JUNIOR - 2 |
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Ein einfacher Wettkampfpeilempfänger für das 144 MHz-Band |
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| Rainer Flößer - DL5NBZ
Veröffentlichungen:
(C) by Rainer Floesser - DL5NBZ - 1994 |
Die Beliebtheit von 80m-Peilwettbewerben ist sicher zum großen Teil auf die Verfügbarkeit billiger und guter Empfänger zurückzuführen. Vor Jahren hat Dieter Schwider, DF7XU, einen einfachen und guten Bausatz für 80m, den PRX-80, entwickelt, der inzwischen in über tausend Exemplaren in der ganzen Welt im Einsatz ist.
Immer wieder wurde ich nach einer ähnlichen Lösung für 2m gefragt, aber die bisher veröffentlichten Baubeschreibungen lagen bei der Beschaffung aller Teile immer über 250 DM, von Fertiggeräten ganz zu schweigen. Mehrere Versuche hier zu einer Lösung zu kommen schlugen fehl, entweder waren sie unbefriedigend in der Leistung, zu kompliziert zum Nachbau und Abgleich, oder wieder zu teuer. Die zündende Idee kam dann beim Studium eines Artikels in der schwedischen Clubzeitschrift QTC (2m92 Kristallstyrd Rävsax för 144 MHz - Bo Lenander, SM5CJW - QTC Nr. 6/1993).
Der hier vorgestellte JUNIOR-2 ist ein einfach zu bauender und abzugleichender Wettkampfpeilempfänger, der aber alle Merkmale der "großen" Empfänger besitzt. Er ist besonders für Anfänger, Jugendliche oder Jugendgruppen geeignet, die bisher aus finanziellen Gründen auf die Anschaffung eines 2m-Peilempfängers verzichtet haben. Eines der Ziele bei der Entwicklung war, daß die Kosten für das Projekt 150,- DM nicht übersteigen. Um dieses Ziel zu erreichen mußten in einigen Punkte Kompromisse eingegangen werden, die im folgenden auch klar dargestellt werden, aber die Leistungsfähigkeit nicht wesentlich einschränken. Im Vergleich mit einem 80m-Peilempfänger liegt der JUNIOR-2 im Leistungsbereich der einfachen Empfänger im Direktüberlagerungsprinzip und ist sowohl für Anfänger als auch für Fortgeschrittene geeignet.
Die Antenne wird symmetrisch an den Empfänger gekoppelt, um unsymmetrische Verstimmungen zu kompensieren. Vorzugsweise kommt als Antenne eine Mehrelement-Yagi-Antenne mit gestrecktem Dipol als erregtem Element zum Einsatz. Das Eingangssignal wird in einem üblichen DUAL-GATE-MOSFET Verstärker verstärkt. In dem, aus vielen Empfängerschaltungen bekannten, selbstschwingendem Mischer-IC S042P wird das Signal auf eine extrem niedrige Zwischenfrequenz umgesetzt. Die Mischfrequenz liegt unterhalb des 2m-Bandes. Als ZF-Verstärker kommt das als Mini-MW-Empfänger bekannte IC ZN414Z von Plessey zum Einsatz. Beim Studium des Datenblatts (Linear IC Handbook, September 1988 - Plessey Semiconductors) dieses IC`s entpuppt es sich als regelbares Zwischenfrequenzteil mit einer typischen Verstärkung von 72 dB und der Möglichkeit die Verstärkung bis fast auf Null abzuschwächen. Zusammen mit dem Vorverstärker wird der ZN414Z über die Versorgungsspannung abgeschwächt. Zusätzlich wird der Schwingkreis zwischen Vorverstärker und Mischer mit Hilfe einer Kapazitätsdiode verstimmt und somit eine weitere Abschwächung erzielt. Der gesamte Bereich der Abschwächung liegt bei ca. 110dB. Da der ZN414Z bereits einen aktiven Demodulator enthält, kann das NF-Signal direkt auf einen NF-Verstärker mit dem LM386 gegeben werden. Dieser bringt für die gängigen Kopfhörer genügend Leistung. Der gesamte Empfänger wird über eine 9V-Blockbatterie oder einen 9V-NiCd-Akku versorgt. Die Spannung wird auf 5V mit einem Low-Drop-Regler stabilisiert. Da das Ohr Lautstärkeunterschiede wesentlich genauer erkennen kann als das Auge eine Änderung eines Zeigerausschlags, wurde auf ein S-Meter verzichtet. Um auch unmodulierte oder schwach modulierte Träger Peilen zu können, kann man im Empfänger einem Träger die fehlende Amplitutenmodulation zusetzen. Auf Knopfdruck wird der Mischer und Oszillator mit einem NF-Ton moduliert, damit werden Feldstärkeunterschiede eines unmodulierten Träger hörbar gemacht. Um einen Wettkämpfer in Streßsituationen nicht unnötig zu verwirren hat der JUNIOR-2 als Bedienungselemente nur je einen Einsteller für die Frequenz und die Abschwächung, sowie einen Taster für den Überlagerungston. Als Kopfhörerbuchse kommt eine fünfpolige DIN-Buchse zum Einsatz, die in allen Situationen einen einwandfreien Kontakt gibt. Mit einer Brücke im Kopfhörerstecker wird der Empfänger eingeschaltet. Über die DIN-Buchse ist es auch möglich einen Akku innerhalb des Gerätes zu laden.
Die Verwendung des ZN414Z vereinfacht den Aufbau dieses Empfängers ungemein, bringt aber auch zwei Schwachstellen mit sich. Die höchste, sinnvoll nutzbare, Frequenz des ZN414Z liegt bei ca. 2,5-MHz. Da der ZF-Verstärker nur einen einzigen Kreis hat ist die tatsächliche ZF unwichtig, da auch kein ZF-Abgleich erforderlich ist. Die ZF-Selektion ist eine Funktion der Kreisgüte L8/C16 und des Übersetzungsverhältnisses von L7/L8. Es ist eine möglichst hohe Kreisgüte und eine möglichst lose Ankopplung von L7 anzustreben. Setzt man im ZF-Kreis ein übliches Filter für 455 kHz ein, erhält man einen Spiegelfrequenzabstand von 910 kHz, d.h. bei Empfangsfrequenzen oberhalb 144,910 MHz ist mit Spiegelfrequenzdurchschlägen zu rechnen. Da die nach IARU-Regeln die Frequenzen der Peil-Baken unterhalb 144,845 MHz sein sollten, wäre dieser Nachteil tolerierbar. Eine weitaus bessere Lösung ist die Verschiebung der Zwischenfrequenz auf eine Frequenz von ca. 1,6-MHz. Für die ZF von ca. 1,6 MHz kann auch ein normales 455 kHz-Filter verwendet werden, dessen eingebauter Kondensator durch einen externen ersetzt wird. Eine Beinträchtigung durch Spiegelfrequenzdurchschläge konnte dann auch bei intensiver Nutzung in Ballungsgebieten nicht festgestellt werden. Ein zweiter, zu beachtender Punkt, ist die interne Verstärkungsregelung des ZN414Z. Bei starken Eingangssignalen regelt der IC das NF-Signal ab. Bis zu einem bestimmten Eingangspegel ist die NF-Ausgangsspannung proportional zur Eingangsspannung, darüber hinaus sinkt die NF-Ausgangsspannung wieder ab. Der NF-Verstärker muß unbedingt soviel Verstärkung erreichen, daß der Benutzer noch vor erreichen dieses Umkehrpunktes durch die große Lautstärke gezwungen ist, das Eingangssignal abzuschwächen. Dazu muß ein Widerstand im NF-Verstärker in Abhängigkeit des verwendeten Kopfhörers eingemessen werden (siehe Abgleich). Ist diese Einstellung nicht korrekt, ist ein Peilen bei starken Eingangssignalen nicht möglich.
Der Empfänger wird auf einer zweiseitig kupferkaschierten Epoxy-Leiterplatte aufgebaut. Vor der Bestückung muß noch die Ecke für den Akku bzw. die Batterie ausgesägt werden. Die Bohrungen für die Luftspulen haben einen Durchmesser von 1mm, die Bohrungen für die Lötnägel der Anschlüße und die Masseanschlüsse der Filterbecher haben einen Durchmesser von 1,3mm. Für den Transistor T1 wird eine Bohrung mit 5,5mm gebohrt, in die der Transistor später bündig mit der Leiterplatte eingelötet wird. Zur Befestigung der Leiterplatte im Gehäuse werden noch drei Bohrungen mit 3mm Durchmesser benötigt, alle weiteren Bohrungen für die Bauteile haben einen Durchmesser von 0,9mm. Die Oberseite der Leiterplatte ist eine durchgehende Massefläche, die an den nicht masseführenden Anschlüßen freigebohrt werden muß, sofern die Leiterplatte nicht zweiseitig belichtet und geätzt werden kann.
Nachdem die Leiterplatte vorbereitet wurde werden die Spulen L1, L2 und L3 auf einen 4mm durchmessenden Dorn gewickelt. L1 und L2 müssen gegensinning gewickelt sein. Als Dorn empfiehlt sich eine alte Teleskopantenne. Die drei Spulen werden auf die Leiterplatte gesteckt und mit einem Dorn ausgerichtet, sodaß sie genau auf einer Linie liegen. Danach werden sie auf der Leiterplatte verlötet und der Dorn entfernt. Es ist darauf zu achten, daß die Windungsabstände der Spulen und die Abstände zur Einkoppelspule L3 gleich groß sind, um symmetrische Verhältnisse in der Eingangsstufe zu gewährleisten.
L4 und L5 müssen in einen NEOSID Spulenbausatz 7V1S gemäß der Windungszahlen des Bestückungsplans gewickelt werden, danach wird der Spulenkörper des Bausatzes auf der Leiterplatte verlötet. Der Abschirmbecher wird zunächst nur darüber gesteckt. Der Abschirmbecher wird erst nach erfolgreichen Test der Schaltung verlötet.
Der ZF-Kreis L7/L8 wird vorsichtig geöffnet und der interne Kondensator entfernt und wieder zusammengebaut, danach auf die Leiterplatte montiert. Zusammen mit C16 ergibt sich nun eine Resonanzfrequenz des Filters von ca. 1,6 MHz. Scheut man diesen operativen Eingriff in den ZF-Kreis kann man den Empfänger mit dem Orginalkreis auf 455 kHz ZF betreiben. Dann muß man allerdings die beschriebenen Durchschläge der Spiegelfrequenz in Kauf nehmen.
Für den Oszillator wird eine Helix-Spule von NEOSID der Reihe 7.1E verwendet, in der die Windungen mechanisch fixiert sind und so eine bessere Frequenzstablilität des Oszillators gewährleistet.
Die Leiterplatte wird mit den übrigen Bauteilen gemäß Plan bestückt. Für die Widerstände R14 und R10 können Lötnägel vorgesehen werden, um sie später im fertigen Empfänger noch ändern zu können.
Für die Anschlußpunkte werden Lötnägel gesetzt. Alle Masseanschlüße der Bauteile werden auch auf der Leiterplattenoberseite verlötet.
Da es auf der Leiterplatte ziemlich eng zugeht, sollte beim Bestücken und Löten mit großer Sorgfalt vorgegangen werden. Nach dem Bestücken sollte die Leiterplatte nochmals auf versehentliche Lötbrücken oder Bestückungsfehler kontrolliert werden.
An den beiden Antenneneingängen werden zwei gleichlange Drähte angeklemmt. Die beiden Potis sowie ein Kopfhörer oder ein kleiner Lautsprecher werden angeschloßen. Zum Abgleich kann die Stromversorgung über ein regelbares Netzteil mit 9V erfolgen. Als erstes sollte die Stromaufnahme gemessen werden. Sie sollte bei ca 10 mA ohne Eingangssignal liegen. Als Signalquelle benötigt man einen Meßsender, ein Dipmeter oder ein Handy mit kleiner Leistung und Dummyload. Das Poti für die Frequenzeinstellung wird in Mittelstellung gebracht. Mit dem Abschwächungspoti wird eine Spannung von 5 Volt am Eingang der Abschwächung eingestellt (kleinster Widerstand von R18). Jetzt wird ein schwaches Signal auf ca. 145,000 MHz benötigt. Als erstes wird der Bandsetz-Trimmer C10 verstellt, bis man das Testsignal hören kann. Nun wird der Kreis L4/L5 auf stärkstes Signal eingestellt. Dieser Abgleich ist nur bei empfindlichster Stellung des Abschwächungspotis möglich (D1 !!!). Als letztes wird der Eingangskreis mit C1 auf lautestes Signal getrimmt. Hierzu kann das Abschwächungspoti zurück gedreht werden. Jetzt kann noch überprüft werden, ob das gesamte 2m-Band mit dem Frequenzeinsteller überstrichen werden kann. Sollte dies nicht der Fall sein, muß R20 verkleinert werden.
Zum Abgleich des Überlagerungstons muß eine Drahtbrücke anstelle des Tasters eingesetzt werden. Mit R16 wird die Stärke des Überlagerungstons so eingestellt, daß er bereits bei schwachen Signalen gut hörbar ist. Eine Korrektur der Frequenz kann durch Änderung von R14 erfolgen.
Bei einem starken Eingangssignal muß der Empfänger soviel NF bringen, daß der Benutzer "schmerzhaft" an die Abschwächung erinnert wird. Dieser Punkt muß, wie schon erwähnt vor dem Einsatzpunkt der Verstärkungsregelung liegen. Mit dem Widerstand R10 läßt sich dies beeinflußen. Ein kleiner Widerstand R10 macht das NF-Signal kleiner, ein größerer Wert von R10 macht das NF-Signal größer. Der richtige Wert ist experimentell mit dem geplanten Kopfhörer zu ermitteln, der angegebene Wert ist für einen 8-16 Ohm Kopfhörer ermittelt.
Die hier beschriebene Lösung ist nur als Anregung gedacht. Sie bietet bei verhältnismäßig geringen Aufwand einen leichten, stabilen und kompakten Aufbau. Alle mechanischen Arbeiten können ohne spezielle Werkzeuge durchgeführt werden. Alle mechanischen Bauteile sind bei einem Elektroinstallateur oder einem Baumarkt zu bekommen. Aus den Zeichnungen sind alle Details zu erkennen, sodaß auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird.
Je nach handwerklichem Geschick und vorhandenem Material sind natürlich auch bessere Lösungen möglich.
Das Gehäuse wird gemäß dem Bohrplan vorbereitet. Die bestückte und getestete Leiterplatte wird in das Gehäuse gelegt und die drei Bohrungen zur Befestigung der Leiterplatte angezeichnet und danach die Leiterplatte wieder entfernt.
Als erstes werden die beiden Schnappschellen für den Antennenboom mit M4-Schrauben am Gehäuse befestigt und ausgerichtet. Nun werden die beiden Potis und der Taster ins Gehäuse eingebaut. In die beiden Bohrungen für den Antennenanschluß werden Teflondurchführungen von innen eingepresst und auf der Außenseite mit je einer aufgelöteten Aderendhülse verlängert. Die Aderendhülsen werden soweit gekürzt, sodaß gerade noch die hintere Schraube einer einzelnen Lüsterklemme greifen kann. Nun wird die Leiterplatte ins Gehäuse eingesetzt und auf drei Kunststoff-Distanzrollen mit 4mm Höhe mit Hilfe von drei M3-Schrauben befestigt. Danach wird die DIN-Buchse eingesetzt und verschraubt. Die beiden Potiachsen werden entsprechend der verwendeten Knöpfe gekürzt und die Knöpfe montiert. Vorzugsweise sollten graue Knöpfe verwendet werden, um sie später mit einem Folienschreiber mit Skalen zu versehen. Nun kann der Empfänger endgültig verdrahtet werden.
Die Details des Zusammenbaus können den verschiedenen Zeichnungen entnommen werden.
Symmetrische Antennensysteme zeigen beim Peilen vor allem in schwierigen Gelände Vorteile gegenüber unsymmetrischen Antennen. Mißweisungen und Schielen oder umgebungsabhängige Verstimmungen sind bei symmetrisch gespeisten Yagi-Antennen nicht so ausgeprägt wie bei der bekannten unsymmetrischen HB9CV-Antenne. Für den JUNIOR-2 wurde eine 3-Element-Yagi-Antenne verwendet, die sich einfach und kostengünstig aufbauen läßt aber für den Transport leicht zerlegbar ist. Als Antennenboom wird ein Kunststoff-Panzerrohr PG9 verwendet. Die Elemente und der Empfänger werden mit Schnappschellen auf dem Träger befestigt und durch Bohrungen mit M6-Nylon-Schrauben gegen Verschieben und Verdrehen gesichert. Die Antennenelemente sind aus zwei Lagen Roll-Maßbandmaterial gefertig und sind auf Grund ihrer Flexibilität besonders für den Einsatz im Gelände geeignet. Das Maßbandmaterial wird in der Mitte der Elemente auf eine Kunststoffleiste geschraubt, um den Elementen mehr Stabilität zu geben. Die beiden Lagen Maßbandmaterial und die Kunststoffleiste werden zusammen in einen Schrumpfschlauch eingeschrumpft und die überstehenden Enden warm mit einer Zange verpresst. Die Anschlußpunkte für den Dipol und die Bohrungen zum Befestigen der Elemente werden wieder freigelegt. Danach werden die Elemente auf Schnappschellen geschraubt. Um die Elemente gegen Verdrehen auf der Schnappschelle zu sichern werden unten aufgesägte Kunststoffrohrstücke (PG11) über den Mittelteil der Elemente gesteckt und danach mit Zweikomponentenkleber vergossen. Masse und Details der Antenne sind den Zeichnungen zu entnehmen.
| Bez. | Wert | Bemerkung | Bez. | Wert | Bemerkung | |
| BT1 | 9V/110mAh | NiCd-Akku | R 1 | 10k | ||
| BU1 | Buchse 5-pol. DIN | 180 Grad Kopfhörer EIN/AUS | R 2 | 22k | ||
| C 1 | 1,8 - 30p | VALVO-Folientrimmer Farbe rot | R 3 | 220R | ||
| C 2 | 4n7 ker | RM5 | R 4 | 100R | ||
| C 3 | 1n ker | RM5 | R 5 | 220k | ||
| C 4 | 1n ker | RM5 | R 6 | 100R | ||
| C 5 | 8p2 ker | RM5 | R 7 | 100k | ||
| C 6 | 6p8 ker | RM7,5 | R 8 | 47k | ||
| C 7 | 6p8 ker | RM7,5 | R 9 | 10k | ||
| C 8 | 10p ker | RM7,5 | R10 | 120R | siehe Text Einstellung NF-Pegel | |
| C 9 | 5p6 ker | RM7,5 | R11 | 1k5 | ||
| C10 | 4-22p | VALVO-Folientrimmer Farbe grün | R12 | 100R | ||
| R13 | 10R | |||||
| C11 | 15p ker | RM5 | ||||
| R14 | 18k | |||||
| C12 | 10n ker | RM5 | ||||
| R15 | 390R | |||||
| C13 | 100n ker | RM5 | ||||
| R16 | 500R | Spindeltrimmer steh. Überlagerungs-Pegel | ||||
| C14 | 100n ker | RM5 | ||||
| C15 | 10n ker | RM5 | R18 | 10k log Poti | HF-Regelung | |
| C16 | 15p ker | RM7,5 siehe Text | ||||
| R19 | 50k Poti | Frequenz | ||||
| C17 | 10 uF/6V3 | Tantal | ||||
| R20 | 4k7 | |||||
| C18 | 100n ker | RM7,5 | ||||
| C19 | 10 uF/6V3 | Elko stehend | ||||
| D 1 | BB405B | |||||
| C20 | 100n ker | RM7,5 | ||||
| D 2 | BB405B | |||||
| C21 | 10 uF/6V3 | Elko stehend | ||||
| IC1 | S042P | Mischer | ||||
| C22 | 10 uF/6V3 | Elko stehend | ||||
| IC2 | ZN414Z | ZF | ||||
| C23 | 10 uF/6V3 | Elko stehend | ||||
| IC3 | LM386 | NF | ||||
| C24 | 100n ker | RM7,5 | ||||
| IC4 | LP2950CZ | Spannungregler 5V Low-Drop | ||||
| C25 | 100n MKM | RM7,5 | ||||
| S 1 | Taster | Überlagerung EIN | ||||
| C26 | 100n ker | RM5 | ||||
| T 1 | BF980 | Dual-Gate-MOSFET Vorverstärker | ||||
| C27 | 1 uF/6V3 | Tantal | ||||
| T 2 | 2N2646 | UNIJUNCTION- Trans. | ||||
| C28 | 100n ker | RM5 | ||||
| C29 | 100n ker | RM5 | ||||
| C30 | 100n ker | RM7,5 | ||||
| C31 | 100n ker | RM5 | ||||
| L 1 | 6 Wdg 4mm Dorn / 1mm CuAg | gegensinnig zu L 2 | ||||
| L 2 | 6 Wdg 4mm Dorn / 1mm CuAg | gegensinnig zu L 1 | ||||
| L 3 | 1 Wdg 4mm Dorn / 1mm CuAg | zwischen L 1 u. L 2 | ||||
| L 6 | 4,5 Wdg | NEOSID 7.1E Best.Nr.: 00511830 | ||||
| L4/5 | 3Wdg/1Wdg 0,6mm CuL/ 0,3mm CuL | 7V1S NEOSID | ||||
| L7/8 | 455 kHz, sw 20k:5k | C entfernt siehe Text | ||||
Bestückungsplan
Inhalt
Verdrahtungsplan Inhalt
Gesamtansicht Inhalt
Detail Dipol Inhalt
Detail Direktor / Reflektor Inhalt
Detail Gehäuse Inhalt
Detail Einbau ins Gehäuse Inhalt
Entpacken der Leiterplatte im HP PCL 5 - Format (ZIP-File)
Entpacken der Leiterplatte im Postscript EPS - Format (ZIP-File)