Link zu NorCal 40:

Hallo,

aus einem Projekt heraus bin ich dabei, einen Empfänger, basierend auf den Ideen und Schaltplänen des NorCal40A Transceivers, aufzubauen. Aufgrund von Platzgründen hab ich Widerstände, Spulen und Kondensatoren als SMD-Bauteile verwendet.

Meine Schaltung funktioniert prinzipiell, nur hab ich bisher überhaupt keine Erfahrung im Schaltungsaufbau im Bereich des Amateurfunks. Meine bisherigen Erfahrungen basieren hauptsächlich aus dem Hifibereich und daher hab ich eine grundsätzliche Frage.

Meine Schaltung funktioniert ohne Probleme bis zum Zwischenfrequenzfilter. Dieser besteht wie im NorCal40A-Bauplan aus 4 Quarzen, welche in Serie hintereinandergeschaltet sind. Leider kann ich nach diesem Filter keine "ordentlichen" Spannungen messen, sodnern befinde mich hier im Bereich von 50 (my)V. Nach dem RF-Mischer kann ich eine Spannung von ca. 50mV messen, kann auf dem Oszi ebenso anhand der Fouriertransformation die jeweiligen Seitenbänder sehr schön betrachten.

Hab die Schaltung noch im Simulationsprogramm LTSpice aufgebaut und habe dort die selben Ergebnisse.

Da ich wie gesagt noch keine großen Erfahrungen in diesem Bereich sammeln konnte, wollte ich einfach mal nachfragen, welche Spannungspegel zu erwarten wären oder ob ich bisher mit den Messergebnissen gut liege?

In meinen Überlegungen hab ich auch schon damit gespielt, einen weniger stark dämpfenden Filter als RCL-Glied aufzubauen, jedoch ist dieser wahrscheinlich weniger ideal für den anschließenden Produktdetektor.

Ich freue mich über jede Antwort !!!
Und vielen Dank im Vorraus !!!

Hallo V-M,

pro Quarz rechnet man mit ca. 1dB Verlust, ein 4 poliges Filter hätte typ. 4dB Durchgangsdämpfung. Das Filter arbeitet bei ca. 200Ohm I/O-Impedanz was wichtig ist für eine Simulation mittels eines CAD Tools. Ferner müssen alle Quarze auf gleiche Serienresonanz ausgemessen, bevor diese eingebaut werden ! 50mV am Eingang des Filters sind eine Menge "Holz" was bedeuten würde Du übersteuerst erstmal den 1. Mischer stark ... das mal ganz nebenbei. Da nichts mehr nach dem Filter zu messen ist (50µV ??) bedeutet dies ein Quarz oder C ist defekt oder aber eine Verbindung wurde schlicht vergessen. Welches Simulations-Modell (Ls, Cs, Rs, Cp) für die 4,912MHz Quarze verwendest Du ?

Hallo KubiK,

ich benutze für die Spice-Simulation das typische Quartzersatzschaltbild, also LsCs,Rs ind Reihe, ein Cp parallel dazu. Wie im Bauplan des Norcals mit 270pF gegen Masse, ein weiteres C und L in Reihe.

Die Werte

Ls = f0/1e9
Cs =1/((2*pi*f0)**2*Ls)
Rs = 100
Cp = 4p

Wenn du meinst, ich übersteuer den Mischer, meinst du damit in der Simulation? Bisher ging ich von Werten aus, jedenfalls wenn ich ein Funksignal empfange, welches bei ca. 5mV liegen würde.
Vor dem Mischer wird das Eingangssignal, welches durch den RF-Filter gefiltert, nochmal hochtransformiert.
Ich habe die Möglichkeit, ein über einen Signalgenerator die Schaltung zu testen und kam dabei auf ähnliche Ergebnisse, nur wie du ja auch schon gesagt hast, sind 50(my)V eigentlich garnix und der AGC kann damit am Ende logischweise garnix anfangen.

Kannst du mir vielleicht auch ganz grobe Richtwerte nennen, was zu erwarten wäre?

Danke dir schonmal !!!

Hallo V-M,

Dein Quarzmodell ist zwar korrekt doch die dazu berechneten Quarzersatzdaten sind nicht besonders praxisnah:
fs=4,912MHz
Ls=4,912mH
Cs=0,2137298539pF
Rs=100Ohm
Cs=4pF

Die Güte dieses Quarzes würde nur ca. 1500 betragen, in Wirklichkeit ist mit min. dem 10fachen zu rechnen. Gute Quarze ereichen 30-4000 und sehr gute sogar 80000 in diesem Frequenzbereich. Nichsdestotrotz bleibt die Funktion eines Bandpasses erfüllt (Bilder 1,2,3)

Die Durchgangsdämpfung beträgt 14dB, die Bandbreite ist mehrere kHz groß und die Flanken sind nicht besonders steil ! Ein Ergebnis der sehr geringen Quarzgüte.

Ein Filter mit guten Quarzen der Güte > 30000 (Ls=49,12mH, Cs=0,0213..pF, Rs=40Ohm) entspricht eher der Praxis (Bilder 4,5). Durchgangsdämpfung 6dB, Bandbreite ca. 800Hz, steile Flanken.

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Nun etwas zu dem Pegelplan (alles Spannungsverstärkungen) des RX (typische Werte):

40m Bandfilt............. +15dB
1. NE612 .................+20dB
Trafo T3 ................. -12dB
Quarzfilter .............. -5dB
L-Anpaßglied L4/C14 .. +8dB
2. NE612 ................ +20dB
LM386 ................... +40dB

ergibt knappe 90dB Gesamtverstärkung, ein sehr guter Wert für so eine einfache Schaltung. Von der Antenne bis zum Eingang des QF's sind ca. 20dB Verstärkung, 5mV (sehr starkes Signal !!!) am Eingang bedeuten also ca. 50mV am QF (genau wie Du schon geschrieben hast). Damit ist der 1. Mischer schon etwas übersteuert, was aber für die weitere Analyse der Schaltung eher sekundär ist.

Die AGC des Empfängers greift erst bei höheren Pegeln und soll eher das Ohr des Betreibers schützen und nicht, über einen weiten Bereich, den Pegel auf nur wenige dB Unterschied ausregeln.

Da nach dem Filter kaum etwas vom Signal übrigbleibt stimmt etwas mit den zugehörigen Bauteilen nicht, das wären die 4 Quarze und 5x270pF C's. Woher sind die Quarze gekauft worden und hast Du sie vorher ausgemessen ? Besteht bei Dir die Möglichkeit nur das QF alleine auszumessen (Präziser Generator und Pegelmesser nötig ) ??

Hallo Kubik,

ich habe die Quarze direkt bei Farnell bestellt. Ausgemessen habe ich diese nicht, da mir nicht bewußt war, wie kritisch dies für den QF ist.

Ich habe hier Möglichkeiten, den QF allein durchzutesten.
Wie würdest du vorgehen in diesem Fall? Wie gesagt, mir fehlt in diesem Bereich die Erfahrung und vorallem sind Quarze noch ziemliches Neuland.

Gruß

Hallo V-M,

Entwickler bestellen meistens gleich 20-100 Quarze, messen diese aus und erstellen daraus Gruppen aus 4-8 Quarze gleicher Serienresonanz (Differenzen <10HZ für CW und <50Hz für SSB). Die nicht verwendeten ausgemessenen Exemplare werden einfach für spätere Projekte gelagert.

Bild 1 zeigt wie Du das QF alleine ausmißt. Wir nehmen jetzt an die Bauteile sind in Ordnung und das nur die Quarze unterschiedliche Resonanzen aufweisen. Die 2 270pF C's am Anfang und Ende des QF auslöten, in Reihe mit 150 Ohm (QF hat theoretisch 200Ohm Impedanz) löten und jeweils auf einer BNC Buchse damit gehen. Alle Bauteil-Anschlüsse bitte kurz halten ! An diesen 2 Buchsen, im einfachsten Fall, einen 50Ohm Netzwerkanalyzer anschließen. Ein 50Ohm DDS Generator (1/10Hz Schritte) und 50Ohm dB-Pegelmesser ist auch OK. Mit dieser Anordnung das QF z.B. von 4,9 bis 4,93MHz (automatisch oder aber manuell) durchwobbeln.

Aufgrund der Zwangsanpassung mit den 2 Widerständen ändert sich jetzt zwar die Durchgangsdämpfung eines GUTEN QF's auf 16-18dB, das QF sollte immer angepaßt betrieben werden, doch das Aussehen der Durchgangskurve bleibt weiterhin gleich (Bild 2) !

Wie es z.B. aussieht wenn die Quarze um bis zu 1kHz untereinander differieren zeigt Bild 3. Man beachte die gestiegene Durchgangsdämpfung und das "Ausarten" der Kurve !

Hallo Kubik,

hab vorhin jetzt schonmal die Quarze ausgemessen und so wie du auch vermutet hast, liegen sie deutlich auseinander, also teilweise über 30Hz.

Hab mich entschieden, erstmal ein paar zu bestellen, diese ordentlich auszumessen und anschließend den Filter darauf aufbauen.

Anschließend das QF so vermessen, wie du vorgeschlagen hast und dann sollte auch das gröbste behoben sein.

Mal noch eine grundsätzliche Frage, würden nicht prinzipiell auch 2 Quarze ausreichen oder wäre dann der Filter nicht schmalbandig genug? Positiv wäre dann die geringere Dämpfung zu sehen.

Vielen Dank übrigens für deine Mühen !!!

Hallo V-M,

30Hz sind nicht die Welt und würden nicht sehr viel an der Durchgangskurve ändern. Das Filter müßte damit noch einwandfrei die vorgesehene Aufgabe erledigen. Deshalb meine ich ein C (Quarze sind anscheinend OK) könnte einen Kurzschluß oder gar einen falschen Wert (nF und nicht pF) haben. Die sogenannten Cohn-Filter (alle Abzweig C's haben die gleichen Werte) sind sehr tolerante Zeitgenossen.

Ein QF mit nur 2 Quarze funktioniert prinzipell auch, die Seitenbandunterdrückung (ZF Spiegelfrequenz bei CW wäre nur ca. 1,3kHz weit weg ) ist, aufgrund der geringen Steilheit, beeinträchtigt. Die Wahrscheinlichkeit, daß Du mit dem Empfänger 2 Signale anstatt nur das gewünschte hörst steigt umgekehrt proportional mit der Polzahl (hier Anzahl der Quarze) eines QF. Die Anzahl der Quarze bestimmen direkt wie steil das Bandfilter ist und wie gut Du ein Signal (SSB bzw. CW) auf dem Band vom anderen trennen kannst. Die Bandbreite/Impedanz des QF wird von den C's bestimmt ! Hohe C-Werte bedeuten kleine Bandbreite und Impedanz und vice versa. Cohn Filter (wie hier im Norcal40A) sind optimal für einfache CW Filter, SSB Filter sind damit nur sehr schwer zu realisieren ... dafür wären andere Vorgehensweisen und Typen (Lattice , Half-Lattice Filter) notwendig.

Es gibt ein paar gute Tutorials wie man relativ einfach und günstig die Quarze ausmißt, deren Ersatzdaten genau bestimmt um sie dann, ohne ein QF zusammenlöten zu müssen, mittels eines CAE Tools live zu "testen". Werde die Sachen, bei Bedarf, heute oder morgen zusammensuchen und hier posten !

Ein paar Tools und Literatur zum Berechnen von Quarzfilter:

1. LADPAC2002 (s. PN)

Einzelne Programme zum entwerfen von Ladder Quarzfilter (u.ä.). Das (englische) Buch dazu, "Experimental Methods in RF Design", ist sehr empfehlenswert. Ein sehr gutes Buch um über der praktischen Seite allgemeine Amateur-Radiotechnik zu lernen und zu verstehen.

2. NorCal40A Course Lectures

Alles zum Norcal40A, "wissenschaftlich" und ausführlich behandelt. Ein Studium in E-Technik o.ä. ist von Vorteil.

3. Cohn Crystal Filter

Etwas zu den "minimal-loss" Cohn-Quarzfilter.

4. AADE Filter Design

Ein kostenloses CAE Tool um allerlei Filter (LC bzw. Quarz) zu entwerfen.

5. Crystal Motional Parameters

Ein Vergleich der besten Methoden wie man akurat zu den Quarzersatzdaten kommt. Empfehlenswert und einfach durchzuführen wäre die G3UUR und 3dB/45° Methode wenn man nicht zufällig einen Netzwerkanalyzer mit eingebauter Quarz Charakterisierungsroutine rumliegen hat 8). Die Homepage dazu findest Du hier.