Antenneschakelaar met PIN-dioden

Antenneschakelaars zijn in twee hoofdcategorian in te delen: (Elektro) mechanische en elektronische. Beide categorieen hebben zo hun eigen voor- en nadelen.

Vooral bij elektronische schakelingen is het te schakelen vermogen vaak een beperkende factor.

Deze door Nanko PAoV beschreven High Power Switch voor 144 MHz met PIN-dioden heeft deze beperking niet en leent zich daarom bij uitstek om te gebruiken in combinatie met een ontvangstvoorsterker dicht bij de antenne.

De hier beschreven antenneschakelaar is een variant op een ontwerp van SM5BSZ. Bij het oorspronkelijke ontwerp was het afregelen een tijdrovende bezigheid.

Met het lusje, dat de inductie van de condensator en diode compenseert, moet de isolatie tussen zender en voorversterker geoptimaliseerd worden. In mijn geval was dit nauwelijks reproduceerbaar.

Ontwerp

Fig. 1

Om de switch goed te kunnen afregelen, werd door mij het ontwerp van SM5BSZ enigszins gewijzigd.

Het spoeltje met de aftakking maakte plaats voor 2 × ¼ λ coaxiale lijn met hoge impedantie.

Immers, een ½ golf reproduceert de impedantie, de 50 Ω op de antenneaansluiting is dus ook 50 Ω op de connector van de voorversterker. Deze constructie maakt het tevens mogelijk een extra diode te plaatsen in de RX lijn. Hiermee verbeterde de isolatie tot 70 dB.

Fig. 2

Meetresultaten

Belastbaarheid

De schakelaar werd gedurende 10 minuten met 1500 Watt belast. De temperatuurverhoging van de diodes was niet noemenswaardig: minder dan 50°C.

Isolatie

Zoals uit de grafieken blijkt is de isolatie op de tweede harmonische matig. Bij 288 MHz zitten de diodes op een stroom maximum, een kortsluiting (de diode) is dus minder effectief

Fig. 3
De isolatiedemping tussen RX en TX tot 500 MHz.

Fig. 4
RX-demping tussen 139 en 149 MHz.

Fig. 5
RX-demping tot 500 MHz.

Fig. 6
TX-demping tussen 139 en 149 MHz.

Fig. 7
TX-demping tot 500 MHz.

Het is voor de levensduur van de voorversterker van belang dat de zender een goede onderdrukking van harmonischen heeft!

Beveiliging

Om te voorkomen dat de zender RF produceert voordat de schakelaar in de TX stand staat, is een beveiligingscircuit belangrijk. Ik gebruik de spanning over een van de diodes om een NPN transistor aan te sturen. Deze transistor activeert de transverter en de PA. Dit is tevens mijn sequencer.

Risico's

Het concept is nu drie jaar in gebruik en ondanks het gebruik van CW vox heb ik geen problemen met opgeblazen preamps.

Terugschakelen naar RX is ook een risico. In mijn geval was de schakelaar sneller dan de TRX. De zender produceerde nog RF, terwijl de schakelaar al in RX stond. Met behulp van een elcotje over het TX/RX relais werd het schakelen een beetje vertraagd.

De constructie

De TX lijn is gemaakt van 8 mm koperbuis .Voor de buitengeleiders is 17 mm vierkant gebruikt.

Vierkant, omdat nu de tussenschotjes zo gedimensioneerd kunnen worden dat de diodes met zo kort mogelijke aansluitingen aan aarde gelegd kunnen worden.

Zie hiervoor ook het nanogram met de karakteristieke impedantie en formules voor zowel vierkante als ronde coaxiale geleiders.

Fig. 8

De RX lijnen, 2.5 mm verzilverd koperdraad, hebben ook 17 mm vierkante buitengeleiders. Alle lijnen zijn 52 cm lang (tussen de diodes). De LC verhouding is belangrijk omdat de afstemcondensatoren parallel aan de coaxen zitten.

Veel L en minimaal C dus.

Voor de grondplaat, waarop de connectoren gemonteerd zijn, is bewust voor messing gekozen. Aluminium lijkt meer voor de hand te liggen, maar de combinatie zilver/messing en aluminium kan gemakkelijk gaan corroderen en hierdoor kan intermodulatie optreden.

F5VHX heeft de schakelaar hierover aan de tand gevoeld. Met de beperkte meetopstelling konden echter geen absolute waarden gemeten worden. Zijn conclusie was: "In de praktijk zijn geen problemen te verwachten."

Voeding

De +5 Volt voeding voor het zenden moet ongeveer 1 Ampere kunnen leveren.

De RX voeding staat constant via een weer-stand van 1k5 Ω aangesloten, in de stand zenden staat er dan 24 + 5 = 29 Volt over de weerstand, de 24 V voeding moet dus totaal ∼60 mA kunnen leveren.