VLF-Empfang ab 1 kHz mit einem Konverter Drucken E-Mail
Freitag, den 02. Dezember 2011 um 10:34 Uhr

Längstwellen-Empfangsversuche mit einem VLF-Konverter ab 1 kHz und einer abgeschirmten Ferritantenne

Der unter Längstwellen-Konverter (9 - 500 kHz) mit einem SO42P beschriebene Längstwellen-Konverter mit einem SO42P als Mischer-IC wurde etwas weiterentwickelt. Eine abgeschirmte Ferrit-Antenne kann nun angeschlossen werden und der Ausgang des Konverters hat ein Quarzfilter zur Unterdrückung der Trägerwelle erhalten. Das Projekt möge zur Anregung dienen und befindet sich noch im Experimentierstadium.

Das Problem: Will man unter 9 kHz mit dem Konverter, der auf dem Mischer SO42P basiert, zum Beispiel Sferics oder Whistler empfangen, muss der Träger effektiv unterdrückt werden, da sonst dieser bis etwa 8 kHz den Empfang durch Pfeitöne stören kann.

Außerdem nehmen Drahtantennen einen zu hohen Störpegel auf. Bessere Alternativen sind Rahmenantennen oder Ferritantennen. Obwohl Rahmenantennen die beste Alternative darzustellen scheinen, entschied ich mich aus Platzgründen für eine mit Aluminiumfolie abgeschirmte Ferritantenne.

Die Schaltung: Die ursprüngliche Konverterschaltung wurde so abgewandelt, dass der Quarz mit dem Trimmkondensator CT genau auf 10 MHz gezogen werden kann. Allerdings gelingt mit dem Trimmpotenziometer immer noch nicht eine wirkungsvolle Trägerunterdrückung. Dazu sollte der 180pF-Kondensator auf 100pF verkleinert werden. Das Tiefpassfilter am Eingang kann symmetrisch am Pin 7 und 8 des SO42P angeschlossen werden. C2 entfällt dann. In der Zeitschrift Funkamateur 12/2011 befindet sich eine Variante mit noch besserer Trägerunterdrückung, die sich ebenfalls auf exakt 10 MHz abgleichen lässt.


Diese Variante lässt sich exakt auf 10 MHz abgleichen. Die Trägerunterdrückung ist noch nicht optimal.

Der auf wenige Hz genaue Abgleich auf 10 MHz mit Hilfe der Soundkarte und einem 10-MHz-Zeitzeichensender ist unter Längstwellen-Konverter (9 - 500 kHz) mit einem SO42P beschrieben.

Quarz-Notchfilter (Kerbfilter): Mit einem nachgeschalteten Quarz-Notchfilter lässt sich dann der Träger um etwa 20 dB weiter absenken.


Nachgeschaltetes Quarznotchfilter (Kerbfilter) bestehend aus aus 10MHz-Quarz, einer 10uH-Festinduktivität und einem 30pF-Trimmer. Mit dem Trimmer kann exakt auf 10 MHz abgeglichen werden. Danach kommt ein Impedanz-Wandler mit hochohmigen Eingang und etwa 50 Ohm Ausgangsimpedanz. Mit diesem Filter kann jeder auf 10 MHz arbeitende Konverter nachgerüstet werden. Für den bipolaren Transistor nahm ich einen 2N914 aus der Elektronikschrottkiste. Es geht fast jeder Kleinleistungstransistor, z.B. der BC550. Mit Tx im Schaltbild ist natürlich Rx, also der Empfängereingang, gemeint.

Der Trimmerkondensator ist so anzuordnen, dass sein Schleifer mit Masse verbunden ist. Für den Abgleich ist ein langes Abgleichwerkzeug aus Isoliermaterial notwendig. Dazu nahm ich einen 10 cm langen Streifen Bastlerglas, das am einen Ende zu einer Klinge gefeilt wurde. Das Kerbfilter ist sehr schmalbandig. Auch wenn es aus der Frequenz wandern sollte, unterdrückt es immer noch oberhalb von 1 kHz den Träger sehr wirkungsvoll. Pfeifgeräusche sind oberhalb von 1 kHz nicht mehr zu hören.


Aufbau des Längstwellen-Konverters auf einer Lochrasterplatte einschließlich des Quarzfilters.

Anschluss einer Ferritantenne: Eine im Freien aufgehängte Drahtantenne liefert auf VLF einen sehr hohen Störpgegel. Im Innenbereich ist sie vollkommen unbrauchbar. Versuche mitten im Wald abseits von Störquellen stehen noch aus. Deshalb entschloss ich mich für eine abgestimmte Ferritantenne, welche über einen Sourcefolger hochohmig angeschlossen wird, damit dieser aus der Ferritantenne und dem Drehkondensator bestehende Parallel-Schwingkreis nicht bedämpft wird.


Aktive, abgestimmte Ferritantenne der einfachsten Art mit einem FET als Sourcefolger.

Besser wäre es mit zwei FETs als Sourcefolger den Schwingkreis symmetrisch mit den Pins 7 und 8 des SO42P zu verbinden. Als Drehkondensator nimmt man einen Doppeldrehkondensator mit gleichen Plattengrößen. Die Rotoren des Drehkondensators werden dann mit Masse verbunden.

Abschirmung der Ferritantenne: Bei meinen ersten Versuchen ohne Abschirmung der Ferritantenne fing die gesamte Schaltung an auf der Empfangsfrequenz zu schwingen.


Erster Versuchsaufbau. Ohne Abschirmung der Ferritantenne besteht Schwingneigung.

Nachdem der Ferritstab mit Alufolie abgeschirmt wurde, war das Schwingproblem gelöst. Die Alufolie sollte auf kürzestem Wege mit dem Gehäuse des Drehkondensators verbunden werden.


Mit einer Abschirmung aus Aluminium-Haushaltsfolie schwingt die Schaltung nicht mehr.

Abschirmung mit einem mit Aluminium beklebten PVC-Rohr: Der nächste Schritt war nun, den Ferritstab in ein PVC-Installationsrohr unterzubringen, das von außen mit Aluminiumfolie beklebt wird. Dabei ist in Längsrichtung ein Schlitz zu belassen, damit die Abschirmung keine elektrische Kurzschlusswindung darstellt. Ein Kabel für die Masseverbindung wurde an die Folie gelötet, welche mit breitem Klarsicht-Paket-Klebeband befestigt wurde. PVC ist zwar bekannt für seine schlechten HF-Eigenschaften, aber selbst auf Mittelwelle ist diese Eigenschaft noch unerheblich.


Die abgeschirmte Ferritantenne.


Versuchsaufbau mit der im Rohr abgeschirmten Ferritantenne. Da es sich um keine Dauerlösung handelt, wurden die Platine, die Antenne und der Drehkondensator mit ein paar Tropfen Heißkleber auf die Sperrholzplatte befestigt. Diese Klebe-Verbindungen sind lösbar.

Durch die Abschirmung gibt es nun keine Probleme mit der unerwünschten Schwingneigung. Allerdings zeigt die Antenne keine scharfe Resonanzstelle mehr. Offenbar wird sie durch Wirbelstromeffekte in de Alufolie bedämpft. Bei der nächsten Versionen würde ich einen größeren Durchmesser des Rohrs wählen. Erfreulich ist, dass der Empfang nicht mehr durch eine in der Nähe befindlichen Energiesparlampe gestört werden kann.

Empfangsergebnisse: Die Abschirmung aus Aluminium lässt natürlich noch die magnetische Komponente der Funkwellen hindurch, während die elektrischen Felder aus den Nahfeld, welche von Störquellen stammen, weitgehend abgeschirmt werden. Trotzdem sollte man alle unnötigen Verbraucher in der Wohnung abschalten, um den Störpegel auf ein Minimum zu senken.

Im Zimmer konnte ich damit den Zeitzeichensender DCF77 aus dem über 1000 km entfernten Mainflingen bei Frankfurt/Main empfangen und mit SoDiRa dekodieren. Die Zeitzeichensender aus der Schweiz (75 kHz) und aus Großbritannien (60kHz) waren ebenfalls zu empfangen. Viele Langwellenrundfunksender konnten in fast derselben Qualität empfangen werden, welche meine 30 m lange Drahtantenne zum nächsten Baum lieferte.

Unter 9 kHz waren nur Störgeräusche aufzunehmen. Ein Ausflug weit abseits von Störquellen der Zivilisation steht noch aus.

Automatischer Umschalter für den Konverter: Wenn der Konverter an einer Drahtantenne betrieben wird, kann er mit einer einfachen Relaisschaltung in der Antennenzuleitung belassen werden, falls man in abschaltet.


Einfacher Umschalter für den Konverter mit einem Relais 2 x Um. Wenn der Anker des Relais angezogen ist, stehen die Kontakte in der Stellung "Ein". Für den Sendebetrieb wurde die Schaltung noch nicht getestet. Dann sollten die Ein- und Ausgänge auf jeden Fall mit antiparallel geschalteten Schutzdioden abgesichert werden.

Zuletzt aktualisiert am Montag, den 16. März 2015 um 11:49 Uhr
 

3. Februar 2017

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