oe6jbg Amateurfunk und Elektronik Aktivitäten in Graz


Seit Dezember 2010 bin ich Inhaber einer Amateurfunk Lizenz und berichte hier über meine Amateurfunk und Elektronik Aktivitäten. Damit möchte ich Leute mit ähnlichen Interessen ansprechen und einen Ausgangspunkt für Erfahrungsaustausch anbieten. Amateurfunk bietet ja eine riesige Vielfalt von Möglichkeiten, sich zu betätigen. Andrerseits habe ich sehr viel von der Information im Internet profitiert, so dass ich auch einen Teil dazu beitragen nöchte.

Mein Name ist Johannes, im dx Verkehr: John und das qth ist Graz. Mein Interesse richtet sich auf Selbstbau, low power, low tech, lowcost, Telegraphie, qrp, nvis, ....

Zur Prüfungsvorbereitung habe ich an einem Kurs in Graz teil genommen. Kursinfo hier Da kann ich sagen, das ist eine hervorragende Möglichkeit, in das Thema Amateurfunk rein zu kommen. Die Sache war nicht nur perfekt organisiert von Harry Gosch, oe6gc sondern auch von einer beeindruckenden inhaltlichen Qualität. Hochkarätige Profis gingen sowohl auf die Bedürfnisse der Personen ein, die mit Technik und Funk noch nicht so vertraut waren, als auch auf die Fragen und Interessen von Technikern. Dabei wurde nicht nur viel fundiertes Knowhow, sondern auch viel Begeisterung und persönliches Engagment gezeigt.

Die Morse Telegrafie habe ich mir mit Hilfe eines selbst geschriebenen Programms auf dem PC selbst beigebracht. Nach der Prüfung habe ich begonnen, mich in den cw Betrieb auf Kurzwelle ein zu hören. Das Mitlesen von Klartext ohne zu schreiben fand ich viel schwieriger als das Mitschreiben von Fünfer Gruppen. Darum habe ich zunächst begonnen, mir für das Training mp3 Files anzufertigen, die kurze Klartext Wörter enthalten. Damit begann ich, das gleichzeitige Konzentrieren auf die Zeichen und auf ihren Inhalt üben. Das hörte sich dann so an: Kurze_Wörter01.mp3 . Inzwischen habe ich einige mp3 Files mit Klartext. Im Internet findet man ganze Romane, mit denen ich mein Morseprogramm füttere. Auf meinen Wanderungen rund um Graz habe ich jetzt immer meinen mp3player mit. Das ist eine sehr angenehme Art zu lernen.

Technische Ausbildung habe ich ursprünglich keine absolviert, aber die Elektronik fasziniert mich seit den Tagen meiner Kindheit. Schon als Mittelschüler habe ich in den Ferien bei den Elektrofachbetrieben Osberger in Stainach und Pötsch in Schladming gearbeitet. Anschliessend an den Amateurfunkkurs Kurs habe ich die Grundlagen der Elektrotechnik gelernt, um eine solide Basis zu bekommen. Sehr hilfreich fand ich das Buch "Grundlagen Elektrotechnik" von Leonhard Stiny aus dem Franzis Verlag. Weiter ging es mit der Elektronik Reihe aus dem Vogel Verlag, der Halbleiterschaltungstechnik von Tietze - Schenk und dem Taschenbuch der Hochfrequenztechnik von Meinke - Grundlach. Zwischendurch war ich erschüttert, weil mit jeder beantworteten Frage in dem Fachgebiet drei neue Fragen auftauchen.

Dann freute ich wieder, als es mir beispielsweise endlich gelang, die Ortskurve einer komplexen Grösse mit Excel auf zu malen.
Solche kleinen Erfolgserlebnisse beflügeln dann und führen zu einem weiteren Erforschen der Elektronik Grundlagen. So habe ich mir dann gleich anschliessend Excel VBA Funktionen geschrieben, mit denen das Rechnen mit Impedanzen sehr komfortabel ist. Sogar die zu Grunde liegende Mathematik begann mir zu gefallen. Jedenfalls legte ich meine bisherige Scheu vor der Mathematik ab.

Für den Fall, dass jemand Verwendung dafür hat, gibt es hier eine Textdatei mit Programmcode (anschliessend die "Zurück" Schaltfläche verwenden): Funktionen für Komplexe Wechselstrom Rechnung
In der Zeit vor und nach der Lizenz Prüfung entstanden auch schon ein paar elektronische Geräte die mit dem Amateurfunk zu tun haben, nachdem ich davor mehr Elektronik und Feinmechanik mit Modellbau Bezug gebaut hatte.

Ein Projekt, an dem ich mit grosser Begeisterung dran war, ist mein autonomes Fahrzeug.
Das Fahrzeug hat eine Trapezlenkung.
Der Antrieb erfolgt durch zwei Gleichstrommotore mit je einem Getriebe. Die ganze Mechanik habe ich selbst aus Halbzeug selbst gebaut. In allen Lagern und Gelenken läuft Stahl in Messing. Die Gelenkteile im Lenkgestänge habe ich aus Vollmessing gebohrt, gesägt und gefeilt. Alle Flansche, Buchsen, Anlauf- und Distanzringe sind selbst gefertigt.
Für die autonome Navigation wurden Positionslichter, eine Webcam, ein PC mit selbst entwickelter Software, eine Funkübertragungsstrecke, ein Demultiplexer, ein Fahrtsteller und ein Lenkservo ins System integriert. Das autonome Folgen einer in die elektronische Karte eingezeichneten Sollspur funktioniert gut. Dazu wertet die Software auf dem PC Webcambilder mit den Positionslichtern aus, errechnet die Position und die Ausrichtung des Fahrzeuges, vergleicht mit der Karte und ermittelt die nötigen Lenk- und Antriebsbefehle. Diese Steuerbefehle werden in Fernsteuerimpulse (Pulspositionsmodulation) umgerechnet und mit der Soundkarte an die Funkübertragung übergeben. Die Signale aus dem Funkempfänger an Bord werden regeneriert, die Kanäle werden separiert und Fahrtsteller und Lenkservo werden entsprechend angesteuert.
Beim Entwickeln der Schaltungen, die die Fernsteuersignale verarbeiten, habe ich ein selbst geschriebenes Software Oszilloskop verwendet. Damit war es einfach, die Impulse zu verfolgen. Hier ist zu sehen, wie der Impuls des ersten Steuerkanals aus dem Multiplex PPM Signal gewonnen wird.
Diese Schaltung passt den Pegel an, synchronisiert die Verarbeitung der Steuerkanäle und erzeugt pro Kanal die jeweiligen Servoimpulse.
Mit Amateurfunk Bezug geht es dann so wieter:
Einen Morse Tongenerator habe ich selbst dimensioniert und auf Lochraster gebaut.
Einen Testoszillator zum Ausmessen von Induktivitäten, Kapazitäten und Schwingkreisen habe ich ebenfalls selbst dimensioniert und auf Lochraster gebaut.
Dazu habe ich ein Programm geschrieben, das die Zusammenhänge zwischen Kapazität Induktivität und Frequenz in allen Richtungen anzeigt.
Ein Frequenzzähler entstand aus einem Bausatz von qrp Project. Und der Tastkopf (im Bild bei Tests ohne Gehäuse zu sehen) ist selbst dimensioniert.
Ein Fuchsjagdempfänger entstand aus einem Bausatz von Dieter Schwieder. ARDF ist ein Riesenspass und eine Fuchsjagd ist eine sehr spannende Angelegenheit.
Das Gerät funktioniert sehr gut. Erstaunlicher Weise ist auch die Umschaltung von der Achtercharakteristik zur Herzcharakteristik ohne Abgleich auf Anhieb perfekt gewesen.

Anschliessend entwarf ich die konkreten Schritte zur Aktivität auf Kurzwelle. Ich will mit einem Selbstbau Gerät qrp portabel in CW aktiv werden. qrp cw ist für mich immer noch die am stärksten faszinierende Sparte des Amateurfunk. Es ist die eleganteste Methode, weit reichend und völlig unabhängig von jeder zentralen Netzstruktur zu kommunizieren. Der beabsichtigte Einsatzbereich ist rund um Graz und auch auf Bergwanderungen.

So habe ich mir zuerst einmal Oszillator Schaltungen angeschaut. Colpitts, beziehungsweise die Weiterentwicklung von Clapp wird viel verwendet. Für die ersten Versuche nehme ich Quarzsteuerung. Bei der Simulation mit LTSPICE und beim Experimentieren auf dem Steckbrett habe ich gesehen, dass ausreichend schnelles Anschwingen und sauberer Sinus mehr als schwierig zu vereinen sind. Es ist mir nicht einmal gelungen, einen vernünftigen Kompromiss zu erzielen, bis ich dann einen Schaltungsvorschlag von Wenzel Associates gesehen habe. Dort wird die Oszillatorspannung nicht vom Transistor, sondern über den Quarz abgenommen. Das Ergebnis war simuliert und auch real umgesetzt sichtbar und hörbar überzeugend.
LTSPICE ist eine überraschend gute Software. Freeware ohne Einschränkungen und war sogar für mich als Einsteiger in die Simulation auf Anhieb intuitiv bedienbar.
Nachdem der Oszillator nun kräftig und stabil schwingt, ist eine tastbare Verstärker Stufe in Angriff genommen worden. Die erste Sender Konfiguration wird wohl aus dem oben gezeigten Oszillator und einer Emitterstufe mit getastetem Basis Spannungsteiler und einer Gegentakt PA bestehen. In der Simulation funktioniert diese Eigenentwicklung bereits. Einige Berechnungen zur Optimierung und Kontrolle werden wohl noch sinnvollsein. Darauf folgt ein experimenteller Aufbau mit Tests und in weiterer Folge wird fix zusammengebaut. Für die Tests ist noch ein Dummy Load zu bauen.
Die Oszillatorstufe könnte natürlich noch verfeinert werden, um den Quarz zu ziehen, ohne die Ausgangsspannung zu weit zu verändern. Dazu könnte man zwischen Quarz und Basis eine Ziehinduktivität einbauen.

Aber zuerst wollte ich den Ziehbereich des Quarzes kennen. Also habe ich den Oszillator in Betrieb genommen und nachgemessen, was man so erreichen kann. Die folgende Kurve sagt schon viel aus.
Bevor ich mich zu sehr in den Details verliere, habe ich begonnen, die Schaltung auf zu bauen. Wahrscheinlich wird da noch viel experimentiert, darum habe ich einen modularen Aufbau gewählt. Hier ist der Oszillator zu sehen.
Die Taststufe wurde auf ein Experimentierbrettchen gesteckt. Auch wenn das nicht wirklich Hochfrequenzgerecht durchgeführt wurde, so zeigte sich doch, dass die Stufe einwandfrei funktioniert. Rechts hinten ist der Oszillator und in der Mitte der HF-Tastkopf zu sehen. Der Schwingkreis liess sich so schon schön in Resonanz bringen. Der übertrager Kreis war da noch nicht fertig. Da fehlte es noch ein wenig an ausreichend komfortablen Messmitteln.
Also war wieder einmal ein Bastelexkurs als Abwechslung vom Bastelhauptprogramm angesagt. Das ist die Methode, die sich für mich gut bewährt: Das Projekt ruhig ein wenig grösser wählen, als es dem gegebenen Wissens- und Erfahrungsstand entspricht. Drauf los arbeiten und bei Bedarf die fehlenden Teile von Knowhow und Ausrüstung ergänzen. In einem Bootstrap artigen Verfahren wird das Werkzeug selbst gebaut.

Ein Testsender und Hf Dipper musste her. Und das war dann das Ergebnis des Bastelzwischenspiels für die Ausrüstung des eigenen Bastel - Arbeitsplatzes. Die Steckverbindungen sind 2.6 mm System. Der Drehkondensator kommt aus einem Billigradio; mit Jumpern kann ich die vier Drehkos beliebig parallel und auch in Serie schalten. Da ein digitaler Frequenzmesser dranhängt, konnte der Rest sehr einfach gestaltet werden. Der Oszillator ist wieder eine Kombination aus Basisschaltung und Emitterfolger. Darum kommt er praktischer Weise ohne Dreipunkt Rückkopplung aus.
Anschliessend wurde die Tast- und Pufferstufe gelayoutet und gebaut. Inzwischen arbeite ich da nicht mehr mit Autocad, wie noch beim Entwurf der Oszillatorstufe, sondern mit EAGLE. Bei solchen Projekten mit teils experimentellem Charakter auf Punktraster versuche ich, die Bestückung nicht zu eng vor zu sehen und die längeren Leiterbahnen etwas von den Bauelementen ab zu setzen, damit einzelne Komponenten einfach auszutauschen sind.
Durch den nun vorhandenen Messender, und den schon erwähnten Tastkopf war der Abgleich recht einfach zu bewerkstelligen. Oszillator und die Puffer- und Taststufe funktionieren schon einmal gemeinsam. Auf den Aufbau der PA freue ich mich bereits, aber vorher gehts kurz in den Jahresurlaub.
Damit mir das Entwerfen und das Dimensionieren von Schaltungen und Geräten schneller von der Hand geht, und damit ich so mehr Übung bekomme habe ich schon begonnen, noch mehr Programme für die Elektroniker Arbeit zu schreiben.
Bei den Überlegungen zur Gestaltung der PA, bemerkte ich, dass ich von der Antennen Anpassung zu wenig weiss. Also recherchierte ich zunächst über das bekannte Collins Filter und fand ... sehr wenig! Es gibt Bauanleitungen und Bauberichte, aber ich fand die Formeln zur exakten Dimensionierung nicht, die mich so interessieren. Also analysierte ich den belasteten (!) Tiefpass mit meinen aufkeimenden Kenntnissen der komplexen Wechselstromrechnung. Eine gute Gelegenheit, um zu üben, dachte ich mir. Heraus kam das folgende Schaltbild.
So weit, so gut, aber numerisch nachvollziehen wollte ich das schon. Also schrieb ich mir noch eine kleine Applikation. Damit konnte ich schon mal Dimensionierungsbeispiele durchrechnen. Es zeigte sich, dass das obige Schaltbild die Verhältnisse richtig wiedergibt.
Mit der Information konnte ich daran gehen, Anpassungs- und Resonanzbedingung auf zu stellen und die Formeln, die ich vermisste, ab zu leiten. Dabei wurde deutlich, dass die komplexe Wechselstromrechnung doch etwas komplex ist. 
 R2X2²     R1X1²    
——————— = ———————
R2²+X2²   R1²+X1²   

               R1R2²X1²
X2 = sqrt(—————————————————)
          R1²R2+R2X1²-R1X1²

      R1²X1     R2²X2            
Xl = ——————— + ——————— 
     R1²+X1²   R2²+X2²  

f = sqrt((-(R2²C2²L+R1²C1²L-R1²R2²C1C2²-R1²R2²C1²C2)
    +sqrt((R2²C2²L+R1²C1²L-R1²R2²C1C2²-R1²R2²C1²C2)²-4(R1²R2²C1²C2²L)(L-R1²C1-R2²C2))) 
    /(2R1²R2²C1²C2²L))/(2*pi)
Diese Formeln wurden dann in einem Programm komfortabel anwendbar gemacht. Die Oberfläche ist unten zu sehen und darunter zeigt die Kurve von LTspice, dass das berechnete Testbeispiel zu korrekten Ergebnissen führte. Zur Zeit beherrscht das Programm die Anpassung von abgestimmten Antennen. Eine kleinere Ergänzung macht dann die Abstimmung von nicht resonanten Antennen möglich.
Für die vielen Gerätchen, die gerade so entstehen werd ich zum Teil auch sehr robuste Gehäuse brauchen. Da bin ich gerade am überlegen, was das am besten wäre. Aluminium Formrohre sind sehr günstig zu bekommen.
In Planung ist auch die Mechanik für eine (Squeeze Paddles) Morsetaste. Die Anforderung für den portablen Betrieb ist: Klein, leicht, robust und gut einstellbar. Das Ding soll eventuell auch mit Handschuhen oder unter dem Anorak bedienbar sein.
Eine Variante ist schon entworfen, aber noch nicht optimiert. Die Merkmale sind: paralleler Hub, Lagerung in Blattfedern ohne nennenswerte Federkraft und degressiv wirkende magnetische Rückstellung. Ich denke, diese Variante werd ich mal bauen.
Für die komfortable Verwaltung von MAC Adressen in einer Tabellenkalkulation habe ich eine entsprechende Funktion geschrieben. Diese erlaubt das Hochzählen der Macadressen durch Ziehen mit der Maus. Den dazu gehörenden Quelltext gibt es hier in einer Textdatei . Die Idee zu diesem kleinen Excel VBA Programm hatte ich beim Testen, Debuggen und Verpacken von hunderten neu produzierten Netzwerk Karten.
In einem Projekt konnte ich das Schalten von Verbrauchern in einem Industriebetrieb über Ethernet mit Hilfe einer von mir erstellten dynamische Webseite realisieren. Um mich weiter in das Thema zu vertiefen, habe ich das bekannte Net-IO aufgebaut. Das stellt zwar nicht die zeitgemässe und robuste Industrie - Qualität dar, kann aber gut als Trainingsprojekt für die Implementierung einer On Chip Websitesteuerung über den Browser dienen.
Für die ersten Versuche habe ich mir ein pseudo serielles programmier Interface nachgebaut, weil es im Netz vielfach empfohlen wird. Auch wenn es nur ein Experimentierplatinchen ist, habe ich übungshalber ein EAGLE Layout erstellt. Für den erwähnten Zweck ist es natürlich einseitig geplant und für das komfortable Abändern der Beschaltung sind mehr Brücken als sonst nötig vorgesehen worden.
Ob das Verfahren auf einer Windows Maschine mit XP SP3 noch funktioniert, war zunächst noch fraglich. Aber diese Frage konnte positiv beantwortet werden. Das Programmierinterface funktioniert.
Diese kleine Applikation hab ich mir geschrieben, um im Zusammenhang mit der Entwicklung der Programmierschnittstelle den Zugriff auf Hardware Adressen zu testen und zu kontrollieren. Das Tool funktioniert hervorragend, es zeigte sich, dass der willkürliche Zugriff auf die zu verwendenden Speicheradressen des PC möglich ist.
Oft hat man heutzutage keine serielle Schnittstelle zu Verfügung, da ist natürlich die Anbindung mit einer zeitgemässen USB Programmierschnittstelle gefragt. In weiterer Folge ist auch die Anbindung über Ethernet auch attraktiv.
Der USB Programmer funktioniert auch. Die Recherche der für das Funktionieren des Gesamtsystems erforderlichen Information war mühsam, da die Programmierumgebung, das Tool zum übertragen des Programms, die Schaltung des Übertragungsinterface und die Schaltung der Mikrokontrollerplatine aus verschiedenen Quellen stammen. In einer solchen Situation hilft dann nur das Lesen von viel Hintergrundinformation.
Hurrah, das erste Mikrokontroller Programm funktioniert auch. Das war nichts grossartiges: Eine LED blinkte! Aber wieder zeigte sich, dass kleine Tests auch in grossen Vorhaben nützlich sind. Es war eines meiner ersten C Programme. Endlich hatte ich einen Anlass, um mit C zu beginnen.

Das nächste Programm läuft auch schon und kann Morsezeichen ausgeben. Anwendungen dafür wären Baken und Fuchsjagdsender.

Wenn man das Board aber mit dem ursprünglich vorgesehenen Server betreiben will, kann ein alternativer Client sinnvoll sein.
   
Zuerst habe ich mit einer Basisvariante getestet, ob sich der Server auch einfach ansprechen lässt, und es hat sich gezeigt, dass es nur sehr wenig Aufwand braucht, um die mitgelieferte PC Software durch eine Altenative zu ersetzen. Der vorinstallierte Server auf dem Mikrocontroller kann dabei weiter verwendet werden. Dann habe ich eine PC Software geschrieben, die es ermöglicht, das Netio von jedem internetfähigen Mobiltelefon aus zu schalten. Das Mobiltelefon braucht dazu nur seinen Browser und keine neue App. Das Steuern über den Browser vom Handy funktioniert auch, wenn der Internet Provider eine Firewall betreibt, hinter der das weder NETIO noch der PC vom Internet aus ansprechbar sind. Im Bild sind die Schaltflächen für das Testen der einzelnen Funktionen und ein Debug Protokoll zu sehen.
Auf dem Mobiltelefon ist dann ein kleines Schaltbrett zu sehen. Die Schalterstellung nach Betätigung wird unmittelbar zurückgemeldet, und der Zustand des Ausgangs vom NETIO wird auf dem Handy signalisiert, nachdem er tatsächlich umgeschaltet wurde.
Damit das Ganze dann auch wirklich nützlich sein kann, habe ich eine Relaissteckdose gebaut. Entsprechend den Anforderungen für das Arbeiten mit Netzspannung habe ich die Platine in ein professionelles Gehäuse eingeschlossen und mit den entsprechenden Sicherheitsmassnahmen versehen.
Im nächsten Schritt war natürlich selbst entwickelte Mikrocontroller Hardware dran. Dieses Board ermöglicht das Entwickeln und Testen von mc Software und der jeweils benötigten Peripherie Hardware. Mit dem mc kann per Ethernet und über die IO Leitungen kommuniziert werden.
Falls Konakt per Email erwünscht ist,
ich freu mich über Zuschriften: