Lördagen den 18 juni anordnade Ham-Club Lundensis SK7CE Field Day å Linnebjer Naturområde nordost Lund.

Det är ett lättillgängligt område med flera bra stationsplatser, gläntot och höga antennträd.

Under tidigare portabelaktiviteter bl a på samma plats som igår har många olika kombinationer radio/antenn provats och utvärderats. Bäst har vanliga horisontella dipoler så högt upp som möjligt fungerat.

Denna gång var planen att prova hur Whaddon Radio Set MK VII mer känd som Paraset fungerade i fält och med typiska enkla antenner som användes av agenterna under andra världskriget för att skicka underättelseinformation från de ockuperade länderna till huvudkvarteret Bletchly Park.

Då på den tiden packades Paraset med tillhörande vibratoromformare och batterier i en liten brun resväska för att inte väcka för stor uppmärksamhet.

Som alternativ till resväska har jag byggt upp stationen kring två stycken US/NATO Ammo cans modell M2A1. Designen på dessa robusta plåtboxar är från 50-talet och används fortfarande runt om i världen. Boxarna har försetts med schablonmålad text.

Den vänstra boxen innehåller själva radiotransceivern Paraset, en tillbehörsbox med kristaller och några olika attiraljer samt antenn- och hisslinor. Även ett mindre jordspett, jordlina, papperslogg och pennor får plats här.

Den högra boxen innehåller ett 12 V ackumulatorbatteri,voltmeter, spänningsomvandlare från 12 V till +360 V anodspänning till rören samt en lågfrekvensförstärkare och högtalare för att slippa lyssna i 2000 ohm hörlurararna som användes i original till Paraset. Även en RF-styrd medhörningsoscillator ingår i systemet. Den gula sladden är pick up antenn för medhörningsoscillatorn.

Ett uttag för glöd, anodspänning och LF har monterats på batteriboxen och ansluts via en 1 m lång mjuk kabel till Paraset.

Paraset passar fint att förvara i ammunitionsboxen och det finns som sagt plats för div tillbehör och antennlinor m m. Sändaren är kristallstyrd med stålröret 6V6 och lämnar lite drygt 5 W på 7 MHz. Mottagaren har två 6SK7 rör. Ett som återkopplad detektor och ett som LF-förstärkare för att driva 2000 ohm hörtelefonerna. Längst ner till höger sitter knoppen till den inbyggda telegrafinyckeln som fungerar bra men inte känns som en äkta LM-nyckel från 1800-talet. Dock för ändamålet att sända korta meddelande är den fullt användbar. Vid transport förvaras rören i klämmorna på locket.

Avstämning av antennen sker med hjälp av två glödlampor. En lampa i anodkretsen i sändaren och en lampa i antennkretsen. De båda avstämningsrattarna ställs för maximal ljusstyrka i lampan för antennkretsen. Den andra lampan i anodkretsen lyser när oscillatorn svänger och även ljusstyrkan i den maximeras.

Som alla återkopplade mottagare så kan det vara lite trickigt att finna motstationerna. Frekvensen ändrar sig beroende på återkopplingsgraden. För maximal mottagarkänslighet ställs återkopplingen precis så att detektorn börja svänga men ytterst svagt. Känsligheten är då ungefär som vilken modern radio som helst och inställningen lämpar sig för att ta emot mycket svaga signaler.

När signalstyrkan ökar så tenderar mottagaren att bli överstyrd och återkopplingsgraden får ökas. Samtidigt sjunker mottagarens frekvens så det gäller att ha full koll på skruvandet. Indexstrecken på skalan är mest som referens och har ingen koppling till aktuell mottagarfrekvens. I originalutförandet täckte mottagaren 3,3 – 7,6 MHz på ett halvt varv på vridkondensatorn. Att finna sin motstation under sådana förutsättningar torde ha varit en prövning av tålamodet. Därför har försett min mottagare med bandspridning så att området 6,95 – 7,2 MHz täcks in på ett halvt varv på vridkondensatorn.

Utöver den nämnda frekvensändringen vid återkopplingspådrag (5-10 kHz) driver mottagaren en aning (5-10 kHz) de första 10-20 minuterna innan rören och chassiet värmts upp och beroende på omgivningstemperaturen. Så det är inte helt lätt att finna någon som svarar på ett CQ om denna nu inte är jättestark förstås.

Som “fuskhjälpmedel” använder jag denna lilla transistoroscillator som svänger på exakt samma frekvens som när kristallen sitter monterad i Paraset. Kristallen flyttas över till testoscillatorn och den röda knappen trycks ner. Signalen hörs lagom starkt i Paraset och det är en snabb enkel kontroll som säkerställer att mottagaren lyssnar på samma frekvens som sändarens kristall.

Ett annat bra hjälpmedel är denna Antenna Tuning Indicator av fabrikat Allgon som i all sin enkelhet bara innehåller ett känsligt visarinstrument, en diod och en potentiometer för känsligheten. En mindre modifiering har gjorts i pick up spolen för att 7 MHz skall indikeras. Instrumentet användes förr i tiden för att klippa till VHF mobilantenner och snäpps fast på antennsprötet nära antennfästet. Sen klipptes sprötet ner 1 cm i taget tills max utslag erhölls eller då utslaget precis började minska igen.

I mitt fall snäpps instrumentet med sin “tvättklämma” på antenntråden och det går lätt att justera sändare till max relativ uteffekt. Dock är lamporna tillräckliga och ger samma resultat.

Hela stationen uppkopplad. Som antennanslutning används en stor kristallhållare av samma typ som för kristallen. För att passa vanliga FT243 kristaller har jag gjort en adapter och samma sak för anslutning av antenn och jord. En adapter som försetts med två polskruvar.

I systemet ingår ett kort jordspett som behövs i det fall batteriboxen och Paraset står isolerat från marken på ett bord eller liknande. Jordningen hjälper till att stabilisera avstämningen men tycks inte påverka antennverkningsgraden alls. När Paraset står direkt på marken så räcker kopplingskapacitansen från plåthöljet till marken och jordspettet behöver inte användas.

Som nämndes inledningsvis så var tanken att prova enkla antenner och se hur Paraset fungerade under “svåra antennförutsättningar” De första två timmarna användes 9,7 m linan där ca 3 m hängdes snett upp i ett träd och resten ca 7 m horisontellt ca 2,5 m över marken. En verkligt usel antenn jämför med de möjligheter som fanns att sätta upp något bättre.

Senare under dagen förlängdes antennen med 12 m linan och hissades i den bortre änden upp till ca 6 m höjd. Sändarens mycket enkla antennkrets klarar olika antennlängder utan problem även om den inte är designad för maximal anpassning och verkningsgrad. Men med tanke på omständigheterna och användningsområdet under WWII är det en synnerligen elegant lösning. Skruva på rattarna till max ljusstyrka. Klart. Sänd meddelandet på överenskommen frekvens och tid. Packa ihop och lämna platsen fort.

Så kunde det nog ha sett ut i skogarna på 1940-talet också. Gårdagens övning resulterade i sex förbindelser med SM, DL och OZ.

Reverse Beacon Network visar några av eftermiddagens träffar. Med en bättre antenn så räcker 5 W med marginal för kontakter med hela Europa och även DX när bandet är någorlunda öppet.

Denna typ av antenn är inte ny och det finns många beskrivningar och varianter om man söker i litteraturen. Gemensamt för de flesta beskrivningarna är att man utelämnat viktig information och förenklat konstruktionen till den grad att antennen inte fungerar särskilt bra.

I grunden är det en mittmatad vertikal halvvågsdipol men där den nedre halvan av dipolen utgörs av matakabeln. Som isolator mellan den del av matarkabeln som ingår i antennen och resten av matarkabeln som är ansluten till radiostationen krävs någon typ av strömdrossel med så hög common mode dämpning som möjligt.

I de flesta konstruktionerna man finner på nätet har matarkabeln lindats som en spole med ca 5-6 varv. Impedansen i en sådan anordning blir inte särskilt hög och därför blir inte heller isolationen tillräcklig. Ett sätt att konstatera att isolationen är för låg är att SVF ändrar sig beroende på hur matarkabeln placeras eller om man drar med handen längs kabeln.

En annan sak som inte tas hänsyn till är att impedansen i en vertikal dipol placerad nära marken hamnar i häradet kring 100 ohm vilket betyder att SVF aldrig kan bli bättre än ca 2:1 mätt i matningspunkten mellan antennen och matarkabeln. Genom att klippa till matarkabelns längd kan man dock förbättra SVF som sändaren ser.

En antenn vilken som helst bör inte vara avhängig av matarkabelns längd och förläggning. Lösningen ligger i att förbättra anpassningen mellan antenn och matarkabel.

Så ser den färdiga antennen ut med de mått som beräknats enligt EZNEC och sedan verifierats i verkligheten. Eftersom både PVC-isoleringen på antenntråden och glasfiberspöt sänker våghastigheten så måste man ta hänsyn till detta vid konstruktionen.

Procedur för uppmätning av verklig matningsimpedans och injustering av dipolens längd:
En vertikal halvvågsdipol bestående av 0,75 mm2 vanlig PVC-isolerad mjuk installationsledning tejpades på ett 11 m långt glasfiberspö. Matarkabeln lämnade antennen horisontellt ca 10 m för att inte påverka. Matarkabeln som var ansluten till HP8753D Nätverksanalysator kalibrerades Open Short Load.

Avståndet mellan nedre delen av dipolen och marken varierades från 50 cm till ca 1 m. Antennentrådarnas längd justerades för resonans på 14,050 MHz. Uppmätt impedans hamnade i häradet 90-95 ohm resistivt. Trådlängden mättes upp med måttband och matades in i EZNEC som visade resonans på en betydligt högre frekvens beroende på att Er- och Tj- värdena för PVC-isoleringen och glasfiberspöt ännu inte lagts till.

Typiskt Er för PVC och glasfiber är ca 4 och det visade sig att med Er 4 och 1 mm tjocklek på isoleringen så visade EZNEC resonans med den trådlängden som klippts till och mätts in praktiskt.

Samma procedur gjordes med en vertikaldipol tillverkad av RG58 som har 5 mm diameter. Eftersom en ledare med större diameter ger lägre induktans så får man kompensera genom att göra ledaren ca 100 mm längre än den tunnare ledaren som först mättes upp. Impedansen vid resonans på 14,050 MHz mättes upp och hamnade i häradet 98-104 ohm lite beroende på hur matarkabeln svajade i vinden. Användning av Er 4 och Tj 4 gav resonans i EZNEC på 14,050 MHz med den trådlängden som klippts till och mätts in praktiskt.

En tredje provdipol tillverkades där den övre delen utgjordes av den tillklippta 0,75 mm2 tråden och den undre av koaxalkabeln. Dipolen matades som tidigare i mittpunkten och matarkabeln lämnade antennen horisontellt för att inte påverka. Impedansen uppmättes till 98 ohm resistivt vid 14,050 MHz.

Nästa steg i konstruktionen var att mata vertikaldipolen som avsett via den nedre dipolhalvan. Som isolator användes en strömdrossel bestående av 7 varv tunn koaxialkabel lindad på ett ferritrör. Drosseln är beskriven i ett annat inlägg här på bloggen. Sök på “Strömdrossel”.

Nätverksanalysatorn anslöts till strömdrosseln och det kunde konstateras att resonansfrekvensen låg ett par hundra kHz lågt som förväntat eftersom drosseln inte har så hög isolation som t ex en isolator av porslin. För att kompensera för drosselns påverkan kortades den undre dipolhalvan en aning tills resonansfrekvensen åter hamnade på 14,050 MHz. SVF visade strax under 2:1 som å ena sidan är användbart om man har en radio med inbyggd ATU men å andra sidan är onödigt högt.

För att anpassa 98 ohm till 50 ohm kan man använda en kvartvågstransformator av 70 ohms koaxialkabel. Närmaste standardkabel är RG59 som har 75 ohm. Eftersom man måste räkna med hastighetsfaktorn 0,66 så blir kabeln inte tillräckligt lång för att utgöra den nedre dipolhalvan. Därför skarvades en bit RG58 till.

Kvartvågstransformatorns med RG59 längd justerades in med hjälp av nätverksanalysatorn och förlängdes sedan med RG58 tills den totallängd som tidigare klippts till och visat resonans på 14,050 MHz. En ny antenn tillverkades och tejpades fast längs glasfiberspöt. Resonansen hamnade aningen högre upp på 14,1 MHz och SVF mättes till 1,2:1 vilket stämmer väl överens med tidigare simuleringar i EZNEC och praktiska mätningar.

Bästa anpassning mot 50 ohm erhölls med den undre dipolhalvan ca 90 cm över marken. Höjden är inte särskilt kritisk. Med resonans på 14,1 MHz håller sig SVF under 1,5:1 på hela 20 mb.

För att driva ut det nya 1 kW PA-steget för 144 MHz med trioden GS-35B behövdes ca 75 W. Transvertern som används för 28/144 MHz lämnar 500 mW ut. Först provades ett transistorsteg med MRF9120 som kan köpas som byggsats från Kina för ca 300 kronor.

Originalschemat var felritat och knappt läsbart så första jobbet blev att gå igenom konstruktionen och rita ett riktigt schema. Nåja man kan inte få allt för bara 300 kronor.

Uteffekten var ca 120 W men började komprimera redan vid ca 60-70 W vilket orsakade splatter. Max uteffekt för linjär drift mättes till ca 50 W vilket är i lägsta laget för att driva ut 1 kW PA-steget.

Ett annat alternativ till 75 W drivsteg kunde vara 4CX250B på sparlåga. Dock krävs en förhållandevis komplicerad nätdel med flera spänningar. En betydligt enklare och mer tilltalande lösning är trioden 2C39BA i gallerjordad koppling.

En konstruktion med 3 st 2C39BA ritades ihop. Ingångssteget designades för att kunna lämna ca 10 W ut i 50 ohm. Utgångskretsen är kopplingsmässigt ekvivalent med en halvvågsresonator men utförd som en spole med mittuttag. Om avstämningskondensatorn väljs till samma värde som anodkapacitansen så blir anodkretsen helt symmetrisk med minimum RF-spänning precis mitt på spolen där anoddrosseln skall anslutas. RF kopplas ut via en justerbar link som är lätt att justera för max uteffekt. Ingångskretsen i båda stegen består av en serieinduktans som tillsammans med rörets gallerkapacitans passar fint för 50 ohm inimpedans.

Slutsteget med två parallella 2C39BA är uppbyggt på samma sätt som ingångssteget med den skillnaden att anodkapacitansen och avstämningskapacitansen är 2 x 4 pF vilket ger en något mindre spole. Injusteringen av hela drivsteget gjordes i kallt tillstånd utan anodspänning inkopplad. En temporär belastningsresistans ekvivalent med rörets arbetsimpedans kopplades mellan anod och jord. Nätverksanalysatorn kopplades till RF-ut och kretsarna justerades för SVF 1:1.

Vid provkörning med glöd- och anodspänningar påslagna blev uteffekten ca 120 W med 100 mW driveffekt. Uteffekten ökade till knappt 150 W efter fintrimning. Så de 500 mW transvertern lämnar räcker med råge och dämpades ca 10 dB för att få ut 75 W.

Chassiet består av en 10 mm tjock Al-platta 100 x 150 mm. Tre hål för rörens gallerring frästes i plattan.

I brist på sockel med s k fingerstock löstes monteringen med en klämring och trå spännskruvar. Rörens gallerring får därmed god kontakt med chassiet och sitter stabilt. Både termiskt och elektriskt.

Första “smoke test” gjordes med gamla rör för säkerhets skull. Senare bytta till nya 2C39BA.

Tankspolen med anodspänningsdrosseln mitt på spolen och den justerbara utkopplingslinken. Avstämningen är mjuk och fin utan någon större återverkan mellan link (Load) och Tune.

De båda glöddrosslarna isolerar glöd- och katodanslutningarna där RF matas in via en seriespole. Trimkondensatorn behövdes inte och togs bort i den slutliga kopplingen.

Drivsteget blev helt stabilt och skärmväggen mellan stegen togs också bort så att fläkten kunde blåsa i genom hela apparaten. Rören går iskalla i viloläge och blir inte mycket varmare vid normal drift. Fläkten körs på halv hastighet.

@

Ett av de senaste projekten hösten 2021 var ett linjärt PA-steg för 144 MHz med den ryska trioden GS-35B. Projektet har några år på nacken och började med ett koncept kring Philipsröret QBL5/3500 som det fanns gott om i junkboxen. QBL-röret är en Tetrod som kräver en ganska komplicerad nätdel och skyddskretsar. Idén att använda GS-35B kom upp och surplusrör beställdes från en ryss.

Det “färdigbyggda” PA-steget inbyggt i ett 19″ stativ till höger i bild. Allt fungerar bra som det står nu men tanken är att byta ut de provisoriska frontplåtarna till något mer enhetligt och snygga till paneltexten som nu är avrivna bitar av maskeringstape.

Huvudschemat för PA-steget med styrlogik. Längst upp till vänster i den grå fyrkanten visar RF-delen med GS-35B röret och en handfull komponenter. Som i alla sådana här PA-steg är det stora jobbet mekaniken och nätdel plus ev skyddskretsar och logik. Allt efter behag och hur man vill göra.

Styrlogiken som används här är ursprungligen designad av GM3SEK och såldes av honom fram tills han gick i pension för några år sedan. Därefter har UR3IQH reviderat mönsterkorten och plockat ihop kompletta byggsatser. Även färdigbyggda avprovade kort erbjuds till en kostnad obetydligt högre än byggsatsen.

Kontrollpanelen med de viktigaste instrumentet. Bakom den nedre panelen finns ett antal kontaktorer och kretsarna för mjukstart av högspänningsaggregatet, som är monterat på bottenplåten i stativet. Funktionen i kort är Fläkt startas som sedan medger att Glöd slås på. Glödaggregatet ökar spänningen från noll till 12.6 V under 60 sekunder. Mjukstarten säkerställer att glödströmmen också ökar från noll till max utan den besvärliga strömstöten som inte är så bra för glödtråden. I kommersiella applikationer brukar man dimensionera glödtransformatorn så att den blir självmättande och helt enkelt inte kan lämna så hög ström att röret tar skada.

Efter 120 sekunder går timern på styrkortet ut och kontaktorn för mjukstart av högspänningsaggregatet aktiveras. Sedan är PA-steget driftklart. Det finns skyddskretsar för allt viktigt som för hög gallerström, för låg anodspänning och för hög anodström. Även skydd mot flasch over i röret som kan ställa till stora problem om man utelämnar viktiga skydd.

Konstruktionen bygger på en halvvågskavitet där anodutrymmet har måtten 250×250 x 800 mm. Resonatorn är tilverkad av 60 mm Al-rör som skruvats fast i en utsvarvad adapter som i sin tur är fastbultad i rörets kylkropp med en M10-bult. Anodspänningen matas in via en drossel mitt på resonatorn. Syns inte på bilden. För avstämning av anodkretsen och utkoppling av effekten används kapaciv koppling där plattavståndet justeras med en grovavstämning kring en gängad axel med släpkoppling. Finavstämningen sker dielektriskt genom att vrida in plattor tillverkade av vanligt FR4 1,6 mm glasfiberlaminat men utan kopparfolien. Metoden fungerar bra och ger en mycket följsam inställning. Avstånden mellan Al-plattorna och plattornas diameter är valda så att isolationsavstånden blir betryggande. Resonatorröret har ju full anodspänning ca 2800 V.

På bilden ovan ser man att resonatorn skarvats på två ställen. Det är resultatet av en del experiment i samband med utprovning och optimering. En kortare resonator kräver mer kapacitans och ett mindre plattavstånd eller större diameter på plattorna.

Injusteringen av såväl ingångskretsarna som anodkretsen gjordes i kallt tillstånd utan anodspänning och glöd. För att simulera rörets impedans monterades ett belastningsmotstånd på beräknat värde 2940 ohm mellan anod och jord. Detta tillsammans med rörets anod-gallerkapacitans ger då den ekvivalenta belastningen som röret ger i drift. För att justera in anodkretsen anslöts Nätverksanalysatorn till kontakten för RF ut. Genom att justera de båda plattorna för Tuning och Load ställer man in för minimum SVF på 144,3 MHz. SVF blir 1:1 och inställningarna behöver faktiskt inte röras när anodspänningen slås till och PA-steget är i drift.

Som indikering av uteffekten används ett Telefunken korsvisande instrument som räddats från Sölvesborg Mellanvåg 600 kW sändare. Ett likadant är seriekopplat och sitter monterat i radiobordets stativ. Den högra nålen visar uteffekt och jag har kalibrerat så att 1 kW motsvaras av 600 kW markeringen. Den vänstra nålen visar SVF i den punkt de båda nålarna korsar varandra. För mätning av uteffekt och reflekterad effekt används en riktkopplare som lämnar +30 dBm vid nominellt 1 kW.

Signalen driver en RF-detektor med en Schottky-diod som ger 3 V DC till en peak-detektor med 1 sekunders hold. Det betyder att instrumentens nålar står blixt stilla vid både SSB och CW för att efter 1 sek falla tillbaka.

Den dielektriktriska fininställningen för Tune beräknades för att kunna justera resonansfrekvensen +/- 2 MHz och används bara för att snabbt verifiera att max uteffekt sammanfaller med min anodström och rattens indikering står i mittläget.

Skorstenen är tillverkad av 1 mm PTFE och är monterad i en utsvarvad ring av aluminium. Kylfläkten sätter utrymmet för gallerkretsen under tryck. I mitt fall 2,5 cm vattenpelare. Fläkten blåser direkt på rörets glödanslutningar och gallerring för att sedan ledas igenom chassiet i hålen som syns på en tidigare bild ovan. Skorstenen leder luften genom anodkylflänsen på rätt sätt och sedan ut via ett galler i kavitetens topp. Vid lite drygt 1 kW key down under några timmar blir utluften ca 30-35 grader med fullt fläktpådrag beroende på rumstemperatur. Fläkten går normalt på halvfart och väsnas inte längre.

Utrymmet för gallerkretsen innehåller även nätdelen för glöden. Transformator, likriktare och i plåtburken med genomföringskondensatorerna sitter spänningsstabiliseringen med mjukstart. Glödspänningen kan finjusteras +/- 0,5 V från fronten och den spänning som indikeras på instrumentet är relaterad till spänningen direkt på rörets anslutningar.

RF-kretsen består av två vridkondensatorer och en justerbar induktans med en kortslutningsbygel som manövereras från fronten via en kort kuggstång. Även här gjordes injusteringen i kallt tillstånd med beräknade värden för gallerbelastningen. Det blev nästan rätt med en ingångs SVF på 1,2:1. Efter finjustering med PA-steget i drift gick det att nedbringa SVF till 1:1 här också. Mest för att det gick inte för att det är nödvändigt.

Anodspänningen är aningen för låg, ca2800 V men dikterades av den transformator i junkboxen som passade bäst. För en dryg kW ut behövs 75 W driveffekt. Först provades ett 100 W transistorsteg men det var bara linjärt upp till ca 50 W även om det kunde ge 120 W vid 1 dB kompressionspunkten. Det gav onödigt mycket splatter och förpassades till junkboxen.

I stället konstruerades ett drivsteg med tre st 2C39BA i gallerjordad koppling. Det första röret som drivsteg och de två andra i parallell som utgångssteg. Med ca 1000 V anodspänning får man ut 100 W linjär fin signal och vid 75 W nivån blir det inte sämre. För full utstyrning behövs ca 50 mW så det passar perfekt till min hembyggda 28/144 MHz transverter som lämnar 500 mW nominellt. En 10 dB fast dämpsats mellan transverter och 2C39BA drivsteget ger en stabil belastning.

Det har varit ett kul och lärorikt projekt där varje liten detalj nagelfarits och optimerats. Många alternativa kopplingar och lösningar har utvärderats med varierande resultat. Plåtarna i kaviteten är klippta, skavade, borrade och hålen tar täckts med nya plåtar. Men för funktionen som sådan spelar det absolut ingen roll.

Som alla sådana här projekt är det själva resan med alla vedermödor och experiment fram till att det fungerar som är det riktigt roliga. Vad man sedan skall ha prylarna till tål att diskuteras. Dock har en handfull NAC-tester på 144 MHz avverkats så “smoke testen” är avklarad med god marginal.

@

Då var det dags igen för ett nytt nummer av ESR Resonans. Nummer 4 och det sista för i år.  Resonans nr 4 och alla tidigare nummer finns att ladda ner från Arkivet: ESR Resonans

Nummer 1 2015 förväntas komma ut “till våren” eller när tillräckligt mycket material kommit redaktionen tillhanda. Har du något på gång? Skriv en notis eller artikel! Det uppskattas av läsarna.

Trevlig läsning

/Redaktionen

gm

Bengt