Bedeutung guter Stromversorgung für den Funkamateur
Die Stromversorgung einer Amateurfunkstation ist für mehr verantwortlich, als nur die Grundvoraussetzung zu schaffen, dass die Geräte laufen. Sie verdient im Allgemeinen mehr Beachtung! Verdächtig preiswerte Netzteile halten die Versprechungen in ihren technischen Daten oftmals nicht ein. Eine qualitativ höherwertige Spannungsversorgung hat eben ihren Preis. Es lohnt sich nicht, ausgerechnet am Netzteil zu sparen! Im Gegenteil - es ist eine solide Investition in die Stationsausrüstung.
Zuhause im Shack
Für den Betrieb einer Amateurfunkstation zu Hause steht das 230-Wechselstromnetz zur Verfügung. Röhren-Endstufen und einige, größere Transceiver haben ein eingebautes Netzteil, das meistens über eine Netzleitung mit Kaltgerätestecker angeschlossen wird. In Röhrenendstufen erzeugt das Netzteil u. a. die für den Betrieb erforderlichen Hochspannungen, in Transceivern und Transistorendstufen die Niederspannungen für die Halbleitertechnik. Das Gros der Transceiver mit einer standardmäßigen Ausgangsleistung von 100 W ohne ein integriertes Netzteil ist für den direkten Anschluss an ein externes Niederspannungsnetzteil ausgelegt.
Unterwegs im Auto oder auf dem Boot
Der mobile Betrieb einer Funkstation in einem Kfz oder an Bord eines Wasserfahrzeugs stellt besondere Anforderungen an die Stromversorgung. Das ist vor allem der Fall, wenn es sich nicht nur um ein UKW-Funkgerät handelt, sondern um einen KW-Transceiver mit 100 W Sendeleistung. Man ist auf eine Bordbatterie (Akkumulator) mit ausreichender Kapazität angewiesen, deren kontinuierliche Nachladung gesichert sein muss. Eine ältere Batterie kommt mit der zusätzlichen Belastung schnell an ihre Grenzen. Nach längerem Funkbetrieb im Stand und bei abgestelltem Motor ist man mit einer tief entladenen Batterie oft nicht mehr startklar.
Zum Anschluss an das 12-V-Bordnetz ist der Zigarettenanzünder absolut nicht geeignet. Seine Zuleitung hat für Ströme um die 20 A einen zu geringen Querschnitt.
Die Versorgungsleitung in einem Kfz muss also vom Transceiver auf kürzestem Wege direkt an den Pluspol der Batterie und einen zentralen Massepunkt angeschlossen werden.
Für den Anschluss an das Bordnetz eines Wasserfahrzeugs gelten selbstverständlich die gleichen Kriterien. Eher als in einem Kfz lässt sich an Bord eines Sportbootes eine zweite, separate Batterie installieren, an der ausschließlich das Funkgerät als Verbraucher angeschlossen ist. Allerdings muss bei einfacher Parallelschaltung zur vorhandenen Bordbatterie die Lichtmaschine leistungsmäßig in der Lage sein, den zusätzlichen Ladestrom abgeben zu können. Zur kontrollierten Ladung einer separaten, zweiten Batterie ist ein eigener, externer Laderegler erforderlich.
Wenn das Bordnetz nicht die erforderliche Spannung bereitstellen kann, bietet ein Spannungskonstanter im Falle einer Reduzierung bis herunter zu 9 V die Möglichkeit, auch bei Stromentnahmen von bis zu 30 A, die Betriebsspannung auf 13,8 V konstant heraufzusetzen.
Hinweis auf Hersteller-angaben des Eingangs-spannungsbereichs
Einen Hinweis auf die zulässigen Toleranzgrenzen der Betriebsspannung finden Sie unter den Herstellerangaben im Handbuch Ihres Transceivers.
Wichtig
Welchen Strombedarf hat eine Amateurfunkstation?
Der Strombedarf einer typischen Amateurfunkstation beträgt 20 bis 30 A bei einer nominalen Spannung von 13,8 V, +/- 15 %. Die abgegebene Betriebsspannung muss sauber, stabil und kurzschlussfest sein. Die maximale Leistungsabgabe soll auf jeden Fall mit genügend Reserve über der maximalen Leistungsaufnahme der Station liegen. Schließlich will externes Zubehör auch versorgt werden!
Was ist bei der Auswahl und dem Betrieb des Netzteils zu beachten?
Neben der Unterscheidung nach dem Arbeitsprinzip, in konventionelle Trafonetzteile und Schaltnetzteile, gibt es weitere wichtige Aspekte. So entscheiden die unterschiedliche Größe und das Gewicht mit über Eignung für einen portablen oder eher stationären Einsatz.
Gleichgültig welches Arbeitsprinzip im Einsatz ist, muss jedes leistungsstarke Netzteil auf jeden Fall gekühlt werden. Ob es die Verluste im Trafokern oder im Hochleistungsgleichrichter, die Wärmeentwicklung an den Längstransistoren einer mit diskreten Bauteilen aufgebauten Spannungsstabilisierung oder die Verlustwärme an den Transistoren eines Schaltnetzteils sind. Primär übernimmt diese Aufgabe ein ausreichend dimensionierter Kühlkörper. Leider kommen die meisten Leistungsnetzteile nicht ohne den zusätzlichen Einsatz von Lüftern aus. Leider deshalb, weil das Lüftergeräusch, spätestens im Falle einer kontinuierlich durchlaufenden Zwangsbelüftung, von den meisten Funkamateuren als störend empfunden wird. Ein temperaturgesteuertes, temporäres Anlaufen und Abschalten des Lüfters ist hier angenehmer.
Eine analoge oder digitale Anzeige für Strom und Spannung ist bei allen größeren Netzteilen, ob Trafo- oder Schaltnetzteil, üblich.
Herkömmliche Netzteile mit einem Transformator, der die Netzspannung von 230 V in den Niederspannungsbereich heruntertransformiert, sind besonders für Funkanwendungen geeignet, bei denen es auf die Vermeidung von zusätzlichen Störsignalen im zu empfangenden Frequenzspektrum ankommt. Da sie analog arbeiten, sind sie „sauber“ und erzeugen keine Störsignale. Leider sind Transformatoren größerer Bauart kostenintensive und schwere Bauteile. Für den portablen Einsatz sind sie bereits für den Leistungsbedarf eines 100 W Transceivers zu groß und zu schwer. Wer die Störproblematik eines Schaltnetzteils absolut umgehen will und die höheren Kosten nicht scheut, ist mit einem Trafonetzteil für den stationärem Betrieb „gut bedient“.
Digitale Schaltnetzteile haben eine kleinere Bauweise und ein deutlich geringeres Gewicht. Schaltnetzteile ermöglichen Ausgangsströmen bis zu 100 A, wo herkömmliche Trafonetzteile aus Kosten- und Gewichtsgründen nicht mehr verfügbar sind. In Relation zu Größe und Gewicht haben Schaltnetzteile also eine größere Effizienz als ein Trafonetzteile. Womit sie auch im portablen Einsatz, für einen Fieldday oder zur Mitnahme in den Urlaub gegenüber einem Trafonetzteil besser geeignet sind.
Netzteile mit in weitem Bereich variabler Ausgangsspannung sind eher für den Einsatz als Labornetzteil geeignet. Grundsätzlich kann man ein solches Netzteil aber schon für den Betrieb einer Funkstation einsetzen, sofern es bei 13,8 V den maximal erforderlichen Strom abgeben kann.
Die Verwendung derartiger Netzteile birgt jedoch ein Risiko. Wurde der Regler z.B. versehentlich verstellt oder hat man etwas ausprobiert, bei dem eine höhere Spannung erforderlich war, darf man nicht vergessen, anschließend wieder auf den Wert von 13,8 V zurückzustellen. Ansonsten werden der teure Transceiver und seine Peripheriegeräte eines Tages durch eine zu hoch eingestellte Betriebsspannung das Zeitliche segnen. Und jedes Mal beim Einschalten der Station zwingend darauf achten zu müssen, ob die eingestellte Spannung stimmt, kann eventuell lästig werden.
Für die Versorgung einer Amateurfunkstation ist man folglich nur mit einem Festspannungsnetzteil auf der sicheren Seite.
Trafonetzteil
Groß und schwer
Schaltnetzteil
Kompakt und leicht
Was sind mögliche Probleme bei der Stromversorgung? Und was man dagegen tun kann.
Im praktischen Betrieb einer Amateurfunkstation können Probleme und Fehlfunktionen auftreten, wenn ...
- Das Netzteil zu schwach ausgelegt ist; Die stromzuführende Verkabelung unzureichend ausgelegt ist und zu viele Steckverbindungen besitzt.
- Die Anlage unvollständig durch fehlende Sicherungen abgesichert ist.
- Hochfrequenz über die Verkabelung der Station oder über eine direkte Einstrahlung in das Netzteil gelangt.
Leider erzeugt die digitale Spannungsumwandlung ein Störspektrum, das den Empfangsbereich beeinträchtigen kann. Qualitativ hochwertige Schaltnetzteile erkennt man daran, dass alle schaltungstechnischen Möglichkeiten ergriffen wurden, um dieses Problem zu minimieren bzw. im Idealfall gänzlich zu vermeiden. Ein Regler, mit dem die Taktfrequenz des Schaltnetzteils verändert werden kann und eventuell auftretende Störsignale, die sogenannten Birdies, von der aktuellen Empfangsfrequenz „verschoben“ werden können, sorgt für die „erste Hilfe“. Schaltnetzteile, die auch ohne die vorgenannte Maßnahme auskommen und im gesamten Funkspektrum störungsfrei sind, haben selbstverständlich unter Funkamateuren „die Nase vorn“.
Ein gutes, konventionelles Trafonetzteil arbeitet mit einer Brückengleichrichtung und verfügt über eine optimal dimensionierte Siebkette, um die Restwelligkeit, den sog. Ripple, so klein wie möglich zu halten. Bei den Angaben zur Stromentnahme ist zwischen dem maximal, nur kurzzeitig zulässigen Strom und der dauerhaft zulässigen Stromentnahme zu unterscheiden. Die Spannungsregelung muss einen ausreichenden Regelumfang haben, um die Ausgangsspannung bei wechselnden Strombelastungen konstant zu halten.
Wenn unter Last die Spannung deutlich abfällt und die LED-Anzeigen- und Instrumentenbeleuchtung dunkler wird, hat die Stromversorgung ein gravierendes Problem. Entweder ist das Netzteil grundsätzlich zu schwach ausgelegt oder es entstehen an Übergangswiderständen hohe Spannungsabfälle. Deshalb sollte die Niederspannungsleitung zum Transceiver, sowie zu weiteren externen Geräten, so kurz wie möglich gehalten werden. Des Weiteren ist bereits für die standardmäßige Transceiver-Ausgangsleistung von 100 W ein Leitungsquerschnitt von 4 mm² oder 6 mm² durchaus angemessen. Die Leitungen dürfen nicht mehr Steckverbindungen als unbedingt erforderlich, enthalten. An jeder Steckverbindung entsteht, abhängig von ihrer Qualität, ein Spannungsabfall.
Standardmäßig ist in die Stromversorgungsleitung von Transceivern und vielen anderen Zusatzgeräten ein Sicherungshalter mit einer Schmelzsicherung in der Plus-Ader eingefügt. Inzwischen ist man dazu übergegangen, auch in die Minus-Leitung eine Sicherung einzufügen (siehe auch unter FAQs). Empfehlenswert ist die Nachrüstung mit einem so genannten „Spannungswächter“, einem elektronischen Überspannungsschutz, der bei Überschreiten von 13,8 V die Versorgungsspannung abschaltet und das Equipment vor dem „Überspannungstod“ bewahrt. Spannungs- und Stromwächter schalten bei einer definierten Unterspannung von beispielsweise 9 V, sowie bei Überschreiten der nominalen Betriebsspannung von 13,8 V ab und schützen die Station, zusätzlich zur vorhandenen träger reagierenden Schmelzsicherung. Auch wenn Transceiver eine in Sperrrichtung zur Betriebsspannung liegende Verpolungsschutzdiode haben, kann ein zusätzlicher externer Verpolungsschutz nicht schaden. Einige Verteilerleisten bieten die Funktion einer Überwachung auf Über- oder Unterspannung gleich mit an.
Heute ist es nicht mehr so relevant - trotzdem wollen wir es nicht unerwähnt lassen. Die Einstrahlfestigkeit. Mit steigender Sendeleistung ist auch die Einstrahlfestigkeit ein wichtiges Kriterium eines jeden Netzteils. Hierzu zählen ein bis auf die Belüftung geschlossenes Metallgehäuse, der Einsatz von Drosselspulen und Siebkondensatoren am Netzteilausgang sowie ein effektives Netzfilter am 230-V-Eingang. Bei einem hochwertigen Netzteil sind diese Maßnahmen bereits werksseitig im Gerät ausgeführt. Mit einer nachträglichen Modifikation lassen sich diese Probleme jedoch mit einfachen Maßnahmen extern beseitigen. Schließlich sollte die Stromversorgungsleitung der Amateurfunkstation so kurz wie möglich gehalten werden - nicht nur wegen des Spannungsabfalls, sondern auch um Einstrahlungen in das Netzteil zu vermeiden.
Auf was ist in der Spannungsverteilung im Shack zu achten?
Als Newcomer kommt man mit seiner ersten Stationsausrüstung noch ohne aus – doch mit steigender Anzahl der Zusatzgeräte ist eine Spannungsverteilung erforderlich, um in den anwachsenden „Kabelsalat“ Ordnung zu bringen. Hierzu finden Sie bei WiMo ein umfangreiches Sortiment intelligenter Lösungen.
Man sollte diese nicht bis auf die minimal erforderliche Länge aufkürzen, sondern länger belassen und mit Kabelbinder zu einem Wickel zusammenfassen. Die Erfahrung zeigt nämlich, dass die Anordnung der Geräte nie endgültig ist. Nach einem Umbau sind meistens die Anschlusskabel zu kurz. Gut ist, wenn man dann eine Reserve in der Kabellänge hat!
Tipp
Der einstige sogenannte Bananenstecker ist für den Anschluss eines Transceivers nicht geeignet. Seine Kontaktgabe ist zu schwach und ein ungewolltes Abziehen wäre leicht möglich. Außerdem lässt sich der erforderliche Kabelquerschnitt gar nicht mehr an diesen Steckern anschließen. Die Ausführung als Büschelstecker ist zwar die bessere Alternative. Sie sind bei temporärem Einsatz für höhere Ströme geeignet. Eine Dauerlösung ist das aber auch nicht. Der Anschluss eines Transceivers sollte bei einer Feststation immer über eine nicht spontan lösbare Verbindung mittels Ringösen oder Quetschkabelschuhen an den lösbaren Polklemmen des Netzteils erfolgen.
Eine empfehlenswerte Alternative, sowohl für den stationären als auch den portablen Einsatz, sind die Steckverbindungen des Systems Anderson PowerPole. Das sind genormte, neben rot und schwarz, in weiteren Farben gekennzeichnete stabile Stecker, Buchsen und Verbinder mit unterschiedlicher Größe und Strombelastbarkeit. Die elektrisch leitenden Teile, die sogenannten „Kontakte“ werden mit einer speziellen Crimpzange auf das Kabelende gecrimpt und die isolierenden Steckerhülse aufgeschoben, die sich selbsttätig arretieren – fertig. Wer dem Crimpen nicht traut, für den gibt es die Kontaktstücke auch zum Anlöten. Inzwischen sind erste Netzteile und Funkgeräte am Markt bereits ab Werk mit Anschlüssen in der PowerPole-Norm ausgestattet.
Der Transceiver muss immer mit einer eigenen Leitung direkt mit dem Netzteil verbunden sein. Neben den zum Lieferumfang gehörenden typengebundenen Anschlusskabeln hat WiMo auch universell verwendbare Transceiver-Anschlusskabel im Sortiment. Kleinverbraucher, wie externe Zusatzgeräte, werden über ihre eigenen Anschlussleitungen versorgt. Mit der steigenden Anzahl des externen Equipments, stößt man mit deren Anschluss an das Netzteil schnell an Grenzen. Mit rückseitig, hinter der Station platzierten Verteiler-Leisten ist der Anschluss des Zubehörs kein Problem. Hierzu kann man auch zur Versorgung ein zweites, separates Netzteil kleinerer Leistung einsetzen. Die Länge der Versorgungsleitungen für Zubehörgeräte, auf denen meist nur einige 100 mA fließen, ist nicht so kritisch.
Verteiler-Leisten gibt es in einfacher Ausführung, mit unterschiedlicher Anzahl von Anschlüssen in den Ausführungen Bananen-, Telefonbuchse, Polklemme oder PowerPole. Im einfachsten Fall ist ein Sicherungshalter mit einer Schmelzsicherung in der Plus-Ader der zweiadrigen Zuleitung eingefügt. Besser ausgestattete Exemplare besitzen eine in die Leiste integrierte Sicherung oder sogar eigene Sicherungen für jeden Anschluss, ein Voltmeter zur Spannungsanzeige bis hin zu einer integrierten Elektronik zur Strombegrenzung und zum Verpolungsschutz.
Stromversorgung für unterwegs beim Portabelfunk
Ob Fieldday, IOTA (Islands on the air) , SOTA (Summits on the air) – all diese Aktivitäten erforden eine autarke Stromversorgung. Einfache Batterie- und Akku-Packs kommen lediglich für den QRP-Betrieb in Frage. Ein „ausgewachsener“ KW-Transceiver mit 100 W Sendeleistung erfordert eine Stromquelle höherer Kapazität.
Akkus machen Strom mobil
Typische Kapazitätswerte von Bleiakkus liegen zwischen 30 und 50 Ah für PKWs und bis zu 180 Ah bei LKW-Akkus. Letztere kommen aber wegen ihrer Größe und des Gewichts für den portablen Amateurfunk nicht in Frage kommen. Kleinere PKW-Akkus, die heute nur noch in geschlossener, nahezu wartungsfreier Ausführung angeboten werden, sind eher geeignet. Kompakt, leicht und wartungsfrei sind die so genannten Bleigel-Akkus. Bei nicht allzu großem Strombedarf sind sie gegebenenfalls die bessere Alternative für den Portabelfunk. Eine besonders praktische Idee für den Portabelfunk sind die MegaBox und PowerBox genannten portablen Akkugehäuse. Mit ihnen werden LiPo- oder LiFePo4-Akkus, sowie Blei- und Bleigel-Akkus bis zu 40 bzw. 50 Ah Stunden Kapazität zur tragbaren Stromquelle mit universellen Anschlussmöglichkeiten für den Funkbetrieb unterwegs.
Tipp für den von „man-made Noise“ geplagten OM: Der Betrieb einer stationären Amateurfunkstelle aus Akkus oder Batterien, auch wenn das 230-V-Netz zur Verfügung steht, kann zumindest direkt über das Stromnetz kommende Störungen weitgehend ausschließen.
Tipp
Mit Solarpanelen Strom produzieren - auch für zuhause
Klar, auch zu Hause an der Feststation kann man einen zur Notstromversorgung eventuell vorhandenen Backup-Akku mit einem Solarpaneel konstant nachladen. Spätestens während eines Stromausfalls eine sinnvolle Maßnahme. In der Regel wird man im Normalfall stationär eher über ein Ladegerät aus dem 230-V-Netz nachladen. Im Portabelfunk wird die Nachladung des Akkus durch ein Solarpaneel interessant, um in Sachen Stromversorgung autark zu bleiben. Zwischen Solarpaneel und Akku ist lediglich ein Ladestromregler notwendig. Der POWERmini2 ist für 12-V-Akkus und einen maximalen Ladestrom von 10 A ausgelegt und mit allen für den Ladevorgang notwendigen Überwachungsfunktionen ausgestattet.
Des Weiteren ist das Modul PowerGate mit erweiterten Funktionen für diese Aufgabe geeignet. Es führt die Spannungsquellen Netzteil, Solarpaneel sowie das Funkgerät und den Akku zusammen und regelt dessen Ladung bzw. die Versorgung des Verbrauchers.
Eine Notstromversorgung mittels Backup-Akku lässt sich zusammen mit einem Solarpaneel elegant mit dem PowerGate USV-Umschalter zusammenstellen. Im Normalbetrieb erhält die Funkstation ihren Strom vom Netzteil oder Solarpaneel. Bei keiner oder nur geringer Last wird der Backup-Akku geladen. Fällt das Netzteil, zum Beispiel wegen eines Stromausfalls aus, springt der Akku als Notstromquelle ein. Die Umschaltung vom Normalbetrieb in den Notstrombetrieb erfolgt automatisch und unterbrechungsfrei.
Ob Netzteil, Power Supply (PS), Akkumulatoren oder Solaranlagen, vom Steckernetzteil bis zum Hochleistungsnetzteil, ob analog mit einem Transformator oder als digitales Schaltnetzteil, sowie Akkumulatoren diverser Leistungsklassen und Kapazität – bei WiMo finden Sie zu einer breiten Produktpalette das Know-how und die Beratung.
