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solche Kommentare liest man natürlich gerne. Da am Wochenende Regen angesagt ist, kann ich das Schaltbild aktualisieren und noch einstellen, damit etwas Licht ins Dunkel kommt.
Das Isolationsproblem ist jetzt auch identifiziert, es waren ein paar Leitungen im Ausgangsfilter, die zu nahe zusammen waren und so die Isolationsfähigkeit des PVC-Mantels überforderten. Etwas mehr Abstand hat das Problem gelöst, die saubere Lösung kommt noch in Form eines Teflon-Schlauchs. Interessant war noch, dass diese Stellen hell aufleuchteten und nicht einfach eine blaue Funkenstrecke bildeten.
hier noch der versprochene Schaltplan vom Sendeteil des Transceivers, er ist als PDF im Anhang.
Der Sender ist ein dreistufiger Geradeaus-Verstärker. Im 160m-Band erfolgt die Verstärkung aperiodisch, lediglich das Ausgangsfilter ist selektiv, während in den anderen Bändern der Verstärker selektiv mit 3 Kreisen arbeitet.
Das HF-Signal vom Mischer gelangt auf den Trafo Tr1, die niedrige Ausgangsimpedanz des Mischers an den hochohmigen Gitterkreis anpasst und so die Spannung ordentlich anhebt. Der Mischer liefert ca. 50mV, am Gitter der EF184 liegen ca, 0.5V. Mit den Relais S1..S3 werden die Schwingkreise je nach Frequenzbereich umgeschaltet, abgestimmt wird mit dem Dreifach-Drehko C4. Im 160m-Band (alle Relais abgefallen) ist keine Spule angeschaltet und der Verstärker arbeitet aperiodisch, der Drehko muss auf minimale Kapazität eingestellt sein.
Die EF184 arbeitet als normaler HF-Verstärker, dank der hohen Steilheit gibt es eine hohe Verstärkung, so dass für die Treiberröhre eine Steuerspannung von über 10V zur Verfügung steht. Die Anodenspannung wird über eine Breitband-Drossel (L4) zugeführt, die mit R4 bedämpft wird, um parasitäre Resonanzen und UKW-Schwingungen zu vermeiden. Danach folgen analog zum Eingang die Schwingkreise, wobei auf 160m ebenfalls keine Spule angeschaltet ist. Die Treiberröhre V2 arbeitet mit einer fixen Gittervorspannung, die mit R6 für einen Ruhestrom von ca. 25mA eingestellt wird. Der Transistor in der Kathodenleitung schaltet die Röhre während dem Empfang ab, so dass sie nicht unnötig heizt. Die Spule im Gitterkreis ist eine Luftspule mit ca, 5 Windungen und verhindert wilde UKW-Schwingungen. Die Anodenspannung wird über die Drossel L8 zugeführt, danach folgt der Ausgangskreis mit den zuschaltbaren Spulen L9..L11, auch hier wird für 160m keine Spule zugeschaltet.
Die Trafos L16 (1.8..7.5MHz) und L15 (10..30MHz) sind für die Erzeugung der beiden um 180° phasenverschobenen Gitterspannungen für die Endröhren zuständig, über die Mittelanzapfung wird die Gittervorspannung zugeführt. Diese wird mit R10 eingestellt und mit T2 gepuffert, so dass bei hoher Aussteuerung, wenn Gitterstrom fliesst, die Spannung stabil bleibt. T3 erhöht im Empfangsfall die Gittervorspannung und sorgt so für eine Reduktion der Verlustleistung der Endröhren. Im Sendefall wird der Ruhestrom auf ca. 20mA pro Röhre eingestellt. Die Widerstände R15 und R16 verhindern wilde UKW-Schwingungen, ebenso die Kombinationen R13/L13 und R14/L14, wobei die Spulen aus 5 Windungen bestehen. Über C25 erfolgt die Neutralisation, C31 ist eine Sicherheitsmassnahme, damit die Anodenspannung nicht kurzgeschlossen werden kann, die Spitzenspannung beträgt immerhin ca. 1200V. Die Neutralisation ist hier nicht ganz korrekt, da sie asymmatrisch ist. Korrekt wäre eine kreuzweise Neutralisation jeweils von einer Anode zum Gitter der anderen Röhre. Da die Trafos aber eine gute Kopplung haben, reicht die asymmetrische Variante, und die ist auch einfacher einstellbar. Im Anodenkreis sind die Symmetrietrafos Tr2 (1.8..7.5MH) und Tr3 (10..30MHz). Diese arbeiten jeweils im unteren Frequenzbereich in Resonanz mit C32, während sie am oberen Ende als Breitbandtrafos arbeiten. Da so bei 10MHz ein hoher Resonanzstrom durch die Sekundärwicklung von Tr3 fliesst (ca. 8A), ist diese mit zwei parallelen Drähten mit 1mm Durchmesser ausgeführt.
Das Ausgangsfilter ist ein klassisches PI-Filter mit C32 und C33 und den umschaltbaren Spulen. Hier ist es wichtig, dass die beiden Luftspulen L15 und L16 nicht koppeln, daher sollen sie gegeneinander um 90° verdreht verbaut werden. Da hier ordentliche HF-Ströme fliessen, sind die Luftspulen mit 3mm-Draht gewickelt, das gibt auch die notwendige Stabilität. Für L17 reicht 1mm-Draht.
Der gesamte Ausgangskreis inklusive Filter muss sehr gut isoliert werden, da hier Spannungen von über 1000V auftreten. Normaler Schaltdraht reicht nicht! Eine gute Lösung ist die Verwendung von Teflon-Schlauch, den man über den Wickel- und Schaltdraht ziehen kann. S13 ist ebenfalls eine Herausforderung, da er neben den hohen Spannungen auch hohe Ströme (über 5A) aushalten muss.
Beim Experimentieren ist generell Vorsicht geboten, die HF hat relativ viel Zerstörungspotential, und durch Transformationseffekte hat es auch an unerwarteten Stellen plötzlich hohe Spannungen. Insbesondere Messgeräte sind gefährdet! Ein sauber abgeschirmter Aufbau ist oberstes Gebot, sonst funktioniert nichts, auch die Masseführung ist heikel.
Zuerst zu den Endröhren: Das sind Zeilenendröhren für S/W-Fernseher, haben aber bemerkenswerte Eigenschaften. Zum einen ist die Rückwirkungskapazität im Vergleich zu anderen Röhren sehr klein, so dass die Neutralisation recht unkritisch ist. Weiter ist der Schirmgitterstrom extrem klein (ca. 2mA), auch die Schirmgitterspannung ist mit 150V sehr niedrig. Da der Schirmgitterstrom wegen dem B-Betrieb stark schwankt, wird er mit Z-Dioden stabilisiert, dank dem niedrigen Wert ist der Vorwiderstand mit 10k recht hoch, so dass auch bei fehlender Anodenspannung oder Übersteuerung die Schirmgitter-Verlustleistung nicht unzulässig hoch wird. Da die Röhre für eine hohe Anodenspannung gebaut wurde (und damit entsprechend weniger Strom), ist das Elektrodensystem im Vergleich zur PL500/PL504 recht kurz geraten, damit ist auch die Heizleistung etwas geringer.
Die Neutralisation wird am besten wie folgt eingestellt: Für die Grobeinstellung wird am Steuergitter einer Endröhre ein Oszi angeschlossen und am Antennenanschluss ein möglichst kräftiges HF-Signal, das Gerät bleibt dabei stromlos. Das Ausgangsfilter und der Gitter-Schwingkreis werden auf Resonanz eingestellt und danach der Trimmer C25 auf minimale HF-Amplitude am Gitter. Der Feinabgleich erfolgt im Sendebetrieb. Gemessen wird wieder die Spannung am Steuergitter einer Endröhre. Bei reduzierter Ansteuerung und korrekt eingestelltem Ausgangsfilter wird C32 verstellt. Bei korrekter Neutralisation verändert sich dabei die Gitterspannung nicht, bei zu wenig Neutralisation wird im Resonanzpunkt (max. Ausgangsleistung) sinkt die Gitterspannung ab, während bei zu viel Neutralisation in diesem Fall die Gitterspannung ansteigt. Bei allzu falsch eingestellter Neutralisation schwingt die Endstufe bei Resonanz des Ein- und Ausgangskreises, daher sollte sie zuerst im ausgeschalteten Zustand abgeglichen werden.
Bevor man zum Lötkolben greift, sollte man sich die rechtliche Lage in Erinnerung rufen: Bauen darf jeder, aber zum Betreiben braucht es die richtige(!) Amateurfunklizenz. In den CEPT-Ländern gibt es meistens zwei Lizenzen, wobei die 'einfachere' nur den Betrieb von industriell gefertigten Sendern erlaubt. Weiter ist die Unterdrückung der Oberwellen sehr stark vom Aufbau abhängig und muss unbedingt nachgemessen werden. Besonders im oberen Frequenzbereich ist es knapp. Ein Antennen-Tuner hilft hier und ist meistens sowieso vorhanden. Der Grenzwert für Nebenaussendungen beträgt bei Amateurfunksendern gemäss aktuellen EN-Normen 50dB unterhalb der Amplitude der Soll-Frequenz.
für diejenigen, die ebenfalls Sender bauen wollen, hier noch ein paar Erfahrungen.
Grundsätzlich unterscheidet sich ein Sender nicht von einem Geradeausempfänger, in beiden wird ein HF-Signal verstärkt und man muss darauf achten, dass das Signal keinen Weg vom Ausgang zum Eingang findet, sonst schwingt es. Es gibt aber Unterschiede, die davon herrühren, dass man bei einem Sender Leistung produzieren will, während es beim Empfänger nur darum geht, das gerade nachweisbare Signal von der Antenne auf einen brauchbaren Pegel anzuheben.
Die erste HF-Regel lautet bekanntlich "Verbindungen so kurz wie möglich". Da die Bauteile der Senderendstufe wegen der Leistung gross sind, wird das Einhalten dieser Regel schwierig, und die Verbindungen werden zwangsläufig länger. Dadurch spielt die genaue Verlegung eine Rolle, ebenso wird die korrekte Masseverbindung immer wichtiger. Ich hatte es durch eine falsche Masseverbindung immerhin geschafft, dass an einem Drahtstück 60V HF abgefallen sind. Das Ergebnis war dementsprechend... Ein Draht ist eben eine Induktivität.
Ebenfalls bedingt durch die Grösse sind die parasitären Induktivitäten und Kapazitäten einiges grösser als bei HF-Vorstufen. Die Induktivitäten stören meistens erst im UKW-Bereich, während die Kapazitäten für reduzierte Güten und unerwünschte Kopplungen führen. Der Miller-Effekt (Rückwirkung von der Anode auf das Steuergitter) kann auch bei Leistungs-Pentoden nicht vernachlässigt werden, dadurch ist meistens eine Neutralisation nötig.
Die Verlustleistung in Spulen und Kondensatoren ist zu beachten, die Bauteile sind entsprechend auszuwählen. Luft-Drehkondensatoren sind diesbezüglich unproblematisch, hier muss nur die Spannungsfestigkeit beachtet werden. Andere Kondensatoren haben aber beachtliche Verluste, so wird z.B. ein 470pF-Keramikkondensator heiss, wenn er als Schwingkreiskondensator eingesetzt wird und die HF-Amplitude 70V beträgt. Ein Folienkondensator schmilzt sogar... Bei Spulen mit Eisenkernen ist das Kernmaterial sehr wichtig. Neben den Verlusten, die zu Hitze führen, ist bei Spulen für Resonanzkreise auch darauf zu achten, dass das des Kerns mehr oder weniger unabhängig vom magnetischen Fluss ist, was bei den Materialien für Breitband-Trafos überhaupt nicht der Fall ist. Wegen dem Skin-Effekt und den meistens vergessenen, relativ hohen Blindströmen darf der Spulendraht nicht zu dünn sein. Versilberter Draht ist ideal, aber Kupferlackdraht tut es im KW-Bereich auch. Da der Strom nur durch die Drahtoberfläche fliesst, kann man statt dicken Drähten auch Röhrchen verwenden, die lassen sich leichter formen.
Die magnetischen Kopplungen von offenen Spulen mit der Umgebung müssen beachtet werden, sonst gibt es unter Umständen heisse Gehäuseteile, wenn Wirbelströme im Blech fliessen. Daher sind Alu-Gehäuse gegenüber Stahlblech wegen der besseren Leitfähigkeit ein Vorteil, dann wird das Feld besser verdrängt und gibt weniger Verluste. Lange Zylinderspulen haben eine Eigenresonanz, bei der sie niederohmig werden und so eigenartige Effekte und unerklärliche Erwärmung verursachen.
Die Spannungsfestigkeit von Isoliermaterial (insbesondere PVC) ist bei HF wesentlich geringer als bei Gleichspannung. Daher ausreichend Abstand halten oder besser isolieren, z.B. mit Teflonschläuchen. Die Lackisolation von Wickeldraht hält meistens nicht mehr als 100V aus, daher entsprechend wickeln und die Enden gegeneinander isolieren.
Oszilloskop-Eingänge und -Sonden halten bei HF viel weniger Spannung aus als die angegebenen Werte, die bei 50Hz gelten. Meistens gibt es im "Kleingedruckten" in der Bedienungsanleitung eine Kurve, wo man entsprechend der Frequenz die zulässige Spannung ablesen kann. Eine Missachtung kann zum Totalschaden des Oszis führen.
Zur Prüfung der Aussendung auf unerlaubte Nebenaussendungen ist ein Spektrum-Analyser oder Oszilloskop mit FFT-Funktion und ausreichender Bandbreite unerlässlich. Ein Antennen-Tuner kann zur Reduktion der Oberwellen nützlich sein, gegen Nebenwellen (z.B. ZF-Reste bei SSB-Sendern) hilft er aber nichts, da braucht es neben einem sauberen Schaltungsdesign ein sauberer Aufbau, damit es keine "Nebenpfade" für die diversen HF-Signale gibt.
der Transceiver ist elektrisch mittlerweile fertig, jetzt braucht er noch Software. Als Letztes brauchte es noch das HF-Frontend und eine Erweiterung für mehr Analogeingänge und die Digital-Ausgänge für die Umschaltung des Eingangsabschwächers und die Eingangsfiler, insgesamt eine einfache Sache. Das HF-Fontend habe ich vom Software Defined Radio 'geerbt' und mit einem ZF-Notchfilter etwas modifiziert. Das Notchfilter war notwendig, weil die erste ZF mit 10.7MHz mitten im Empfangsbereich und zudem nahe am 30m-Band (10.15MHz) liegt.
Hier der Blick von oben, die Leiterplatte mit der Kupferfläche ist das HF-Frontend, welches für die breitbandige Vorselektion, den schaltbaren Eingangsabschwächer und den Vorverstärker enthält.
Auf der Unterseite gab es mit der Analog-Digital-Erweiterungsplatine ebenfalls noch eine Erweiterung:
Die zusätzlichen Analogeingänge sind einerseits Mess-Eingänge für den Kathodenstrom der Endröhren, damit die Firmware bei Überstrom einschreiten kann, sowie die HF-Spannung und der HF-Strom am Antennenanschluss, einerseits als Abstimmhilfe, andererseits als grobe Kontrolle des SWR. Weitere Analogeingänge dienen zum Einlesen der Potistellungen der Potis für die Einstellung der Sendeleistung, der manuellen HF-Verstärkung, des Mithörtons und der Schwelle der Rauschsperre. Diese Funktionen hätte man natürlich auch mit dem Touch-Screen machen können, aber ein altmodisches Poti ist meiner Meinung nach bequemer zum Bedienen und hat noch den Vorteil, dass es die Stellung beim Ausschalten ohne Zusatzmassnahmen beibehält.
nachdem ich fleissig Software geschrieben habe, ist die Zeit für das erste QSO gekommen, und es hat funktioniert. Der Empfang ist wie erwartet sehr gut, auf dem 40m-Band konnte ich das Gross-Signalverhalten testen, da gerade Radio China international aktiv war, und der kommt mit einem sehr starken Signal, so 60dB über den Amateurfunkstationen. Es gab keinerlei Anzeichen von Intermodulation, und die variable Filterbandbreite ist eine gute Sache, vor allem für CW. Da kann man einfach den 'Hahn' zudrehen, und die benachbarten Stationen sind weg.
Das Mikrofonsignal wird jetzt in der Firmware automatisch auf den richtigen Pegel gebracht, der Regelbereich ist etwa 40dB, so dass man unabhängig von der Sprechlautstärke und Abstand zum Mikrofon eine volle und saubere Modulation hat. Für 'schwierige' Fälle gibt es noch einen Kompressor, das ist eine schnelle Zusatzregelung, der die Dynamik 'einstampft' und so den Störabstand beim Empfänger etwas verbessert. Bei guten Verbindungen ist das natürlich nicht schön, aber bei schlechten Verbindungen verbessert es die Verständlichkeit.
Neben ein paar Kleinigkeiten in der Hardware folgen jetzt noch die Details in der Firmware, wie z.B. das nichtflüchtige Speichern der Einstellungen, damit sie beim Ausschalten nicht verlorengehen, sowie diverse Verbesserungen für eine bequemere Bedienung sowie Einstellmöglichkeiten der diversen Parameter, die noch fehlen.
es gab wieder ein Stück Software, neben so nützlichen Sachen wie ein Squelch und Notchfilter hauptsächlich Bedienungshilfen.
Die Panorama-Anzeige (Frequenzspektrum +/-100kHz um die eingestellte Frequenz) habe ich mit einer Touch-Funktion zwecks schneller Senderwahl erweitert. Man kann jetzt einen Peak antippen, und der Cursor springt dann auf diesen, und per Taste wird der Empfänger auf diese Frequenz abgestimmt, was äusserst nützlich ist. Für CW gibt es das noch 'gezoomt', da hier das NF-Spektrum ein max. 1,5kHz breiter Auszug aus dem HF-Spektrum ist, so werden auch CW-Stationen genau getroffen. Auch beim manuellen Abstimmen trifft man so die Frequenz der rufenden Station exakt, die Ablesegenauigkeit beträgt etwa 6Hz. Ist das Notchfilter eingeschaltet, kann im NF-Spektrum einfach der Stör-Peak angetippt werden, und schon ist er weg. Für die Feinabstimmung der Notch-Frequenz gibt es dann noch den 2. Drehgeber, der sonst für die Bandbreiteneinstellung oder die Abstimmung der Senderkreise dient.
Hier noch ein Bild des NF-Spektrums bei CW mit einer HF-Bandbreite von 1kHz, empfangen wird die Bake DK0TEN. Diese sendet in FSK, was man hier im Spektrum bei langer 'Nachleuchtdauer' schön sieht, es gibt 2 Peaks mit etwa 200Hz Abstand.
Als Nächstes gibt es noch eine Logger-Funktion, mit der man von einer wählbaren Frequenz Langzeitaufnahmen der Amplitude machen kann, um so z.B. die Ausbreitungsbedingungen oder die Aktivität eines Störers aufzunehmen, ohne dass der PC gebraucht wird. Daneben wird auch eine Steuerung über den PC möglich, so dass man Spektren aufnehmen kann. Vorerst scheitert es aber daran, dass der auf dem Prozessor-Board vorhandene ST-Link-Debugger sich weigert, die serielle Schnittstelle zu bedienen. Hier ist ein FW-Update nötig, denn diese Funktion ist vorgesehen und beim Software-Defined-Radio funktioniert es auch.
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des Kerns mehr oder weniger unabhängig vom magnetischen Fluss ist, was bei den Materialien für Breitband-Trafos überhaupt nicht der Fall ist.