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LW-RX041

DF8ZR

Vorbemerkung
Nach einigen Jahren Erfahrung mit dem Empfang von extrem schwachen Signalen im Amatueurband der Langwelle erinnerte ich mich an meine ersten Versuche mit einem Einfachsuperhet. Damals konnte ich immerhin -120dBm auf dem Bildschirm mit Hilfe von Gram(DSP-Software) sichtbar machen. Auch nach dem Einsatz eines aktiven Bandfilters mit einer Resonanzueberhoehung von +10dB zeigte sich beim Betrieb mit dem kommerziellen Empfaenger E403(Siemens) kein wahrnehmbarer Strich, wenn ich diese Traegerleistung in die Antenne einkoppelte. Mein Verdacht bestaetigte sich daher, eine relativ "taube" Empfangsanlage zu betreiben. Ein befreundeter OM sah deutlich Stationen, die ich nicht einmal erahnen konnte. Also zurück zu den Wurzeln, dachte ich und realisierte aus teils vorhandenen Modulen schnell mal einen RX. Ich nenne ihn LW-RX041, da er im Januar 2004 entstand. Soviel vorweg: Die Empfangsleistung kann sich sehen lassen!

Prinzip
Wie ich schon frueher feststellte, haben fast alle DSP-Programme, die die NF-Signale analysieren und auf dem Bildschirm sichtbar machen, eine enorm große Eigenempfindlichkeit, sprich Verstaerkung. Bruchteile von mV bis zu einigen hundert Millivolt am Eingang der Soundkarte werden umgesetzt. Meistens kann man die Dynamik und die erzielbare Helligkeit einstellen. Bei hoher Empfindlichkeit und einem nicht zu starken Kontrast sieht man dann die Rauschspannungen, die die Antenne aufnimmt.

Es stand also fest, dass ein Einfachsuper keine so große Verstaerkung im ZF-Teil braucht, um damit Betrieb zu machen. Ein dreikreisiges Bandfilter hatte ich schon gebaut. Ein ZF-Filter mit einer Bandbreite von ca. 80 Hz war ebenfalls vorhanden. Ebenso ein BFO, der von einem Quarz abgeleitet die passende Frequenz lieferte. Es fehlte noch die Entwicklung eines ZF-Verstaerkers und des Demodulators. Zunaechst musste dafuer ein CMOS-Mischer mit CD4066 herhalten. Aber bald schon stoerten mich die vielen Linien auf dem Bildschirm. Wie sich herausstellte, waren hier Oberwellen und andere Effekte des schaltenden Mischers wirksam. Ein anderes Konzept sollte deshalb versuchsweise untersucht werden. Meine Wahl fiel auf den NE612, der in Verbindung mit einem nachgeschalteten OP ein gefiltertes NF-Signal abgeben sollte. Da der Quarz nur ein Herabmischen auf ca. 800 Hz zuliess, wurde die OP-Schaltung als aktives Filter ausgeführt. Dadurch unterdrueckt man die Oberwellen von der Netzspannung(50Hz), die sonst unnoetig die Soundkarte belasten. Als DSP-Software wurde das kostenlos erhaeltliche ARGO eingesetzt. In der senkrechten Darstellung kann man beurteilen, wo die Resonanz des NF-Filters ist und ob links und rechts davon noch Stoersignale sind.



Bandfilter

Es ist mit Schalenkernen aufgebaut. Wenn man sich an die ungefaeheren Angaben fuer die Induktivitaeten haelt, kann man beliebige Schalenkerne einsetzen. Durch die hichohmige Ankopplung mit einem FET P8002 gewinnt man eine Spannungsueberhoehung von ca. +10dB. Der Ausgang dieses aktiven Bandfilters ist mit50 Ohm belastbar.



Ich muss darauf hinweisen, dass der Abgleich dieses extrem schmalen Filters nicht ohne Hilfsmittel machbar ist. Falls es jemand nachbaut, moege er sich an mich wenden. Die Eigenschaften sind allerdings als sehr gut zu bewerten. Nur mit Quarzfiltern koennte man eine bessere Durchlasscharakteristik erreichen. Leider wird aber bei allem Bemuehen auch hier nur eine Unterdrueckung von 3 dB des Senders DCF39 erzielt. Er ist einfach zu dicht am interessierenden Empfangsbereich von 137,700kHz +/- 50 Hz. Da dieser Sender mit 50kW Leistung strahlt und dabei noch FSK moduliert ist, wuerde auch ein einfacher Quarz-Saugkreis nicht viel helfen. Man muss damit leben.


1. Mischer und ZF-Filter
Hierzu wurde ein preiswerter IE500(HPF505 o.aehnl.) verwendet. Durch das Bandfilter werden die meisten Traeger von Rundfunksendern wirksam bedaempft, so dass Intermodulationen nicht zu beobachten sind. Die nachfolgende Schaltung hebt die Durchlassdaempfung von 7dB wieder auf. Es war nach dem ZF-Filter sogar ein Gewinn von ca. 3...4dB dieser Baustufe zu messen.



Der LW-RX041 lebt von den Eigenschaften des ZF-Filters. Der sog. QRSS-Bereich der aktiven Amateure auf der Langwelle ist zwischen 137,650 ... 137,750 kHz. Die meisten Signale entdeckt man um 137,700 kHz herum. Aus DDR-Bestaenden kaufte ich auf dem Flohmarkt dieses mechanische Filter: MF 203.825-0008. Es hat eine Bandbreite von 80 Hz.


Full Band View mit starker Uebersteuerung; kaum Oberwellen von 50Hz!
Die Spitzen links und rechts sind Splatter vom DCF39

Die Anpassung mache ich ueber zwei 5k-Trimmpoti. Sie sind so einzustellen, dass das Rauschen auf dem Bildschirm sich gleichmaessig nach oben und unten verteilt. Im Modus 3s bringt ARGO einen Sichtbereich von 100 Hz. Liegt das Rauschen symmetrisch in der Mitte des Bildschirms, dann sind die Anpasspotis richtig eingestellt. Das nachfolgende Bild zeigt diesen Zustand. Gleichzeitig erkennt man, wie sauber der Hintergrund von Stoersignalen ist.



Die schwach sichtbare Linie um 840 Hz erzeugte mein PC-Monitor. Die Testsignale wurden lose in die T-Antenne eingekoppelt, so dass der gesamte Stoer- und Rauschpegel der Antenne in den Empfaenger mit hineinkam. Nur unter solchen realistischen Testbedingungen kann man die Brauchbarkeit eines Rx beurteilen.

Empfindlichkeit
Sie galt es zu verbessern. Wie man sieht, erreicht das Konzept muehelos -123 dBm, was einer Grundempfindlichkeit von weniger als 0,2 uV entspricht. Im Vergleich zum E403(Siemens) bedeutete das eine Steigerung von mindestens +6 dB. Eine entscheidende Verbesserung meiner Empfangsanlage, mit der ich nun wieder die schwaechsten Aussendungen im DX-Betrieb erkennen kann. OH5UFO kam dann auch wieder sichtbar rein. Den hatte ich laengere Zeit nicht mehr wahrgenommen. Ebenso waren Signale von S57AR und RU6LA mit gutem Kontrast zu beobachten. Ich glaube, dass kein kaeuflicher RX besser sein koennte. Ich wohne hier nicht in einem stoerungsfreien Raum. Die Sender in Mainflingen und der Deutschlandfunk erzeugen an der Antenne so hohe Stoerleistungen, dass man sie fuer das Amateurband nicht mit kleinen Leistungen abstimmen kann. Ich bringe meistens 1 W auf und setze ein Milliamperemeter als Indikator ein. Ohne diese relativ hohe Leistung zeigt es Pseudosignale, auf die man reinfallen kann. Die Abstimmung liegt dann weit daneben. Dass ich aber unter diesen Bedingungen dennoch so saubere Abbildungen sehen kann, ist auf die bemerkenswerten Eigenschaften dieses einfachen Empfaegers zurueckzufuehren. Allerdings sorgt dafuer in erster linie das mechanische Filter. Hierfuer gibt es keinen brauchbaren Ersatz, wenn man an die Verwendung von LC-Filtern denkt. Es lohnt sich deshalb, sich auf den Flohmaerkten danach umzusehen.

Demodulator
Der Mischer NE612 darf max. mit 8V versorgt werden. Nimmt man +6V und ordnet dahinter einen OP mit +12V Betriebsspannung an, kann man die beiden geschickt direkt koppeln. Genau das war hier vorteilhaft, denn gleichzeitig bot sich an, den OP als aktives NF-Filter zu beschalten. Die Induktivitaet am Eingang des OPs bringt ein kleiner Transformator aus einem alten Transistorradio auf. Mit 180nF erhaelt man Resonanz bei 800 Hz. Am hochohmigen Ausgang der beiden OPs setzte ich einen NF-Transformator ein. Die niederohmige Wicklung trennt die ganze Schaltung von der Masse des PCs, wodurch Brummschleifen vermieden werden.



An Gain kann man die Gesamtverstaerkung in Grenzen regulieren. Das Modul bringt genuegend Leistung auf, um ueber den PC oder einen Kopfhoerer auch Normal-CW laut genug zu hoeren. Fuer den Betrieb an der Soundkarte ist der Line-In-Eingang zu waehlen. Im Windows-Mixer den Aufnahmeregler so einstellen, dass ARGO zu zwei Dritteln ausgesteuert ist. Dazu den AGC-Betrieb waehlen. Der am linken Rand anzeigende gruene Balken muss sich noch bewegen, dann ist der Betrieb optimal. Die uebrigen Einstellungen sind auf den Bildern zu erkennen.

Noch nicht vollstaendig
Als Oszillator habe ich einen Synthesizer von Schomandl ND1M eingesetzt. Es wird ueberlagert. Die Frequenz ist IF + RF. Wegen der krummen Werte waere ein vom PC gesteuerter RX (siehe LF1) eine bequeme Loesung, weil man das Berechnen dem PC ueberlassen koennte. Fuer den BFO fand nutzte ich einen Computerquarz mit 3,6864 MHz. Er wird so gezogen, dass nach der Teilung durch 18 sich eine genau um 800 Hz hoehere Frequenz ergibt. Beide Oszillatoren haben aber einen Einfluss auf die Stabilitaet der Frequenzeinstellung. Ueber laengere Betriebszeit wird eine Abweichung von einigen Hz festzustellen sein. Fuer den Modus 120 s Dot waere deshalb eine Anbindung an ein Frequenznormal eine unbedingte Voraussetzung. Der normale QRSS-Betrieb jedoch kann ohne Einschraenkungen beobachtet werden.

Schaltbilder
bitte unter diesem Link abrufen: lwrx041strl.zip(769kB)

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