkatrészek beültetésénél ügyeljünk a diódák és az elektrolit kondenzátorok helyes polaritására!
A beltéri egység olyan egyszerű, hogy az egész egy kis próbanyákra felszerelhető. Nem érdemes róla írnom itt többet.
Végül jöjjön néhány NanoVNA-val készített mérési grafikon! A mérések 1,65MHz és 150MHz közt lettek elvégezve.
Az átkapcsoló első portjára csatlakoztattam egy precíziós, 50 ohmos ellenállást. Az SWR a bemenet és a bekapcsolt antenna (műterhelés) közt az alábbi módon alakult.
Az alábbi ábra a beiktatási csillapítást mutatja. A hullámosság a mérővezetékek, a fojtótekercsek és a kábelezés eredménye. Látható, hogy a csillapítás szinte sehol nem nagyobb -1dB-nél. 50MHz-en is még csak 0,5dB!
A hozzáértők legfontosabb kérdése: "Jó jó, de mekkora az áthallás a portok közt?". Két port közt a kapacitás az én dobozom esetén 3pF. Úgy gondolom, rövidhullámon ez elenyésző. Az áthallások két szomszédos portba bekötött műszer és jó műterhelés esetén valóban a doboz minőségét mutatják.
Az áthallások két bekötött szomszédos antenna esetén, ha az antennák viszonylag távol vannak egymástól (min. 10m ha párhuzamosak), illetve ha egymásra merőlegesek, akkor kielégítők lehetnek. De ezen áthallás mértéke már nem a kapcsoló dobozon múlik, hanem az antennák elrendezésén!
Az alábbi grafikon a két szomszédos port közti áthallást mutatja a frekvencia függvényében.
Ez a grafikon pedig azt az esetet mutatja, amikor a VNA gerjesztő portja a kapcsoló doboz bemenetére a mérő portja pedig egy leválasztott antenna portra csatlakozik. Látható, hogy a helyzet 50 MHz körül nem túl fényes (-22dB), de 2 méternél megjavul. 10 méteren 29dB (ami nem túl jó, de még használható), 20 méteren -35dB, 40 méteren -40dB és 80 méternél -48dB az eredmény.
Érdekes a helyzet, ha az iménti 3-as antenna-port helyett az 1-esre csatlakoztatom a műszert. A helyzet sokkal jobb képet mutat. Ez szerintem a nyomtatott áramköri vezetékezés miatt lehet. Talán másként kellene a nyákot elkészíteni, vagy árnyékolni a vezetékek fölött is, de akkor persze a microstrip-line mérete is más kell, legyen....
Sok sikert kívánok az építéshez és a használathoz!
 RemAntSw_v3.zip | [Antenna távkapcsoló] | 228 kB |