Selbstbau eines DC-Blockers

Auf einem Boot ein Kurzwellenfunkgerät erfolgreich zu betreiben, setzt eine gut funktionierende Antennenanlage voraus. Wichtiger leider oft vernachlässigter Teil dieser Antennenanlage, ist die HF-Erde. Für einen guten Wirkungsgrad muss diese „Erde“ einen möglichst geringen Widerstand haben, hat bereits Marconi vor über hundert Jahren erkannt. Auch zu den meisten Funkamateuren hat sich dies inzwischen herumgesprochen. Warum das alles so ist, kann man in der einschlägigen Literatur nachlesen. Ich habe z.B.hier (unten auf der Seite) den technischen Hintergrund und  hier praktische Ausführungen erläutert.

Wir Yachties haben es leicht. Das uns umgebende Wasser ist die beste vorstellbare „Erde“. Über die Art, wie man diese Erde ankoppelt, scheiden sich aber schon wieder die Geister. Das wundert nicht, denn die einzig richtige Art für alle gibt es nicht. Je  nach Material des Bootsrumpfes, bieten sich verschiedene Wege an. Die gängigsten habe ich in oben verlinktem Artikel ebenfalls diskutiert bzw. sind immer wieder Thema in meinen Seminaren.

Eigner eines Bootes mit einem Rumpf aus Metall (Stahl oder Aluminium) haben es besonders leicht. Sie verbinden den Erdanschluss ihres Antennentuners einfach durch einen Draht mit dem Metall des Rumpfes. Fertig! Als HF-Erde funktioniert das bestens. Doch die Sache hat einen kleinen Haken. Durch diese Verbindung wird der Rumpf mit dem Minus der Stromversorgung an Bord verbunden. Um Elektrolyse zu vermeiden, sollte man das auf keinen Fall machen. Eine mögliche Lösung wäre z.B. diese Verbindung nur für die Dauer der Funkverbindung durch einen Schalter herzustellen. Das funktioniert natürlich, ist aber umständlich in der Bedienung und fehleranfällig, wenn man es mal vergisst. Dem könnte man vorbeugen, indem man den Schalter durch ein Relais ersetzt, welches mit der Versorgungsspannung des Funkgerätes geschaltet wird.

Wesentlich eleganter löst man das Problem mit einem DC-Blocker. Das sind meistens in kleine Kästchen eingebaute elektrische Schaltungen, die  für Wechselstrom (HF) leitend sind, aber Gleichstrom (DC) sperren. DC-Blocker kann man im einschlägigen Handel kaufen. Da sie nur in geringen Stückzahlen hergestellt werden, sind sie nicht ganz billig. Wenn der Händler dann noch eine üppige Marge aufschlägt, ist man schnell bei einigen hundert Euro. Viele Yachties nehmen das zähneknirschend hin, zumal die Händler sich gern über den Inhalt der Kästchen ausschweigen und irgendetwas von Betriebsgeheimnis und High-Tec murmeln. Das ist verständlich, es möglichst spannend zu machen ist Teil ihrer Verkaufsstrategie.

"Kann man so etwas nicht selber bauen?", werde ich daher oft in Mails oder in Seminaren gefragt. Klar kann man, kein Problem! Dazu muss man nicht einmal ein besonders begabter Bastler sein. "Warum beschreibst du nicht mal, wie das geht?", lautet dann normalerweise die nächste Frage. Ganz einfach: Da ich ein Boot mit GFK-Rumpf habe, brauche ich so ein Teil nicht. Es hat sich deshalb noch nicht ergeben.

Auch auf dem TO-Kommunikationsseminar in diesem Frühjahr in Bad Reichenhall wurde mal wieder ähnlich diskutiert. Als Ergebnis verabredete ich mit einem der Teilnehmer (Udo, DK6PB),  er würde bauen und seine Arbeit mit Fotos dokumentieren und ich ihn entsprechend beraten. Aus dieser Zusammenarbeit ist dieser Artikel entstanden.

Bevor man ein solches Projekt angeht, macht es Sinn sich zunächst einmal theoretisch etwas damit zu beschäftigen. Ein  Bauteil, was genau die geforderten Eigenschaften, nämlich sperrend für DC und leitend für HF, hat, ist jedem Funkamateur bekannt. Ein simpler Kondensator löst das Problem! Von High-Tec also keine Spur. Die Frage ist nur, welchen Wert sollte er haben und aus welchem Material sollte er sein?

Wenden wir uns zunächst dem notwendigen Kapazitätswert zu.  Den Widerstand eines Kondensators für Wechselstrom (Blindwiderstand) kann man leicht nach nebenstehender Gleichung berechnen. Xc ist dabei der gesuchte Widerstand in Ohm, f die benutzte Frequenz in Hz und C die Kapazität in Farad. Ist einem das zu kompliziert, kann man auch einen der im IN vorhandenen Rechner (z.B. hier) verwenden. Für einen Kondensator mit bspw. 10 nF ergibt sich daraus bei 14 MHz ein Wert von 1,14Ω und für 3,5 MHz von 4,54Ω. Funkt man ausschließlich im 20m-Band, ist dieser Wert fast schon zu tolerieren. Möchte man, wie es wünschenswert wäre, einen niedrigeren Wert, schaltet man einfach mehrere Kondensatoren parallel.

Welche Spannungsfestigkeit muss der Kondensator haben, ist dann die nächste Frage, die noch einfacher zu beantworten ist. Da der Widerstand nur sehr gering ist, fällt auch bei Strömen von einigen A nur eine geringe Spannung ab. Die Spannungsfestigkeit spielt demnach keine Rolle, da man unter 50V kaum welche am Markt finden wird.

Lass uns noch einen Gedanken auf den durch den Kondensator fließenden Strom verschwenden, denn auch der ist nicht ganz unwichtig bei der Auswahl des konkreten Bauteils. Wir erinnern uns: Der Antennenstromkreis besteht aus einer Reihenschaltung von Strahlungswiderstand RS und Erdwiderstand RE. Der Erdwiderstand soll gering sein, zur Ermittlung des maximal möglichen Stromes setzten wir ihn also mal = 0. Der Strahlungswiderstand einer ʎ/4-langen Antenne beträgt 36 Ω. Längere Antennen haben einen höheren, kürzere einen geringeren Widerstand. Kürzer als ʎ/4 sind unsere Antennen aber nur bei tiefen Frequenzen, also im an Bord weniger wichtigen 40 oder 80 m Band. Um zu rechnen nehmen wir der Einfachheit mal an, der Widerstand im Stromkreis wäre 20 Ω, kleiner wird er sicher nicht.

Die Gleichung um, aus der Sendeleistung und dem Widerstand des Stromkreises, den  fließenden Strom zu berechnen, ist simpel. Ich kann sie mir trotzdem nicht merken und muss sie jedes Mal neu ableiten. I = U/R, das Ohmsche Gesetz kennt jeder und die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom P = U*I. Löst man letzteres nach U auf ergibt sich U= P/I was man wiederum für U einsetzen kann. Man erhält dann I = P/I*R, beide Seiten mit I multipliziert I²= P/R oder auch 

Als Grenzwertbetrachtung ergibt das für eine angenommene Sendeleistung von 100W und ebenfalls angenommenem Widerstand von 20Ω ein Strom von 2,23 A, also nicht wirklich dramatisch.

Wenn wir jetzt noch wissen, dass für solche Anwendungen Kondensatoren auf Keramik- oder Glimmerbasis geeignet sind und Glimmerkondensatoren in der Fachsprache als MICA bezeichnet werden, können wir uns mit diesen Informationen im IN auf die Suche nach geeigneten Bauteilen machen.

Die Auswahl ist groß, wir entschieden uns dieses (inzwischen abgelaufene Angebot) bei Ebay anzunehmen. Damit es auch lohnte, bestand Udo darauf gleich zwei Viererpäckchen zu kaufen, und scheute auch wirklich keine Mühen alle 8 Kondensatoren zu verwenden, was in der Praxis gar nicht so einfach war. Als Lohn hat er jetzt einen DC-Blocker mit nur 0,57 Ω bei 3,5 MHz, was mehr als ausreichend ist. Ein Viererpäckchen hätte vollkommen gereicht und wäre wesentlich leichter zu verarbeiten gewesen.

Der fertige  DC-Blocker eingebaut

Der Aufbau des Blockers ist für evt. Nachbauer in nachfolgenden Bildern genügend erklärt. Udo hat gepresst, ich hätte wahrscheinlich gelötet. Im Ergebnis ist es egal. Auch wie man das Ganze verpackt (Schachtel, Schrumpfschlauch, etc.) ist Geschmackssache, die Art der verwendeten Zuleitung dagegen nicht. Eine 2,5 mm² Litze sollte es schon sein. Von Funkamateuren wird an solchen Stellen oft versilbertes Kupfergeflecht eingesetzt und mit Skineffekt, etc. begründet. Hätten sie sich mal die Mühe gemacht nachzurechnen, würden sie solchen Quatsch lassen. Im KW-Bereich kann man vor allem bei solch  kurzen Leitungslängen den Skineffekt getrost vernachlässigen. Wichtig sind vor allem kurze Drähte um Leitungstransformation zu vermeiden. Udo hat das vorbildlich gelöst und zum Anschluss des Rumpfes eine Schraube direkt neben dem Antennentuner verwendet. Bleibt abschließend nur zu sagen, dass ein Zahnkranz auf der Schraube Sinn macht, damit die Oxidschicht des Aluminiums durchbrochen wird und eine sichere elektrische Verbindung entsteht.

Wir beide hoffen damit auch anderen Seglern geholfen zu haben und wünschen viel Erfolg beim Nachbau.

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Die 8 Kondensatoren im Anlieferungszustand

Gleich lange Anschlüsse bei der Parallelschaltung

Mit aufgepressten Kabelschuhen Und in eine Abzweigdose eingebaut