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Z-Match

Nicht selten bezeichnen sich die Deutschen als Volk der Dichter und Denker. Das scheint nicht in vollem Umfang zuzutreffen, denn ich habe ein Anpassgerät nach der Methode "Versuch und Irrtum" gebaut. Ich hatte meinen Rechner hochgefahren, eine Recherche im Internet nach Anpassgeräten durchgeführt und zahlreiche Beiträge zum Thema Z-Match gefunden. Nach dem Motto "1000 Fliegen können nicht irren!" baute ich ein Z-Match. Das Ergebnis, ein Anpassgerät, dass die ihm zugedachte Funktion zu erfüllen schien. Dann kam der Tag, an dem ich auf http://www.ham-on-air.de/ (22.07.2014: ist nicht mehr im Netz) die sehr lesenswerten Beiträge von Walter, DL3LH zu Anpassgeräten fand. Walter beschreibt anhand der Theoerie der Wechselstromschaltungen sehr ausführlich, wie ein optimales Anpassgerät dimensioniert werden sollte. Jedenfalls lernte ich von Walter, dass es anstelle von "Versuch und Irrtum" besser wäre, zuerst zu denken. Dann hätte ich vor einem Bau herausfinden können, dass ein Z-Match wegen der Verlustleistungen einen schlechten Wirkungsgrad hat :-(

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"QRP" ist ein von Funkdiensten verwendetes Kürzel und steht für: "Verringern Sie die Sendeleistung." Die QRPer im Amateurfunk arbeiten im Tastfunk mit maximal 5 W und im Sprechfunk mit maximal 10 W Sendeleistung. Sollen mit geringer Sendeleistung große Entfernungen überbrückt werden, dann kommt es darauf an, die Verlustleistungen beim Senden und Empfangen zu minimieren. Eine QRP-Sendeanlage enthält typischerweise ein Sendegerät mit einer Endstufe und einem Tiefpass. An das Sendegerät sind ein Stehwellenmesser, ein Anpassgerät, eine Antennenleitung und eine Antenne angeschlossen.

Die am Ausgang des Sendegerätes vorhandene Hochfrequenzleistung wird dann verlustarm über die Antenne abgestrahlt, wenn Leistungsanpassung besteht. Das Sendegerät kann als aktiver Zweipol aufgefasst werden. Der aktive Zweipol hat einen komplexen Innenwiderstand Zi von typisch 50 Ohm und eine sinusförmige Urspannungsquelle e(t). Der Stehwellenmesser, das Anpassgerät, die Leitung und die Antenne bilden einen passiven Zweipol mit einem Arbeitswiderstand Za. Der Arbeitswiderstand Za ist ein Scheinwiderstand mit einen Realanteil und einem Blindanteil. Der Arbeitswiderstand Za wird im wesentlichen vom Scheinwiderstand des Anpassgerätes, vom Wellenwiderstand der Antennenleitung und dem Strahlungswiderstand bzw. dem Fußpunktwiderstand der Antenne bestimmt. Als Hochfrequenzleitungen kommen Paralleldrahtleitungen, Koaxialkabel oder Eindrahtleitungen zum Einsatz. Paralleldrahtleitungen sind symmetrische Kabel mit einem Wellenwiderstand von z.B. 240 Ohm oder 300 Ohm. Unsymmetrische Koaxialkabel haben einen Wellenwiderstand von 50 Ohm oder 75 Ohm. Der Strahlungswiderstand der Antenne ergibt sich u.a. aus der Antennengeometrie, der Aufbauhöhe und den Bodenverhältnissen. In einem Anpassgerät sind einstellbare Kapazitäten und/oder Induktivitäten und/oder Hochfrequenzübertrager mit einstellbarer magnetischer Kopplung angeordnet, so dass es möglich ist, den Arbeitswiderstand Za an den Innenwiderstand Zi anzupassen. Maximale Leistung wird übertragen, wenn Zi = Za ist. Die Theoerie hierzu habe ich in einem Arbeitsblatt zusammengefasst (ca. 178 kB): [Leistungsanpassung.pdf]

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Der Begriff "Z-Match" kommt aus dem Englischen: "match something with something" = "etwas auf etwas abstimmen". Das "Z" steht für das Formelzeichen des Widerststandsoperators bzw. der Impedanz. Gelegentlich findet man auch "S-Match", wobei das "S" für die Scheinleistung steht. Weil jedes beliebige Anpassgerät einen Scheinwiderstand Za auf einen Innenwiderstand Zi eines Sendegeräts anpasst, ist der Begriff "Z-Match" streng genommen ein Oberbergriff für alle möglichen Anpassgeräte. In der Amateurliteratur wird der Begriff "Z-Match" i.d.R. für ein Anpassgerät in Form eines L-Netzwerks mit einer veränderbaren Kapazität im Längszweig und einem einstellbaren L-C-Parallelkreis im Querzweig gebraucht. Ich habe ein Z-Match analog W6JJZ gebaut (The QRP Quarterly, Juli 1995, Seiten 10-11, The Z-Match: An Update). Einen Stromlaufplan, eine Stückliste und Bedienhinweise findet ihr hier (ca. 200 kB): [Z-Match.pdf]

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Das Z-Match enthält zwei Drehkondensatoren C1, C2 und zwei Umschalter S1, S2 zum Ändern der L-Netzwerkkapazitäten. Mit einem weiteren Umschalter S3 kann zwischen verschiedenen Auskoppelinduktivitäten gewählt werden. Durch die geringen Ausgangsleistungen ist es möglich, Folien-Drehkondensatoren geringer Baugröße zu verwenden, so dass das Z-Match in ein kompaktes Alugussgehäuse passt. Die Drehkondensatoren sind so eingebaut, dass sie entsprechend der Schaltung keine Verbindung zum Massepotential haben. Mit einem Schalter kann von einem Sendebetrieb in einen Abstimmbetrieb geschaltet werden. Im Abstimmbetrieb kommt vor dem L-Netzwerk eine Brückenschaltung zum Einsatz. Bei einer Fehlanpassung liegt über den Brückengliedern eine Spannung, die eine LED zum Leuchten bringt. Durch wechselseitiges Verdrehen der Drehkondensatoren und ggf. durch Hinzuschalten oder Wegnehmen von Kapazitäten mit den Umschaltern S1, S2 soll beim Abstimmen die LED zum Erlöschen gebracht oder deren Leuchkraft wenigstens wenigstens minimiert werden. Dieser SWR-Indikator wurde von N7VE im Norcal "BLT" Tuner verwendet (http://www.norcalqrp.org/norcal_blt.htm).

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Eine Herausforderung war das Wickeln der Induktivitäten. Farbig isolierte Drähte halfen, den Überblick zu behalten. Beim Einführen in die Löcher einer Lochrasterplatte half es, die abisolierten Drahtlängen am Ringkern des Tr1 umlaufend abgestuft zu veringern. Beginnend mit dem längsten Drahtende wurde das nächste benachbarte etwas kürzere Drahtende in ein Loch der Platine geführt. Das vom Werk aus schwarz lackierte Gehäuse habe ich nachträglich - wie man sieht- mit zittrigen Fingern mit einem Lackstift beschriftet.

Z-Match, vorn

Z-Match, hinten

Z-Match, innen

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22.07.2014

© 2009-2014, Roland Pudimat