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Donnerstag, 13. April 2006, 13:36

Klärung einiger Fragen rund um Einfachsuper Mischverhalten, AM Rundfunk in AFU Bändern

Über die Empfangsqualitäten des BCR gibt es ja inzwischen hauptsächlich überschwänglich lobende Berichte. Zwei Dinge haben mich aber stutzig gemacht und dazu geführt, dass ich mit Unterstützung durch Helmut, DJ8MEH und Jürgen, DL1JGS und Peter, DK1HE etwas tiefer in das Thema eingestiegen bin.
1. Hin und wieder berichtet jemand von AM Signalen im Amateurband 2. Ein defektes Gerät hatte brutale AM Signale auf 30m und 20m die ich erst beseitigen konnte, nachdem ich mir mit Hilfe der anderen klar gemacht habe, was in dem Radio eigentlich vorgeht.
Das Ergebnis will ich im Folgenden ausführlich erläutern. Vorsicht, das wird ziemlich lang ;-) Es enthält zwar nichts neues, den meisten wird es genau wie mir aber in aller Konsequenz nicht so richtig bewusst gewesen sein.

Erst mal zum Prinzip eines Einfachsupers:
Am Antenneneingang eines RX liegt der gesamte Wellensalat der von der Antenne kommt an.
Das Bandpassfilter im Eingang "schneidet" aus dem Wellensalat einen kleinen Abschnitt heraus.
Im Mischer wird dieser Ausschnitt mit dem LO Lokal Oszillator gemischt. Am Mischerausgang steht jedes Signal, das das Bandfilter durchlässt als Mischprodukt mit dem LO an. Der folgende, schmalbandige ZF Verstärker (Quarzfilter) lässt nur die Signale durch, die in seinen Durchlassbereich fallen.

Beispiel BCR:
Bandfilter steht im 20m Band, durchgelassen werden ohne nennenswerte Abschwächung Signale +/-30 kHz um die Bandfilter-Mittenfrequenz.
Nehmen wir an, wir haben den VFO auf 14199,000 kHz abgestimmt. Auf 20m liegt beim BCR um die ZF versetzt unterhalb der RX Frequenz also auf 1419400 - 4914,4 = 9285,6.
Nehmen wir weiter an, es senden gleichzeitig Stationen im 1 kHz Abstand zwischen 14195 und 14205. Diese werden mit dem LO gemischt:
14195,0 - 9284,6 = 4910,4
14196,0 - 9284,6 = 4911,4
14197,0 - 9284,6 = 4912,4
14198,0 - 9284,6 = 4913,4
14199,0 - 9284,6 = 4914,4
14200,0 - 9284,6 = 4915,4
14201,0 - 9284,6 = 4916,4
14202,0 - 9284,6 = 4917,4
14203,0 - 9284,6 = 4018,4
14204,0 - 9284,6 = 4919,4
12205,0 - 9284,6 = 4920,4

Wie man sieht, fällt nur eine Station genau in die Mitte des Filters, die bei 14199,0. Angenommen, das Quarzfilter hat eine 6dB Bandbreite von 2,5 kHz, dann fallen die Stationen bei 14198,0 und bei 14200,0 beide noch gerade in den Durchlassbereich des Filters, sie werden zusammen mit der gewünschten Station bei 14199,0 in der ZF verstärkt, im BFO hörbar gemacht und über den NF Verstärker auf unser Ohr gebracht. Alle werden entsprechend dem Abstand zur Quarzfilterfrequenz umso stärker bedämpft je weiter sie weg sind.

So weit, so klar.
Aber leider ist das nicht die ganze Wahrheit. Wie wir alle wissen, mischen wir in einem guten Mischer mit Rechteck Signalen. Ein Diodenringmischer wird mit so viel LO Leistung angesteuert, das die Dioden in Rechteckform durchschalten, unser FET Schalter macht das gleiche ohne die hohe Leistung, weil der LO nur die Gates von FET ansteuern braucht. Geschaltet wird aber mit Rechtecken (beim 74HC4066 mit einer Schaltzeit ON/OFF von 3 Nanosekunden.
Schalten mit Rechtecken erzeugt wie wir alle wissen immer Oberwellen. Steuern wir unseren Mischer mit der LO Frequenz 9284,6 kHz an, so liegt gleichzeitig auch die 1. Oberwelle mit 2xLO = 2x 9284,6 kHz = 18569,2 an. Das ist nichts Spezifisches für den BCR, das ist einfach immer so, nur die Zahlen haben je nach benutzter ZF einfach andere Werte.
Stört uns die Oberwelle?

Nu, dann rechnen wir mal ein Beispiel durch:
Der VFO steht weiter auf 14199,0 kHz. LO ist dann 9284,6, 2xLO ist dann 18569,2 Wie wir weiter oben diskutiert haben, wird jedes am Mischer anstehende Antennensignal mit dem LO auf die ZF Ebene gemischt. Anders ausgedrückt: ein Signal kann empfangen werden, wenn es nach der Mischung im ZF Durchlassbereich liegt. Rechnen wir also mal mit 2xLO:

2xLO - ZF = 18569,2kHz - 4914,4 kHz = 13654,8 kHz

Und nun wird es gemein
Ein Blick in eine BC-Frequenztabelle zeigt uns: 13655 kHz: Radio China, 500kW Genau getroffen!! Das bedeutet, wenn wir Radio China bis an unseren Mischer lassen, dann geht kein Weg daran vorbei der Stimme Pekings zu lauschen. Wir müssen also verhindern, dass das China Signal überhaupt am Mischer ankommt.
Wie?
Erinnern wir uns an den Anfang, das Prinzip eines Superhet: Am Antenneneingang eines RX liegt der gesamte Wellensalat der von der Antenne kommt an. Das Bandpassfilter im Eingang "schneidet" aus dem Wellensalat einen kleinen Abschnitt heraus.

Es kommt beim Einfachsuper also darauf an, dass der unterhalb des Amateurbandes liegende Rundfunkbereich genügend stark bedämpft wird.

Kein Problem, wir haben ja ein Bandfilter. Ein gut konstruiertes Bandfilter mit zwei Parallelschwingkreisen hoher Güte, die mit kleinem Kondensator im Hochpunkt gekoppelt sind schafft gut und gerne bei den 550kHz Abstand um die es hier geht eine Dämpfung von weit über 50 dB. Voraussetzung ist, dass es richtig abgeglichen ist.

Richtig abgeglichen, das ist der springende Punkt. Beim BCR benutzen wir keine einmal fest abgeglichenes Bandfilter, sondern ein von außen abstimmbares Bandfilter, einen sog. Preselektor. Dieser wird beim Aufbau einmal auf Gleichlauf getrimmt, muss dann aber im Betrieb immer auf den richtigen Punkt gezogen werden.
Der BCR Preselektor überstreicht einen relativ weiten Bereich nämlich etwa 6 bis 20 MHz. Dafür stellt uns das Preselektor- Potentiometer 270 Grad Drehwinkel zu Verfügung. Linker Anschlag = 6 MHz, rechter Anschlag = 20MHz. Es ist also schon klar, dass man jeweils mit spitzen Fingern einstellen muss und es dabei noch richtig machen muss. Bei meinem BCR habe ich mal probiert, wie weit 14200 kHz und 13650 kHz auseinander liegen: das ist etwa der Unterschied zwischen 9 Uhr und 11 Uhr. Wenn ich nun die oben gewonnenen Erkenntnisse auf das Einstellpoti übertrage, dann bedeutet das:
Wechsel ich von 40m auf 20m und drehe das Preselektor- Poti von unten nach oben durch, dann finde ich kurz vor dem 14,... MHz Maximum bereits ein 13,5... Maximum. Bleibe ich dort stehen, dann werden die BC Stationen ungehindert zum Mischer durchgereicht, während die AFU Stationen um > 50dB abgeschwächt werden. Hätte ich von oben nach unten eingestellt, dann wäre ich mit dem Maximum bei den Amateuren gelandet und die BC Stationen wären entsprechend abgeschwächt worden.

Man kann das ganze übrigens bis ins Extrem treiben:
Unterhalb 10MHz wird die Mischrichtung umgedreht.

Die LO Frequenz für 4356 kHz ist 9270,4. 2xLO ist 13626,4kHz. Lasse ich den Preselektor bei 13,65 MHz stehen, dann höre ich auf 4,356 MHz wieder Radio China weil mein VFO zwar dort steht, ich aber in Wirklichkeit mit der LO Oberwelle auf der Preselektor- Frequenz lausche.

Aber wer stellt schon den Preselektor auf 13,5 MHz, wenn er auf 4,3 MHz hören möchte???
Niemand??
Dann darf auch niemand den spitzen Preselektor auf 13,5 stellen, wenn er auf 14,1 hören möchte ;-)

Welche Fehlermöglichkeiten gibt es außer der falschen Einstellung des Preselektor- Potis?

Es besteht eine relativ gute Chance, den Preselektor selbst von vornherein falsch abzugleichen. Die beiden Parallelschwingkreise werden gleichzeitig mit je zwei hochkapazitiven Dioden abgestimmt. Damit das über den Bereich stimmt, müssen diese einen guten Gleichlauf haben. Die Durchlasskurve soll über den ganzen Bereich schön schmal und spitz bleiben. Wenn wir davon ausgehen, dass die Dioden gut gepaart sind, also fast gleiches Verhalten haben, ist als Voraussetzung nur noch der optimale Grundabgleich erforderlich. Darüber haben wir uns einige Gedanken gemacht.
Was kann dabei schief gehen?
Der zweite Kreis L2 ist ziemlich hochohmig an das Gate eines FET angebunden. Er wird kaum bedämpft, man findet leicht ein wirklich spitzes Maximum wenn man den Spulenkern durchdreht.
Der Eingangskreis ist da etwas kritischer. Er hängt über das TPF direkt an der Antenne bzw. beim Abgleich direkt am Signalgenerator und wird bei einem Koppelverhältnis von 1:5,5 durch den 50 OHM Abschluss relativ stark bedämpft. Das äußert sich beim Abgleich in einem ziemlich breiten Buckel. Es ist also leicht möglich, diesen Kreis bei der Abgleichfrequenz auf eine erheblich andere Induktivität in Vergleich zu L2 zu trimmen.

Grundsätzlich könnte man das erleichtern, wenn man das Koppelverhältnis auf 1:11 ändern würde, allerdings würde das bedeuten, dass die Empfindlichkeit auf 7MHz auf etwa 0,8uV und bei 18 MHz auf etwa 0,3µV bis 0,4µV zurückgehen würde. Aus technischer Sicht absolut kein Problem, da das immer noch völlig ausreichen würde, trotzdem nicht praktikabel, weil das Radio bei den meisten Funkamateuren damit als "taub" gelten würde, ist doch die Messtechnische Empfindlichkeit eine der modernen heiligen Kühe, da hilft auch die 1000. Wiederholung der Fakten nicht.

Hilft nur eine bessere Abgleichmöglichkeit. Wenn die Bedämpfung von den 50 OHM herrührt, müssen die temporär weg. Wie? Ganz einfach. Statt den Signalgenerator (oder den QRP-Sender mit Dämpfungsglied) direkt einzuspeisen, stecken wir einfach ein Stück Draht in die Antennenbuchse und legen die Leitung vom Signalgenerator in die Nähe des Drahtes. Der Abstand wird so gewählt, dass die Regelspannung gerade eben ansteigt. Jetzt können beide Kreise bei gegebener Stellung des Preselektor- Potis auf Maximum gezogen werden und siehe da, L1 hat einen wunderbar spitzen Verlauf. Diese Art des Abgleichs gewährleistet einen weitaus besseren Gleichlauf des Preselektors über den ganzen Frequenzbereich.
Drei Regeln:
1. Die Regelspannung sollte beim Abgleich wenn irgend möglich mit einem Analog Messinstrument beobachtet werden, da damit die Änderung weitaus besser zu sehen ist.
2. Der Abgleich muss grundsätzlich bei sehr kleiner Regelspannung kurz oberhalb des Regelspannungseinsatzes vorgenommen werden.
3. Der Abgleich sollte bei 18 MHz oder bei 14 MHz erfolgen.

Zusammenfassung:
Beschrieben wird, warum ein Einfachsuper im unterhalb des AFU Bandes liegenden Rundfunkbandes empfängt wenn das Eingangsbandfilter falsch abgestimmt ist und was man dagegen tut. Die Betrachtung gilt im Prinzip für jeden Einfachsuper, fällt aber beim BCR eher ins Gewicht, weil das BCR im Gegensatz zu anderen Einfachsupern einen Weitbereich- Preselektor besitzt.
73/2 de Peter, DL2FI
Don´t follow the path. Make one! (Helena Martins, Fotografin, die im Erwachsenenalter ihr Gehör verlor)