QRP Transceiver sicher betreiben

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von Matthias, DD7NT

Unser OV SØ6 führt jährlich einen Feldtag durch. 2016 bauten dafür mehrere OM QRP-Transceiver. Dafür wurde der Bausatz „Mrs. Mosquita“ (40 m CW Monobander) von QRP-Projekt ausgewählt. Ich habe meine „Mücke“ mit einem Frequenzzähler und einem Keyer nachgerüstet und verwende das Gerät auch heute noch sehr gern. Später kamen weitere Eigenbauten sowie Geräte aus Nachlässen und Schenkungen hinzu. Im Bestand sind nun: Ein ICOM IC-703, Mrs. Mosquita, 2 x QCX von QRPLabs für 20 m und für 30 m, ein HB-1B Vierbandtransceiver sowie ein µBitx4 für alle Bänder von 80 m bis 10 m in CW und SSB.

Ein Zusatzgerät für meine QRP-Transceiver

Schutz der Endstufen

Die Endstufen meiner QRP-Transceiver sind mit MOSFETs bestückt. Bis auf den IC-703 sind keine eingebauten Tuner vorhanden. Zur Abstimmung der übrigen Geräte wird ein Elecraft-Tuner T1 (bis 20 Watt) verwendet, der sich für den Portabelbetrieb sehr gut eignet. Beim Abstimmen mit diesem Tuner entstehen am Antenneneingang der Transceiver Spannungsspitzen. Besonders bei den QCX (3 x BS170 in der Endstufe), aber auch beim HB-1B besteht ein hohes Risiko, dass die FETs und in der Folge deren Treibertransistoren beim Abstimmen zerstört werden. Mein QCX20 musste bereits nach dem ersten Abstimmversuch mit dem Elecraft T1 repariert werden.
Hier schafft ein 3-dB-Dämpfungsglied Abhilfe, das beim Abstimmvorgang zwischen Tuner und Transceiver geschaltet wird. Auch hohes SWR während des Betriebes stellt ein Risiko dar. Das Stehwellenverhältnis sollte daher überwacht werden. Für die QCX soll das SWR nicht über 2.5 liegen.

Schutz der Akkus und der Geräte

Ich setze im Portabelbetrieb im Sächsischen Bergwettbewerb unterschiedliche Akkus ein. Diese Akkus sollen auch für die Kurzwelle verwendet werden. Bei den LiIon- und den LiPo-Akkus wird ein Schaltregler zwischen Akku und Transceiver oder Handfunkgerät geschaltet, der die Spannung auf maximal 13,8 V reduziert. Eine falsche Einstellung des Schaltreglers oder ein Unterschreiten bestimmter Mindestspannungen soll erkannt und signalisiert werden. Die Spannung soll überwacht und angezeigt werden.

Keyer und CQ-Ruf

Die eingebauten Keyer bei den beiden QCX sind für langsame Geschwindigkeiten gut verwendbar. Beim flüssigen Geben patzen sie allerdings, wenn man die dem letzten Zeichen folgende Pause nicht genau abwartet. Nicht alle Transceiver unterstützen das Senden fester Texte. Da man als QRP-Station manchmal länger rufen muss, sollen CQ-Rufe oder auch das Rufzeichen automatisch gesendet werden können.

Angenehmes Hören

Der IC-703 und Mrs. Mosquita verfügen über eine AGC zur automatischen Lautstärkebegrenzung. Bei den anderen Transceivern fehlt sie. Hört man eine Station mit „normaler“ Lautstärke, die plötzlich von einer sehr lauten Station gerufen wird, ist das sehr unangenehm. Die Nachrüstung einer AGC wäre ein Komfortgewinn.

CW-Filter

Wenn der CW-Bereich im Band einmal dicht besetzt ist, wäre ein schmales CW-Filter hilfreich. Zwar kann man auch mit dem Gehör gut selektieren, ein CW-Filter mit einer Bandbreite von ca. 150-200 Hz vereinfacht auch die exakte Abstimmung auf die gewünschte Station. Dies trifft vor allem auf den µBitx4 zu, der für CW und SSB verwendet werden kann und in beiden Betriebsarten mit derselben Bandbreite empfängt.

Peters Funkkoffer

Der HB-1B ist ein Geschenk von Lothar, DL1DXL. Er stammt aus dem Nachlass von Peter, DL6DSA. Peter hatte den HB-1B in einen Aluminiumkoffer eingebaut. Dieser war so konzipiert, dass man den vorbereiteten Koffer am Zielort nur noch aufstellen und mit der aufgebauten Antenne verbinden musste. Dann konnte man sofort funken. Dazu hatte Peter folgende Baugruppen hinzugefügt:

• schaltbares 3 dB Dämpfungsglied
• NiMH-Akkusatz 12,5 V 1 Ah mit Ladebuchse
• Sensorkeyer P4 der Firma Sensortech mit Speicherfunktion. Zur Tastung dienten zwei isoliert montierte Hutmuttern an der rechten Kofferseite.
• zuschaltbarer Lautsprecher
• Elecraft QRP Automatiktuner

Diese Baugruppen decken den beschriebenen Nachrüstungsbedarf weitgehend ab. Durch den Aluminiumkoffer und die Einbauten war der HB-1B in dieser Form jedoch nicht für den Wanderrucksack geeignet.

Geht es auch kleiner?

Ein Frontend für meine QRP-Transceiver

Mein Ziel war daher ein kleineres und leichteres Gerät zu bauen, das mit meinen QRP-Transceivern kombiniert werden kann und das im Rucksack bequem Platz findet. Aus dieser Idee entstand ein Frontend, dass dem QRP-Transceiver vorgeschaltet wird. Dieses Frontend habe ich QRP-Protektor genannt.

• Die Antenne wird über den Elecraft-Tuner oder eine Z-Match an das Gerät angeschlossen. Über das Micro-SWR-Meter nach DL2AVH von QRP-Projekt und ein schaltbares 3-dB-Dämpfungsglied geht es dann zum jeweiligen Transceiver. Das gemessene SWR wird in einem kleinen Display angezeigt und überwacht. Bevor überhaupt gesendet werden kann, muss zwingend abgestimmt werden. Dabei muss ein SWR innerhalb der einstellbaren Grenzen erreicht werden. Werden diese verlassen, gibt es eine akustische Warnung oder der CW-Keyer wird gesperrt.
• Die Tastung mit Paddle oder Handtaste erfolgt am QRP-Protektor. Der darin eingebaute Keyer erzeugt die Zeichen für den Transceiver, der im Handtastenmodus arbeitet. CQ-Rufe bzw. Rufe werde ebenfalls vom Keyer generiert und ausgegeben.
• Die Betriebsspannung erhält der Transceiver über den QRP-Protektor. Damit wird die Betriebsspannung überwacht.
• Der Kopfhörerausgang des Transceivers wird über den QRP-Protektor geführt. Hier ist der Einbau einer AGC und ggf. eines CW-Filters vorgesehen. Beides ist derzeit noch in Arbeit. Der bisher erreichte Arbeitsstand wird bereits genutzt. Die beiden Audiobuchsen zwischen denen AGC und Filter später eingebaut werden sollen, sind momentan noch überbrückt.

Schaltung des QRP-Protektors

Für die Steuerung aller Funktionen wurde ein platzsparendes Arduino-Nano-Board mit einem ATMega328 verwendet. Der Prozessor wird mit 16 MHz getaktet.

• Über die Analogports A0 und A1 erfolgt die Messung des SWR. Die vom SWR-Meter gelieferte Spannung wird an zwei 47k-Widerständen abgegriffen. Damit kann das SWR bei Leistungen bis zu 10 W gemessen werden.
• Der Port A2 misst die Spannung am Schleifer eines 10k Potentiometers. Daraus wird die CW-Geschwindigkeit bestimmt. Es können Geschwindigkeiten zwischen 60 und 120 BpM eingestellt werden.
• An A3 wird über einen einstellbaren Spannungsteiler die Betriebsspannung gemessen.
• Die Ports A4 und A5 werden für das kleine OLED-Display SSD1306 benötigt. Das nur 1,5“ große Display kann bei Auswahl eines geeigneten Fonts 3 Zeilen zu je 8 Zeichen gut lesbar darstellen. Das genügt zur Anzeige der Betriebsdaten und der Menüs.
• Die Digitalports D2 und D3 bedienen den Drehencoder, mit dem die Menüpunkte ausgewählt werden.
• Der Port D4 steuert den Buzzer, der akustisch bei der Überschreitung eingestellter Spannungswerte und SWR-Grenzen warnt.
• D5 steuert das Relais, mit dem das 3-dB-Dämpfungsglied eingeschleift oder überbrückt wird.
• D6 steuert das Reedrelais des Keyerausgangs.
• D7 und D8 sind die Eingänge für den Keyer. Im Handtastenmodus reagiert der Keyer auf beide Ports.

Bedienung des QRP-Protektors

Die Bedienung erfolgt mit dem Drehencoder und der Morsetaste. Mit dem Drehencoder werden Menüpunkte angewählt und mit einem Tastenklick wird der gewünschte Menüpunkt ausgewählt. Der ausgewählte Menüpunkt ist mit einem „*“ markiert. Die Rückkehr aus den Menüs geschieht entweder automatisch, mit dem Drehencoder oder mit Auswahl von „←“ im Menü.

In der ersten Ebene gibt es folgende Menüpunkte:

Tune – damit erfolgt die Abstimmung mit Automatiktuner oder einer Z-Match. Die Abstimmung wird mit der Taste gestartet und das Dämpfungsglied wird zwischengeschaltet. Dann generiert der Keyer einen Dauerton und es kann mit dem Antennentuner abgestimmt werden. Mit einem weiteren Tastklick wird die Abstimmung beendet, das Dämpfungsglied abgeschaltet und das SWR nochmals mit einem kurzen Ton gemessen. Wenn das SWR im eingestellten Limit liegt, geht es zum CW-Menü.
CW – ist der Menüpunkt für den CW Sendebetrieb. Dieser Menüpunkt wird nach dem Abstimmen automatisch aufgerufen. Ohne Abstimmung kann nicht gesendet werden. Die CW-Geschindigkeit kann während des Gebens angepasst werden.

CQ – ist für das automatische CQ-Rufen zuständig. Es kann gewählt werden, ob nur mit dem Rufzeichen oder mit einem Anhang /P, /M oder /QRP gerufen wird. Der CQ-Ruf wird mit der Taste ausgelöst. Er kann mit der Taste oder dem Drehencoder unterbrochen werden. Passiert dies während des Rufens oder bis zu 3 Sekunden nach dem Ruf, erfolgt der Wechsel in das CW-Menü. Wird die Taste später betätigt, wird ein neuer CQ-Ruf gestartet.

CALL – Hier wird nur das Rufzeichen gegeben. Die Anhänge können wie beim CQ-Ruf eingestellt werden. Dieser Menüpunkt wird mit dem Drehencoder verlassen. Es erfolgt auch hier der Wechsel in das CW-Menü.

SET – führt zu den möglichen Einstellungen (Handtaste oder Paddle, Limits für die Betriebsspannung und das SWR, Eingabe des eigenen Rufzeichens und Rücksetzen aller Werte auf den Initialzustand).

Alle Einstellungen werden im EEPROM gespeichert und bleiben nach Abschaltung erhalten.
Für das SWR kann ein „Warnlimit“ und ein „Abschaltlimit“ gesetzt werden. Bei Erreichen des Warnlimits wird akustisch mit dem Buzzer gewarnt. Wird das Abschaltlimit erreicht, erfolgt das Sperren der Menüpunkte CW, CQ und CALL. Ein laufendes QSO wird dann unterbrochen. Es muss erneut abgestimmt werden. Für die Betriebsspannung gibt es ein oberes und ein unteres Limit. Beides führt zu akustischen Warnungen Die akustischen Warnungen werden jeweils nach einer Minute wiederholt, wenn die Ursache für die Warnung nicht beseitigt wurde. Die Eingabe des eigenen Rufzeichens (bis 10 Zeichen) erfolgt mit dem Drehenocder. Es wird der jeweilige Buchstabe oder die gewünschte Ziffer ausgewählt. Mit der Morsetaste wird die Auswahl bestätigt. Bei der Auswahl von „*“ erfolgt die Speicherung des Calls im EEPROM. Mit „-“ kann man die Rufzeicheneingabe abbrechen.

Probleme bei der Programmierung des Gerätes

Trotz der sehr überschaubaren Schaltung gab es einige Probleme. Diese haben zu einer längeren Bau- und Erprobungszeit geführt.

• Messung des SWR im Betrieb: Wenn der Transceiver abgestimmt ist, wird das SWR weiter überwacht. Dazu muss es während des Gebens gemessen und berechnet werden. Anfangs beobachtete ich schwankende und zu hohe Meßwerte beim SWR. Ich stellte schließlich fest, dass eine stabile Spannung vom Micro SWR-Meter erst nach ca. 15 ms anliegt. Erst dann kann man das SWR korrekt messen. Der Keyer wurde daraufhin angepasst, so dass die Messung jeweils in der „Mitte“ des zu gebenden Punktes oder Striches erfolgt.
• Beim µBitx erfolgt die Umschaltung vom Empfangs- in den Sendebetrieb über ein Relais mit 2 Umschaltkontakten. Das Relais benötigt ca. 7 ms zum Schalten. Der Transceiver wird über einen Analogport getastet. Strich- und Punktkontakt liefern durch einen zwischengeschalteten Widerstand unterschiedliche Spannungswerte für Strich und Punkt. Zur langsamen Umschaltung kommt daher noch ein träges Schalten durch die Software. Hat die PTT erst einmal geschaltet, wird sie gehalten und fällt erst nach einer Pause wieder ab. Die SWR-Messung gelingt am µBitx erst ab dem 2. Zeichen. Für ein Zeichen pro Sekunde wird daher eine Ausnahme zugelassen.
• Betrieb der QRP-Transceiver im Handtastenbetrieb: Die zu steuernden Transceiver müssen manuell in den Handtastenbetrieb geschaltet werden. Nur der HB-1B erkennt den Handtastenmodus automatisch, wenn beim Einschalten der Massekontakt und der Mittelkontakt des Steckers der Morsetaste miteinander verbunden sind. Die von den Transceivern für den Handtastenbetrieb benötigte Steckerbelegung ist unterschiedlich. Hier verwende ich verschiedene Kabel passend zum jeweiligen Transceiver.

Erste Erfahrungen mit dem QRP-Protektor

Das Ziel, die QRP-Geräte sicherer zu betreiben und gleichzeitig kompakt unterzubringen, ist erreicht.

Alle nötigen Geräte und Kabel passen in die untere Schale einer Plastedose. Der Akku und die Drahtantenne finden bequem in der Deckelseite Platz. Als Stoßschutz wird zugeschnittene Blasenfolie engelegt. Der Zusammenbau gelingt mit etwas Übung sehr schnell. Eine Bank oder ein Tisch sind beim CW Betrieb von Vorteil. Einmal zusammengebaut, kann zügig gearbeitet werden. Alle Werte hat man dabei im Blick. Aber auch im Shack macht der Betrieb viel Spaß! Warum nicht auch einmal einen Kontest in der Klasse „QRP“ bestreiten?

Viel Spaß mit euren QRP-Transceivern wüscht
Matthias, DD7NT