Posts by DL1BG

Hallo Günter,

danke für die schnelle Antwort.

Der LMH6229 kann (wie die meisten dieser speziellen low-noise Typen) nur etwas mehr als 2 Vpp am Ausgang treiben an 100 Ohm. Bei Leistungsanpassung bleiben also noch 1 Vpp an 50 Ohm übrig, das ist zu wenig.

Bei zwei Stück steigt eben die Ausgangsleistung ohne zusätzliches Spannungsrauschen durch eine weitere Verstärkerstufe. Laut Simulation sinkt das Rauschen sogar durch die Parallelschaltung.

Quote from DL4ZAO

Zusätzlich muss der Ausgang über einen Balun erdfrei vom koaxialen Ausgang entkoppelt werden.

Auch das CAT5 Kabel habe ich mir bei LZ1AQ abgeschaut und bin bereits bei der letzten Version gut damit gefahren. Davor hatte ich zwar auch einen BalUn (25 µH Gleichtaktdrossel), aber den halte ich mittlerweile für unsinnig. Die Bezugsmasse des Verstärkers hängt je eh nur (über eine Drossel) am Kabel.

Hallo zusammen,

nach langer Zeit möchte ich mich mal wieder mit einem Verstärker für Breitband-Loops beschäftigen und hoffe auf eure Unterstützung. Beim letzten Mal im Jahr 2017 habe ich nach vielen vergeblichen Versuchen den Vorschlag von LZ1AQ nachgebaut. Wir haben den Verstärker übrigens im B08 als Projekt umgesetzt und immerhin für 21 OM gebaut.

Bau transistorisierter 2m-Festfrequenz-Empfänger

Die originale Schaltung spielt (vermutlich) unschlagbar auf den unteren Bändern, ich möchte sie auf 80 - 6 m hin optimieren. Im Hinterkopf habe ich noch, den Verstärker bis 2m zur QRM-Suche zu verwenden.

Dafür habe ich mir die folgenden Ziele gesetzt:

- Eine große Antenne mit geringer Induktivität vorsehen, angeschraubt auf der Flachbaugruppe.

- Tiefpass vorsehen. Bei mir belasten (bei großer Antenne) allerhand Störungen unter 200 kHz den RX unnötig.

- Hochpass ändern für 170 MHz DAB. Es gibt bei mir keine starken UKW-Sender.

- Verstärkung erhöhen, um keine Probleme mit Störern im Shack zu bekommen. Die folgenden Rauschwerte sind schon mit 6 dB mehr gerechnet.

- Eigenrauschen oberhalb von 10 MHz reduzieren. Aus der ITU-R P.372 habe ich mir 10 nV/sqrtHz bei 21 MHz als Hintergrundrauschen errechnet. Ich hoffe auf weniger, das Original (+6 dB) simuliere ich zu 15 nV/sqrtHz.

Aus meiner Sicht muss daher eingangsseitig ein OpAmp mit geringem Eingangs-Spannungsrauschen ran, ich nehme mal den LMH6629 mit 0,7 nV/sqrtHz. Um dieses nicht unnötig zu verstärken, soll sich die Antenne möglichst wie eine ideale Stromquelle verhalten, also kein C im Filter gegen Masse.

Ausgangsseitig wäre natürlich ein spezieller "line driver" wie der THS6214 oder OPA2674 schön, das kostet aber einige nV/sqrtHz an Rauschen, zumal ja auch etwas Verstärkung gewünscht ist.

Ich spiele mal mit zwei Transimpedanzverstärkern pro Seite parallel mit Zwangssymmetrierung. Dadurch nimmt das Rauschen weiter ab und die max. Ausgangsspannung an 50 Ohm steigt immerhin von 2,X Vpp auf 3,X Vpp.

Was sagt ihr zu meinem Vorschlag im Anhang? Wären für euch ein 1 dB Kompressionspunkt von nur 3,5 Vpp ein Problem? Würdet ihr einen diskreten Ausgangstreiber (z.B. mit BFP196W) probieren?

Ich hoffe auf eine angeregte Diskussion und bin gespannt auf das Ergebnis.

Danke im Voraus und Viele Grüße, 73

Bernhard, DL1BG

Hallo zusammen,
hier noch ein paar Fragen zum niederohmigen Verstärker für nichtresonante Magnetantennen. Die Schaltung hatte ich im von LZ1AQ übernommen und modifiziert, siehe Anhang und
http://www.lz1aq.signacor.com/…ctive-sm-loop-antenna.htm

Wenn ich die Serieninduktivitäten am Eingang brücke und mit dem VNA über einen BalUn und 2 x 1 µH als Ersatz für eine Magnetschleife einspeise (siehe Anhang), dann ist der Frequenzgang sauber.
Lasse ich die Tiefpass-Induktivitäte drin, so liegt die Grenzfrequenz bei ca. 5 MHz, rund Faktor 10 unter der Simulation und dem Ergebnis bei LZ1AQ, von dem ich an der Stelle direkt kopiert habe.
Ein Test mit Antenne und Koppelschleife hat ähnliches gezeigt, aber das lag vielleicht auch am Impedanzverlauf der Koppelspule.

Wie würdet ihr diesen Verstärker durchmessen?

>>Auch beachten: #77 Ferritmaterial ist leitfähig.
Damit hast du das Rätsel gelöst, Günter! Beim Durchklingeln sind mir der 40 kOhm gegen den Kern nicht aufgefallen.

Hallo Günter und natürlich alle Mitleser. Um den Thread nicht zu sprengen habe ich mal etwas "im Stillen" gearbeitet und versuche hier zuerst mal ein paar Teile des Projekts vorläufig abzuhaken.

Änderungen allgemein
Der IMD2 betrug nur -30 dBc, IMD3 rund -45 dBc. Das Weglassen der 100
Ohm vor den FETs und besser platzierte Abblockkondensatoren an den
LMH6703 verbesserten das.
Die Ausgangsübertrager habe ich auf 1:1 umgestellt, weil der LMH6703 erst oberhalb 100 Ohm Last geringe Verzerrungen macht.

Amplifier1 resonante Schleife (mit bestückten BB112, ohne Eingangsübertrager)
Ergebnis
Mit einem 25 mm Installationsrohr und 1,2 m Durchmesser lässt sich die Resonanzfrequenz von 80 m bis 30 m durchstimmen, die 3 dB Bandbreite beträgt 20 kHz.
Großsignalfestigkeit nicht gemessen, sollte allemal ausreichen

Amplifier1für K9AY
Nicht getestet

Amplifier1 nichtresonante Schleife (BB112 nicht bestückt, mit Eingangsübertrager)
Änderungen
Eingangsübertrager mit 2 Stück BN73-202 hatte einen Kurzschluss gegen Kern und große Streukapazität. Geändert auf einen BN73-202 mit 2+2 Windungen auf der Innenlage, dann 20 Windungen auf der Außenlage. Draht ist jetzt Pack Rupatex 0,4 mm Außendurchmesser.
Tiefpassfilter entfernt, das übernimmt die Streuinduktivität des Eingangsübertragers.

Ergebnis
Leistungsverstärkung 22 dB (wird vermutlich später reduziert)
3 dB Bandbreite rund 500 kHz bis 9 MHz
1 dB Kompressionspunkt 0 dBm Eingang
IMD2 -55 dB und IMD3 -65 dB bis 5Vpp am Ausgang, damit ist mein Funktionsgenerator die Grenze.

Amplifier2 hohe Impedanz
Änderungen
Die Eingangskapazität beträgt durch das lötfreundliche Layout rund 6 pF + MMBFJ310, daher passt der vorgesehene Tiefpass nicht ganz und ich habe ein paar dB Verlust.

Ergebnis
1 dB Bandbreite rund 20 kHz bis 150 MHz (ohne Tiefpass)
IMD2 -55 dB und IMD3 -65 dB bis 5Vpp am Ausgang, damit ist mein Funktionsgenerator die Grenze.

Das Eigenrauschen der Schaltung lag in jedem Fall unter dem atmosphärischen Rauschen, kurz draußen getestet.
Ein paar Fragen kommen im nächsten Beitrag...

So, hier noch die Übertragungskurve des Amplifier2 am niederohmigen Eingang. Eingespeist wurde über die angehängte Testschaltung, der Übertrager bestand aus zwei identischen Luftspulen mit 2 Windungen / 90 mm Durchmesser.
Bei 30 MHz befindet sich eine Resonanzstelle der Testspule. Bei kleinerer Spule mit einer Windung war sie weg, aber eben auch der Frequenzbereich unter 5 MHz...
Bei 1,8 MHz sind es noch -33,2 dB.

Die Frage zum ÜBertrager aus dem letzten Beitrag konnte ich nicht klären.

Es war wohl doch etwas spät gestern... Gemeint war, dass bei 3 Vpp am Eingang neben dem Peak bei 10 MHz am Ausgang auch ein Übersteuerungsprodukt (oder wie nennt man das dann?) bei 20 MHz auftrat. Dieser zweite Peak war rund 30 dB unter dem Nutzsignal. Das hat mich überrascht so weit unter dem 1 dB Kompressionspunkt.

Heute hab' ich mich mal um den Amplifier1 in der Variante ohne Kapazitätsdioden mit Übertrager gekümmert. Der Übertrager hat jetzt innen 20 Windungen 0,15 CuL, dann 2+2 Windungen 0,4 CuL.
Bis 2 MHz verhält sich die Schaltung genau wie geplant, danach sinkt die Verstärkung mit rund 20 dB pro Dekade ab, nur bei hohem (600 Ohm) Quellwiderstand.

Eingrenzen konnte ich den Fehler soweit, dass der Übertrager die Quelle zu stark belastet, selbst bei ausgelöteten FETs. Damit suche ich wohl nach einem Fehler in meinem Trafo. Folgende Fehler sind mir aufgefallen:
- die Primärwicklung (2+2 T) ist nach der Sekundärwicklung (20 T) gewickelt, anders herum wäre wohl besser gewesen
- das Wicklungsfenster ist nur zu 50 % ausgenutzt

Der Kern liegt außerdem flach auf der Leiterplatte, also FR4 und dann Massefläche. Das sollte nicht stören, weil die Feldlinien parallel dazu laufen, oder? Oder stört die Kapazität gegen GND?
Hier noch die Wicklungsbeschreibung.

Viele Grüße, Danke im Voraus,
Bernhard

Heute konnte ich mit der Inbetriebnahme des ersten Prototypen beginnen.

Im Anhang findet ihr die Übertragungskennline des Amplifier2 auf dem hochohmigen Eingang ohne Filter. Die -6 dB kommen daher, dass ich am Übertragerausgang nur über eine Hälfte des differentiellen Signals abgegriffen habe. Eine grobe Messung mit dem Oszi zeigt, dass ab knapp 10 kHz gearbeitet werden kann.
Problem: mir sind die MMBFJ310 ausgegangen und ich musste den BF862 bestücken. Damit entstehen bei 15 pF in Reihe am Eingang fast 20 dB Verlust. Laut Datenblatt hat der FET 10 pF Eingangskapazität, wie kann das sein?

Der 1 dB Kompressionspunkt liegt (gemessen mit Funktionsgenerator und Spekki) bei ca 6 Vpp / 10 MHz. Unter Verwendung beider Dipolhälften wären das 22,6 dBm, wenn ich richtig rechne.
Bei 3 Vpp ist ein 20 MHz-peak mit -30 dB messbar.

Et voilá, das Layout im Format 100x104 mm².

Hallo Günter und natürlich alle anderen Mitleser. Danke für alle Kommentare bisher!

Quote from DL4ZAO

Mit geschirmten Koax-Schleifen wirst du mit eine Verstärker wie diesem mit hoher Eingangsimpedanz als aperiodische Breitbandantenne keinen Spass haben.

Ich hatte mir eingebildet, dass die Zwangssymmetrierung immer etwas gegen Gleichtaktstörungen bringen müsste; jetzt erklärt sich auch, dass letztens beim Test in "verseuchter" Umgebung der Schirm rein gar nichts änderte. Jetzt gibt es nur noch Klemmen.

Quote from DL4ZAO

Interessant bleibt, wie sich das Würth SL-2 Line-Filter als Breitband-Ausgangsbalun macht. Ich hab da bisher immer selbst auf Ring- oder Doppellochkern gewickelt.

Ich habe die Teile auch nur herausgesucht, weil ich das noch nie so gemacht habe; mal sehen.

Amplifier1
Es gab keine großen Änderungen zum letzten Stand. Bei gebrücktem Eingangsübertrager kann man den Verstärker für resonante oder nichtresonante kleine Magnetschleifen verwenden, mit Übertrager für widerstandsterminierte Schleifen.

Amplifier2
Ein eigenständiger Verstärker für den SDR-Empfänger im Shack. Wahlweise kann man eine nichtresonante kleine Magnetschleife oder einen kleinen Dipol verwenden. Der hochohmige Eingang ist wieder Günters SIMWA entsprungen, der niederohmige Eingang ist von LZ1AQ übernommen.
Ich hoffe, dass damit 17 kHz bis 14 MHz möglich sind.

Layout
Ist natürlich nicht fertig, aber die kritischen Stellen sind gelöst. Aktuell ist die Platine 140x100mm² groß.

Offene Fragen, vielleicht fällt euch etwas ein:
- Wie immer, jede Kritik ist erwünscht, vor allem kurz vor der Erstellung der ersten Flachbaugruppe...
- Leider sind mir die Pins knapp geworden, siehe Bild RJ45_Belegung. Ich habe noch zwei Pins für 3 bis 4 unabhängige Relais. Ein Schieberegister macht sicher Lärm auf der Antenne und Analogpegel mit Komparatoren wird gleich richt komplex. Fällt euch etwas ein?

Viele Grüße, 73
Bernhard

Hallo zusammen,

in der Zwischenzeit habe ich die Schaltung mal in Eagle gebracht und konkrete Bauelemente herausgesucht.
- alle Widerstände und Kondensatoren 0805 (bis auf den Terminierungswiderstand
- Induktivitäten: Fastron 1812AF
- Überspannungsschutz Eingang: PESD5, fehlen noch im Bild
- Eingangsübertrager: 2 mal BN73-202 gestockt, 2 + max. Windungen 0,15 CUL
- Ausgangsübertrager: T-622-X65
- Gleichtaktdrossel: Würth WE-SL2 1µH
- Anschluss der Schleife über BNC für geschirmte Schleifen oder (üblicherweise) Lüsterklemme

Die Schaltung passt im Layout ungefähr auf 80x80mm².
Massekonzept: die Schaltungsmasse ist "freifliegend" nur über Überspannungsdioden mit Gehäuse oder CAT5-Schirm verbunden. Ob der CAT5-Schirm mit einem metallischen Gehäuse verbunden sein würde, da bin ich mir nicht sicher.

Meine wichtigsten Fragen ans Forum:
- Kritik am Vorschlag natürlich
- Wäre anstelle der MMBFJ310 vielleicht ein BF862 geeigneter wegen seinem geringen Spannungsrauschen?

Viele Grüße und Danke, 73
Bernhard

Mittlerweile habe ich das Konzept etwas ausdetailiert, Kritik ausdrücklich erwünscht...

Als Eingangsübertrager würde ich den BN73-202 nehmen. Idee: zwei Kerne gestockt, darauf eine Windung mit Mittelanzapfung (Masse) für die Primärspule aus "dick" isoliertem Draht zur Verringerung der Streukapazität und 9 Windungen sekundär. In Folge der nicht üppigen 36 µH verliere ich damit bei 1,8 MHz rund 0,6 dB, wegen der hohen Ausgangsimpedanz fällt die Verstärkung bei 7,2 MHz bereits um knapp 2 dB.
Alternativ wären auch 2 Windungen primär und maximal viele Windungen sekundär (vermutlich kaum mehr als 9) denkbar, das macht den Frequenzgang viel ebener aber kostet sicher etliche pF an Streukapazität und "rauschlosen Gewinn".

Für den Ausgangsübertrager auf 100 Ohm symmetrisch sollte der T-622-X65 passen, oder habe ich mich schon wieder in der Anpassung vertan? Was denkt ihr, taugt der zur Not auch noch für Grimeton auf 17 kHz?

Die ganze Schaltung würde ich zweimal auf die Leiterplatte designen. Einmal mit den bei K9AY-Loops üblichen Relais für die Richtungsumschaltung sowie Kapazitätsdioden, einmal ganz einfach und ohne Übertrager.
So kann man am einfachen Eingang einen verkürzten Dipol für den SDR-Empfänger anschließen und am zweiten Eingang wahlweise:
- zwei widerstandsterminierte Schleifen beliebigen Typs
- zwei verschieden große Schleifen als Magnetic Loop für jeweils zwei Bänder
- einen zweiten Dipol

Bei der Spannungsversorgung sind natürlich die -5V das größte Problem. Bei 20 dBm Ausgangsleistung braucht ein LHM6703 maximal 35 mA, also brauchen beide Verstärker zusammen je 140 mA auf +5 und -5V. Das riecht entweder nach einem diskret aufgebauten Schaltregler neuerer Generation (z. B. TPS62170) oder nach dem Rückzug auf einpolige Spannungsversorgung.

Damit ist das CAT5 übrigens schon voll belegt:
- Antenne 1 + Spannungsversorgung
- Antenne 2 + Vorspannung für die Kapazitätsdioden
- Relais zur Richtungsumschaltung

So, jetzt habe ich mit Günter's Vorschlag mal etwas gespielt:
- den ersten Übertrager auf Wicklungszahl 1:9 eingestellt. Sollte für 160 bis 40 m realisierbar sein, was meint ihr?
- BB112 zur Abstimmung von resonanten Schleifen vorgesehen, nur damit ich es nicht vergesse
- einen einfachen Tiefpass für UKW eingebaut. Nachdem der LMH eindeutig vor den J310 in die Begrenzung kommt, habe ich den Tiefpass dazwischen platziert. Zwischen Übertrager und J310 ginge natürlich auch, was meint ihr?
- den OpAmp auf symmetrische Spannungsversorgung umgestellt. Damit wird später natürlich die Schaltung komplexer, aber ich fühle mich bei der Abblockung / HF-Stromführung so wohler.

Das Gesamtrauschen liegt jetzt bei knapp 10 nV/Wurzel(Hz), die Leistungsverstärkung beträgt 26 dB. Tendenziell ist das zu viel, darauf hat mich DK6ED Christian hingewiesen. Die Verstärkung des OPV würde ich daher von 4 auf 2 reduzieren.

Zum Schutz der Schaltung gegen übermäßige Eingangspegel würde ich schlichtweg PESD5-Dioden vorsehen, was meint ihr?

Amplifier_FET_Cascode_LMH6703.zip

Hallo Günter,
vielen Dank für deine Mühe! Mit etwas Herumrechnen mit verschiedenen Kombinationen aus Übertrager und OPV-Verstärkung kam letztendlich auch nichts anderes heraus, als dass eine FET-Eingangsstufe nötig ist.
Neben der Machbarkeit eines kleineren Übersetzungsverhältnisses im Übertrager bietet sich die Schaltung (mit gebrücktem Übertrager) auch als Verstärker für E-Feld-Sonden oder resonanten Magnetschleifen an. Jetzt fällt mir auch ein, woher ich die FET-Schaltung kenne, den SIMWA
Wenn man den LMH mit nur 10 V versorgt, dann fällt auch das Rauschen noch etwas.

Heute Abend mache ich mich mal an einen konkreteren Vorschlag.

Viele Grüße
Bernhard

Hallo zusammen, vielen Dank für eure Antworten!

Günter, danke für's Anfügen des Schaltbilds.

Zum Übertrager
1:50, ups. Der Übertrager soll von 160 bis 40 m funktionieren.

Zum Verstärker
Ich wollte eigentlich so vorgehen, dass ich die Widerstandsbeschaltung vor dem OpAmp so hochohmig mache, wie es das resultierende Rauschen zulässt. Und dann den Übertrager für die Impedanzen anpassen, deshalb habe ich es Leistungsanpassung genannt. Aber du hast natürlich Recht, es ist trotzem nur eine Spannungsanpassung.

Mittlerweile habe ich mal das Ausgangsrauschen der OP-Verstärkerschaltung gerechnet, siehe Anhang. Wenn ich mich bei der Formel nicht vertippt habe, dann ergibt sich bei 15 kOhm Eingangsimpedanz immer noch ein Rauschen von S5 bei SSB-Bandbreite.
Damit ist die Variante ohne FETs wohl gestorben.

Zum Ausgangsübertrager
>>Am besten ein Übertrager kombiniert mit einem Strobalun dahinter
Ok, überzeugt.
Bei Versuchen mit dem THS3202 und eigentlich nicht schlechter Impedanzanpassung über Microstrip und RG316 musste ich feststellen, dass die Impedanzfehler einen Ausgangswiderstand am OPV von 10 Ohm erforderten, sonst gab es Dellen im Frequenzgang. Das war aber 1 m Leitung und nicht 50; auf der anderen Seite war das mal locker die 100-fache Frequenz, ich bleibe entspannt.

Die Verwendung zweier Leitungspaare im CAT5 hat sich ja dank DH8DAP Frank schon erledigt. Außerdem möchte ich Leitungen sparen für die Umschaltung einer K9AY, einen Kanal mit E-Feld-Antenne für den SDR-Stick, Verstärkungsumschaltung o. ä.

Leider kann ich damit (bis auf die Rechnung des Ausgangsrauschens) vorerst nichts zur Diskussion stellen, ich muss erst mal wieder simulieren.

73
Bernhard

Hallo zusammen,

als neuer hier möchte ich mich kurz vorstellen. Ich heiße Bernhard, bin 23h Jahre alt, wohne in Franken und habe meine A-Lizenz 2012 gemacht. Neben gelegentlichem Funkbetrieb beschäftige ich mich mit Firmware, Leistungselektronik und analogem Kram; ganz klassische, diskrete HF-Technik ist der Bereich, an dem ich noch am meisten lernen muss.

Für die unteren Bänder möchte ich eine Doppelschleife nach DK6ED bauen und dazu einen universellen Verstärker für diese Antennengruppe entwickeln. Dabei hoffe ich auf eure Unterstützung.

Die typische Empfangsschleife mit eingefügtem Widerstand hat einige 100 Ohm und einige `zig dBi Verlust. Ein reiner Impedanzwandler wie der SIMWA von Günter, DL4ZAO, ist also unpassend. Auch ein Verstärker mit extrem geringen Eingangswiderstand wie für nichtresonanten Magnetantennen ist, danke ich, ungeeignet.

Mir schwebt vor, die Schleifenimpedanz auf einige kOhm hoch zu transformieren und dann mit einer Leistungsanpassung in einen hochohmigen Verstärker zu gehen, der die fehlenden dBU und die Impedanztransormation macht. Damit lassen sich einige dB "rauschfrei" gewinnen und der Verstärker könnte vielleicht einstufig mit einem OPV auskommen.

Mein Ansatz zur Dimensionierung:
Laut EZNEC hat eine verkürzte DK6ED-Doppelloop bei 40 m -28 dBi und 600 Ohm. Also muss mein Verstärker 28 dB Leistungsverstärkung machen bei 600 Ohm Eingangs- und 50 Ohm Ausgangswiderstand.
1. Übertrager 1:20
2. Zwei LMH6703 als Gegentaktverstärker mit G=4. Der OPV hat nur 3 pA/W(Hz) an Stromrauschen und sollte auch mit hochohmiger Eingangsimpedanz arbeiten, oder? Zum Test habe ich einen AD8000 mit 30 kOhm am Eingang betrieben, war unauffällig.
3. Übertrager 1:2, oder wäre hier ein Strombalun 1:1 besser zwecks IMD? Vermutlich tut sich der LMH6703 schwer mit der kapazitiven Last des Kabels und es wird ein Leistungstreiber wie der OPA2674 nötig?
4. CAT5 Kabel mit 100 Ohm bis in den Shack
5. Übertrager 2:1 zum Transceiver hin

Im Anhang liegt die Originalschaltung von DK6ED mit für mch leider zu geringer Verstärkung und mein erster Ansatz (mit falschen OPVs und Transistoren mangels Modellen).

Macht das Sinn so? Wie würdet ihr das lösen?

Vielen Dank im Voraus und beste 73
Bernhard, DL1BG