Eine Selektivantenne mit Frequenzanzeige von 1,7 bis 30 MHz
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H. Nussbaum DJ 1 UGA Eine Selektivantenne mit Frequenzanzeige von 1,7 bis 30 MHz Es wird ein Konzept für den Bau einer universellen Aktivantenne für den gesamten Kurzwellenbereich von 1,7 bis 30 MHz vorgestellt. Das Besondere ist die Verwendung von zwei unterschiedlichen und umschaltbaren Empfangs Antennen, die diesen grossen abstimmbaren Frequenzbereich ohne Unterbrechung ermöglichen Das Gerät kann bei Portabelgeräten direkt an der Teleskopantenne, oder besser noch, am externen Antenneneingang angeschlossen werden Genausogut kann es aber auch mit kommerziellen Empfängern am deren 50 Ohm Eingang betrieben werden. Wickelt man sich andere Antennenformen, wie Ferritstab, oder grössere Zylinderspulen ist auch der Betrieb auf Langwelle und Mittelwelle, beginnend bei 100 kHz möglich. Zur übersichtlichen Abstimmung ist ein Analog Drehspulinstrument vorgesehen, das die augenblicklich eingestellte Empfangsfrequenz hinreichend genau anzeigt. Die Empfangsverbesserungen gegenüber wesentlich längeren Drahtantennen ist beeindruckend, die manuelle Frequenzeinstellung ist übersichtlich und hinlänglich genau. Das Schaltungskonzept ist einfach aber äusserst effektiv, die eigentliche Verbesserung gegenüber vergleichbaren Geräten liegt an den verwendeten Antennenformen, die zusammen mit einer Kapazitätsumschaltung des verwendeten Drehkondensators die erstaunlich guten Empfangseigenschaften ergeben . Schaltung Man erkennt den Eingangskreis, gebildet aus dem Dreifachdrehkondensator sowie der nach entsprechender Zuschaltung parallel liegenden Loopoder Spulenantenne. Diese beiden Komponenten, der Drehkondensator und die Induktivität der Spule oder Loop bilden einen Parallelresonanzkreis. Die Güte dieses Schwingkreises ist durch entsprechende Dimensionierung der Antennen bemerkenswert hoch und ergibt eine beachtliche Trennschärfe und gleichzeitig eine hohe Resonanzspannung. Diese Resonanzspannung gelangt direkt an das Gate 1 eines Dualgate MOSFET der Type BF 964 Dieser Transistor hat einen äusserst hohen Eingangswiderstand von einigen Megohm, so dass der Schwingkreis praktisch nicht bedämpft wird, dadurch seine hohe Güte und Selektion voll erhalten bleibt. Am Gate 2 wird der Arbeitspunkt des Transistors mit den beiden Gate Widerständen eingestellt. Dieses Gate ist vom Eingangs Gate 1 elektrisch entkoppelt, so dass die Widerstände und der Kondensator mit 100nF nicht bedämpfend wirken. Der eine Widerstand gegen Masse ist als genau justierbares Spindelpoti ausgeführt, damit wird im Betrieb auf geringste Verzerrungen der Transistorstufe eingestellt . Diese Einstellung wird später ausführlich beschrieben. Der Source Anschluss, vergleichbar mit dem Emitter eines Transistors wird über 56 Ohm an Masse gelegt Dies hat die Wirkung einer Gleichspannungsgegenkopplung zur Stabilisierung des Arbeitspunktes. Für die Wechselspannung tritt infolge des Kondensators mit 100nF keine Gegenkopplung ein, das Ausgangssignal wird deshalb nicht verkleinert. Am Drain Anschluss, mit dem Kollektor eines Transistors vergleichbar vergleichbar, wird das HF-Signal niederohmig ausgekoppelt und an ein Potentiometer zur Einstellung des doch beträchtlichen Ausgangspegels geführt Die Stromversorgung Hier wurde einer stromsparenden Variante der Vorzug gegenüber einer geregelten Versorgungsspannung gegeben. Der Stromverbrauch beträgt daher nur 3 mA, gegenüber 20mA bei Regelung durch einen Regel-IC der Type µA 78 für 8 V. Dadurch kann man einen kleinen 9V Akku verwenden, der vollgeladen für 40 Stunden Betriebsdauer ausreicht Die durch Entladung im Betrieb abnehmende Batteriespannung von etwa 9.5V auf 8V ist nicht weiter störend, so dass diese einfache Versorgung ausreichend ist. Der 9V Akku kann über eine 4mmBuchse an der Gehäuseseitenwand aufgeladen werden. Dabei darf die Ladespannung vor der Diode 10,5V, bzw. 20mA Ladestrom für einen 9V/150mA Akku nicht überschreiten. Die Schutzdiode 1N 4146 verhindert Schäden durch verkehrte Polung der Ladespannung. Damit man an der 4mm Buchse die Ladespannung der Batterie überprüfen kann, ist der 4k7 Widerstand vorgesehen, der die hochohmige Diode für Messzwecke überbrückt. Gehäuse Verwendet wird ein Plastikgehäuse mit den Abmessungen 160 x 96 x 61 mm Erhältlich unter der Bezeichnung TEKO P3 Das Gehäuse ist ausreichend stabil, und leicht zu bearbeiten. Die wenigen Bauteile, wie Drehkondensator, Anschlussbuchsen , Schalter und Poti werden einfach mit dem Gehäuse verschraubt, sowie die Achsen bei Bedarf entsprechend gekürzt Für die Anschlussklemmen verwendet man stabile Starkstrom Klemmen mit 4mm Bohrung und Mittelloch zum Anklemmen von Drahtenden oder flachen Loop-Enden. Mit Hilfe von Hochglanz-Photopapier kann man dann einfach die Beschriftung der Bedienelemente über den eigenen PC erstellen. Die Innenansicht zeigt die Anordnung der einzelnen Bauelemente, sowie den kleinen Verstärker, der zur Befestigung direkt an die Masse des Drehkondensators angelötet wird Anzeige Instrument An das Drehspulinstrument werden keine besonderen Anforderungen bezüglich Genauigkeit oder Empfindlichkeit gestellt. Das Instrument liegt ja über den 100kOhm Einstellwiderstand direkt am Schleifer des Drehkondensator-Potis das den gesamten BatterieSpannungsbereich von 0 bis 9V durchfährt Wichtig ist, das Instrument darf keine Vorwiderstände oder Shunts eingebaut haben, es muss allein das blosse Drehspul-Messwerk mit etwa 600µA für Vollausschlag zur Verfügung stehen. Wichtig ist ferner, dass man Zugang zur Skala hat, denn die Originalskala muss durch eine gezeichnete Frequenzskala ersetzt werden. Bei manchen Instrumenten kann man die vordere Abdeckung leicht entfernen, da nur aufgesteckt, bei anderen Instrumenten muss man das Messwerk hinten rausziehen, es hängt also vom verwendeten Messinstrument ab, wie man die Originalskala durch die neue gezeichnete Skala ersetzen kann. Bei der Fa. Conrad gibt es übrigens ein „Aussteuerinstrument“, bei dem die Skalenabdeckung nur mit Tesa Streifen befestigt ist, somit ideal für unseren Zweck. Bestellnummer siehe Stückliste Hat man nun die Komponenten in das Gehäuse eingebaut, kommt die Anfertigung der Platine Verstärker-Platine Wie bereits vielfach vorgestellt, erfolgt die Anfertigung der Platine bei allen meinen HF-Projekten in der sogenannten Lötinseltechnik Dabei werden mit einem Spezialbohrer runde Lötinseln aus der Kupferkaschierung der Leiterplatte gefräst. Diese Vorgangsweise hat gegenüber der allseitig bekannten Lötnagel oder Reisszweckentechnik den grossen Vorteil, dass man auf der Kupferseite einer normalen Leiterplatte aufbaut und lötet, daher alle Lötinseln direkt von Masse umgeben sind. Somit sind ideale Verhältnisse für den HF-Verstärkerbau gegeben, denn die gegen Masse zu schaltenden Bauteile können HF-gerecht, auf kürzestem Weg an Masse gelötet werden. Nähere Hinweise findet man im VTH-Buch „Aktivantennen und Preselektoren im Selbstbau“ ISBN : 3-88180-390-4 von J. Nussbaum ab Seite 17 Man kann zur Bestückung entweder die kleinen SMD-Bauteile verwenden, ist man allerdings mit der SMD-Löttechnik nicht so gut vertraut, kann man auch ohne weiteres die etwas grösseren Widerstände und Kondensatoren mit Drahtenden einbauen Die Anfertigung der Platine erfolgt in 3 Schritten Schritt 1 Man zeichnet sich mit einem Bleistift auf einem kleinen Stück einseitig kaschierter Platine ein 6,5mm Raster mit einem Bleistift. An den dafür vorgesehenen Schnittpunkten befinden sich dann die Lötinseln, die mit einem speziellen Bohrer hergestellt werden Das folgende Bild zeigt den Verstärker Hat man die Platine mit den wenigen Bauteilen bestückt, wird sie einfach ohne mechanische Befestigung, nur mit Hilfe eines dickeren Drahtes an der Platinenmasse mit der Masse des Drehkondensators verlötet. Diese Art der Befestigung ist infolge der geringen Ausmasse der Platine völlig ausreichend. Nun werden noch die Draht Verbindungen zu den übrigen Bauteilen wie Schalter, Drehkondensator und Poti hergestellt und fertig ist das Gerät Drehkondensator Es handelt sich um einen Präzisionsdrehkondensator mit verspanntem Getriebe, der unter anderem von der Fa. Grundig in dem Portabelgerät Satellit 600 Professional als Abstimmung des Preselektors verwendet wurde. Er hat 3 x 465 pF Maximalkapazität und als Besonderheit ein angeflanschtes Potentiometer mit 20 kOhm Gesamtwiderstand Die Anschlüsse für die Statorpakete sind auf beiden Seiten des Drehkondensators angeordnet. Anschlüsse für die Masse sind als diverse M3 Bohrungen vorgesehen. Das Potentiometer Bezüglich des Potentiometers ist folgendes zu beachten Bei voll eingedrehtem Kondensator darf das Potentiometer nur wenige Ohm an den beiden Punkten 1 und 2 haben, denn es ist dann am unteren Anschlag, der Schleifer muss direkt an Masse liegen.. Ist dies nicht der Fall, dann geht in der Folge der Zeiger des Drehspulinstrumentes für die Frequenzanzeige nicht ganz auf null zurück. In diesem Fall mit einer Pinzette den Plastikring für die Potentiometerachse entgegen den Uhrzeigersinn bis zum linken Anschlag drehen. Dann ist der Schleifer am erforderlichen unteren Anschlag. Man kann auch das Potentiometer mit den beiden Schrauben vom Gehäuse lösen und dann die Plastikachse mit einem Schraubendreher bis zum Anschlag zurückdrehen. Wenn in der Folge das Potentiometer am anderen Anschlag im Uhrzeigersinn, also bei voll ausgedrehtem Kondensator, nicht ganz am oberen Anschlag steht, dann ist dies nicht weiter von Nachteil, denn man kann mit dem 100kOhm Einstellregler das Frequenz-Anzeigeinstrument immer auf den benötigten Vollausschlag stellen. Empfangantennen Die Loopantenne Die Antenne wird aus einem Stück Flachaluminium gebogen. Dazu besorgt man sich im Baumarkt eine Duraluminium Profilstange mit 2m Länge und dem Querschnitt von 2mm x 15mm. Es gibt auch grösser Querschnitte, die wir aber nicht benötigen. Dann schneidet man genau 130 cm davon ab und feilt an den Enden 5,5mm Ausnehmungen für den Klemmanschluss an die Buchsen am Gerät. Wichtig dabei: Das Aluminiummaterial ist eloxiert und daher an der Oberfläche schlecht leitend Deshalb unbedingt die Anschlussstellen blank feilen, da sonst Kontaktprobleme auftreten können. Abschliessend wird die Stange zu einem Kreis gebogen. Dies geht nur mit entsprechender Kraft an einigen Biegestellen, denn das Duraluminium federt und muss sozusagen in die Kreisform „gezwungen“ werden. Die Spulenantenne Diese Antennenform ist für den Betrieb als Empfangsantenne sehr effektiv, es wird eine hohe Güte, dadurch gute Trennschärfe und eine hohe HF-Antennenspannung erreicht Hier verwendet man wieder Material aus dem Baumarkt, nämlich braunes Marley-Abflussrohr aus Plastik mit einem Aussendurchmesser von 12 cm Davon schneidet man ein Stück mit 4cm Länge ab. Nun mit normalen 1,5mm2 Vollkupfer-Installationsdraht, wieder aus dem Baumarkt, 5 Windungen wickeln, die Enden durch die vorher gebohrten Löcher fädeln und dadurch fixieren Anschließend werden die Enden abisoliert und in zwei 4mm-Bananenstecker eingelötet, nicht geschraubt!. Damit kann man die Spulenantenne direkt an die 4mm-Buchsen anstecken. Bild Man hat nun die beiden benötigten Antennen und kann daran gehen, den Arbeitspunkt mit dem Poti am Gate 2 des MOSFET einzustellen. Betrieb Die Aktivantenne ist eine ausgezeichnete Empfangsantenne die im Prinzip als Magnetantenne funktioniert Man hat somit alle Vorteile einer Magnetantenne, wie weitgehende Immunität gegen elektrische Störer,die Möglichkeit durch Drehung der Antenne Störquellen auszublenden, sowie weitgehende Intermodulationsfestigkeit durch Resonanzabstimmung Die Aktivantenne hat einen niederohmigen Ausgang, den man direkt an die Antennenbuchse von Portabelempfängern, wie Sony oder Sangean anschliessen kann. Hat man ältere Portabelempfänger ohne externem Antennenanschluss, kann man den Ausgang der Aktivantenne direkt an die Teleskopantenne legen Zum Anschluss ebenfalls geeignet sind natürlich kommerzielle Empfänger mit ihrem 50 Ohm Eingang. Der Betrieb ist einfach , man stellt am Empfänger die gewünschte Empfangsfrequenz ein und schaltet darauf an der Aktivantenne je nach Frequenz die Spulen- oder die Loopantenne ein. Nun unter Beobachtung des Frequenzanzeige-Instrumentes den Drehkondensator auf Empfangsmaximum des Empfängers stellen. Zusätzlich kann man bei starken Sendern noch mit dem Ausgangspotentiometer den Pegel reduzieren, somit Übersteuerungen des Empfängers vermeiden. Ergebnisse Es wurde die Aktivantenne mit dem Portabelempfängern Sangean ATS 909 getestet Verglichen wurde mit einer 10m langen Drahtantenne, in 7m Höhe . Der Vergleich ist beeindruckend und zeigt auf allen Kurzwellenfrequenzen besonders bei schwachen Sendern die Überlegenheit der kleinen Aktivantenne. Auf dem 160m Band konnte man mit der Drahtantenne kaum etwas empfangen, mit der Aktivantenne verbesserte sich der Empfang schlagartig. Auch waren am Sangean deutliche Intermodulationsverzerrungen mit dem Langdraht auf den höheren Frequenzen aufnehmbar, die Aktivantenne machte diese Störungen durch ihre Selektionswirkung unhörbar. Zusätzlich kann man durch Drehung der Aktivantenne Störgeräusche minimieren, bzw. das Empfangssignal infolge Richtwirkung auf max. Lautstärke bzw. auf maximalen Signal zu Rauschabstand stellen Zusammenfassung Die vorgestellte Aktivantenne ist besonders für den Betrieb mit Portabelempfängern als ideal zu bezeichnen. Der Sangean hat ja bekannterweise an seiner eingebauten Teleskopantennen eine miserable Empfindlichkeit, besonders Amateurfunkstationen im 80m band sind schwer aufzunehmen. Mit der Aktivantennen ändert sich dies schlagartig, die Stationen kommen klar und mit hoher S-Meter Anzeige an. Die Aktivantenne ist recht kompakt, sie kann deshalb auch auf Reisen einfach mitgenommen werden. Hat man das Pech, ein „antennengeschädigter“ Kurzwellenhörer zu sein, ist die Aktivantenne optimal, man kann zusätzlich durch Drehung elektrische Störquellen innerhalb eines Gebäudes oftmals minimieren und dadurch den Empfang entscheidend verbessern. Die ganze Antenne kostet nur etwa 35 Euro, die Bauteile sind leicht erhältlich. Bezüglich des 3-fach Drehkondensators sollte man allerdings rasch zugreifen, denn die Fa. Oppermann hat nur mehr Restbestände Technische Daten Spannungsbereich für minimale Verzerrungen Stromverbrauch IM P3 Spulengüte Stückliste 1 Stange Profilaluminium 1 Stk 3 fach-Drehkondensator 1 Drehspulinstrument 1 4 1 1 1 1 1 1 2 5 Gehäuse Polklemmen Potentiometer 4k7 am Ausgang mit Schalter Spindeltrimmer 10k am Gate 2 Einstelltrimmer 100k für Instrument Umschalter 2xU Transistor BNC-Einbaubuchse 4 mm Stecker für Spulenantenne Kondensator 100nF 8V bis 9,5 V ca. 3mA > 30dBm bei Minimumeinstellung am Gate 2 Loopantenne: Q=90 bei 7 MHz Spulenantenne: Q= 130 bei 7MHz 2000 x 15 x 2mm im Baumarkt erhältlich DA 775 Fa. Oppermann Aussteueranzeige 120146-77 Fa. Conrad von nun an alles Bestellnummern der Fa. Reichelt TEKO P3, PKAI 10 A und Farbe nach Wahl rot oder blau P6M+S-LIN 4k7 64W 10K 75 T 100k MS 500F BF 964 UG 1094 U BP 40 rt SMD Type: Best Nr: X7R G1206 100N Mit Drahtanschluss: Best. Nr: Z5U 5 100N Diverse Widerstände SMD Type: Best. Nr.: SMD Wid ¼ Watt und Wertangabe Mit Drahtanschluss:Best. Nr.:Kohleschicht ¼ Watt und Wertangabe 1 1 1 Clip 9V 9V Akku 1N 4148 9V- Anschlussclip 9V-Akku Diode Anschlusskabel 1 3,5mm Klinkenstecker 1 BNC Kabelstecker 1 RG 58 Koaxkabel KS 35 UG 88U RG58C/U-5
