Großsignalfester Preselektor mit IP3 >+40 dBm für 160–80–40–30–20m

 Ing. Kurt HOFFELNER – OE3HKL; Ing. Andreas HOFFELNER, MSc

 Manuskript zum Artikel im Funkamateur 2010-Heft 02, 03

 

 

Fertiger Preselektor im Gehäuse

 

Bei kaum einem anderen Gerät für den Amateurfunk gehen die Meinungen soweit auseinander wie beim Preselektor. Für die eine Gruppe ist er nahezu ein Mythos, ein unbedingtes Muss, für die andere bringt er nichts, ist umständlich zu bedienen und verringert stark die Empfindlichkeit. Die Autoren haben mit verschiedenen Preselektoren und Empfängern, an einer außergewöhnlichen Antenne (2 x 120 m V - Beam) und mit hochwertiger Messtechnik versucht, diese Widersprüche aufzuklären. Dies nicht zuletzt um den Eigenbau von Geräten zu beleben.

 

 

 Bild 1:  Standort OE3HKL mit 2 x 120 m V - Beam (Spreizwinkel 60 Grad) 

 

Als Liebhaber von langen Drähten, schon als Junge in der Detektor - Zeit (je länger, desto lauter…HI), habe ich später dann auch als Funkamateur (OE3HKL, seit 1962) meine QTH's nicht zuletzt auch nach den möglichen Spannweiten für Antennen ausgesucht. Vor über 33 Jahren hatte ich eine 80 m lange Zepp - Antenne in 40 m Höhe über dem Flusse Ybbs gespannt. Damals habe ich meinem Homemade RX (mit Plessey - IC's) einen 3 - Kreis - Preselektor, mit 15 mm Neosid Spulenbausätzen (F40) vorgeschaltet, der es bei einer Bandbreite von 100 kHz im 40 m Band auf einen IP3 von +22 dBm brachte. Dieser RX mit seinem IP3 von -10 dBm (Markengeräte hatten damals oft auch nicht mehr, wer konnte sich  schon einen Drake leisten), konnte an dieser Antenne praktisch nur mit diesem Preselektor zufriedenstellend arbeiten.

 

Bild 2: Maximaler Antennenpegel des V - Beam an 50 Ohm von 2009 02 01 (08:00 bis 22:00 Uhr)

 

Preselektor und Rundfunkstationen

Desgleichen hat dieser Preselektor im jetzigen QTH, dem IC751A und dem FT-1000 am  2 x 120 m langen V - Beam (Spreizwinkel 60 Grad) bei großen Feldstärken, eine merkliche Verbesserung gebracht, da die Rundfunkstationen Signale bis nahezu 0 dBm (0,22 V !!! ) an der Antennenbuchse abgeben (Bild 1, Bild 2). Bei unserem neuen Homemade - RX mit H - Mode Schaltmixer (IP3 > 45 dBm) hat dieser alte Preselektor hörbar die Großsignalfestigkeit verschlechtert. So hat es uns  brennend interessiert, ob beim neuen RX ein großsignalfester Preselektor noch eine Verbesserung bringt.

Beim FT-1000, den wir mit einem Roofingfilter, gleich nach dem ersten Mixer, für benachbarte Signale (Close - In) wesentlich verbessert haben[1], konnten die Störungen durch Rundfunksender nun mit dem neuen Preselektor fast zur Gänze weggebracht werden. Der IP2 auf 20m (7,1 MHz + 7,2 MHz = 14,3 MHz) wurde beim FT-1000 von +65 dBm auf +95 dBm um 30 dB erhöht und der IP3 für Rundfunksender (2 x 11,95 MHz – 9,7 MHz = 14,2 MHz) gar von 28 dBm auf gute 50 dBm. Desgleichen konnten für den IC751A ähnliche Werte erreicht werden. Da bei unserem  Homemade - RX die Bandbreite des Vorkreises z.B. auf 40m 1,9 MHz beträgt und somit bei großen Feldstärken viele Stationen mit Pegeln von nahezu 0 dBm am Mixer anstehen, bringt der Preselektor hier mit seiner 120 kHz Bandbreite eine wichtige Entlastung des Mischers und vor allem des nachfolgenden Roofingfilters, welches bei zu hohem breitbandigem Pegel auch schon leichten Schaden genommen hat. So kann man nun praktisch immer ohne Abschwächer an dem großen  V - Beam arbeiten!

Es ist auch ratsam, z.B. bei einem Fieldday, Funkamateurtreffen und Mehrmann-Contestaktivitäten, wo viele Stationen im näheren Umkreis ebenfalls senden, einen derart großsignalfesten Preselektor zu verwenden! Dies einerseits um Intermodulation, Splattern etc. im RX zu unterdrücken, aber auch zum Schutz der eigenen Station.

 

Bild 3: Station OE3HKL mit Homemade - RX im Regal unterhalb FT1000, rechts daneben der Preselektor

 

Preselektor und QRN - Störungen

Wie schon immer vermutet, werden starke QRN - Störungen in Empfängern, mit relativ hohem Oszillatorrauschen, durch das reziproke Mischen noch zusätzlich erhöht. Weiters mischt sich das starke breitbandige QRN, in Abhängigkeit von IP2, IP3 und IP`s höherer Ordnung, noch mit starken Rundfunkstationen, was zusätzlich das QRN im Empfangskanal erhöht. Auf 40 m konnten wir beim Einschalten des neuen Preselektors vor gekauften Geräten einen Rückgang des QRN von bis zu eineinhalb S - Stufen registrieren. Bei 3dB Durchgangsdämpfung ergibt das eine effektive Verbesserung von einer S - Stufe. Dass die Stärke des QRN auch mit dem Oszillatorrauschen zusammenhängt, haben wir beim neuen Homemade - RX bestätigt gesehen, denn dieser weist von Haus aus geringere QRN – Störungen auf.

Der RX ist mit einem VXO nach dem Uralt - Konzept mit VFO (5,0 MHz - 5,5 MHz), welcher für jedes Band mit einem Quarz gemischt wird, aufgebaut. Der Oszillator zeigt ein Seitenbandrauschen bei 10 kHz Abstand von – 156dBc/Hz und bei 2 kHz Abstand von – 141dBc/Hz. Auf 40 m hat er mit dem SSB - Roofingfilter vom MDS (-132 dBm) weg gemessen einen IMFDR (Intermodulationsfreier Dynamikbereich) von 120 dB. Dies entspricht einem IP3 von +48 dBm (20 kHz Spacing, CW 500 Hz, AGC OFF). Mit dem CW - Roofingfilter ergeben sich so, gemessen bei 2 kHz Spacing, ein IMFDR von 115 dB und ein IP3 von ca. + 40 dBm.

Seit 4 Jahren bauen wir nun an diesem großsignalfesten RX („Experimentierkiste“, Bild 3), der aus vielen kleinen „Schachterl“ mit 50 - Ohm - IN - OUT aufgebaut ist, die laufend verbessert werden: Ein Ende - Nie - Projekt !

 

Bild 4:  Das „Holzschifferl“ zum Ringkernwickeln habe ich mir vom Webrahmen meiner XYL abgeschaut; besonders praktisch bei dem 4 m langen Draht für die 160 m Spulen

 

Theorie und Entwicklung

Nach sehr vielen Versuchen mit T200, T200A und T300 (Æ78mm) Eisenpulver-Ringkernen (Ringkerne zu bewickeln ist für mich nicht mehr lustig…HI…siehe Bild 4), hat sich die nachstehende Lösung als Kompromiss zwischen Bandbreite, Reflexionsdämpfung, Durchgangsdämpfung, IP3, IP2, Weitabselektion, Lieferbarkeit, Gehäusegröße und nicht zuletzt der Kosten herausgestellt.

Auch die attraktive Möglichkeit eines Nachbaus durch interessierte Funkfreunde sowie einer Publikation wurde im Auge behalten. Das Ergebnis ist ein zweikreisiges, kapazitiv gekoppeltes, abstimmbares Bandfilter mit 50 Ohm IN - OUT.

Da bei Resonanzwiderständen im 100 kOhm Bereich, eine Umschaltung der Schwingkreise nur bei der 50 Ohm Anzapfung in Frage kommt, ist für 160+ 80+ 40m ein 6 - fach - Drehko notwendig. Leider stand uns nur ein Drehko mit einer Kapazitätsänderung von 13pF zur Verfügung und so mussten die Windungszahlen für die notwendige hohe prozentuelle Frequenzvariation bei 160 m und 80 m doch recht hoch ausfallen (z.B. 160m: 89 Wdg.). Dies hat leider den möglichen IP3 der T200 - Kerne etwas herabgesetzt. Trotzdem konnte der angestrebte Wert von +40 dBm in etwa erreicht werden. Es ist also noch Verbesserungspotential mit größeren Drehkos vorhanden. Für 40 m ist der Drehko in Ordnung. Für das 20m und 30m Band ergibt eine Drehkoabstimmung praktisch keinen Sinn, da bei gleicher Güte Q, mit steigender Frequenz, auch die Bandbreite steigt (B = fr / Q). Außerdem wird ein 10 - fach - Drehko auch nicht so leicht aufzutreiben sein…HI…

Das Quadrat des Verhältnisses der Gesamtwindungszahl zur Windungszahl der Anzapfung bestimmt die Auftransformation der 50 Ohm auf den heißen Anschluss des Schwingkreises und somit vorwiegend die Güte, da die Eigenresonanzwiderstände der Kreise viel höher liegen (z.B. bei 160 m: (89 : 3)2 mal 50 Ohm ergeben ca. 44 kOhm).

 

Bild 5 Durchlasskurve 40 m

 

Bild 7: Reflexionsdämpfung 40 m

 

Bei 40 m ist die Induktivität der einen Koppelwindung beim T200-6 etwas zu klein, deshalb ergibt sich hier die höchste Durchgangsdämpfung von 3 dB. Der T200-6 hat jedoch bessere IM -Eigenschaften und außerdem sind 3 dB auf 40 m noch ein guter Wert (Bild 5). Die eingebauten Preselektoren in gekauften Geräten haben meist an die 6 dB.

Für 30 m standen leider im Augenblick keine T200-6 Kerne zur Verfügung.

 

Bild 6:       Stellung 0 mit eingeschliffenem 40 MHz Tiefpass

 

Je höher die Durchgangsdämpfung, umso mehr entsteht der subjektive Eindruck, dass der Preselektor viel bringt. Deshalb wurde die Schaltstellung 0 vorgesehen, um den Preselektor zu überbrücken und nun so auch wirklich den Unterschied feststellen zu können. In dieser Stellung besitzt der Preselektor inklusive des eingeschliffenen 40 MHz – Tiefpasses(dient zur Unterdrückung von Amateursendern auf 2m und 70 cm, UKW Rundfunk, TV- und Handy – Sendern), einen IP3 von nahezu  +60 dBm. Nicht zuletzt wird durch das Gerät der ZF - Durchschlag und die Spiegelfrequenzunterdrückung der nachgeschalteten  RX erheblich verbessert! (Bild 6)

Durch die hohe Qualität und der geringen Durchgangsdämpfung von <0,4dB in der Stellung 0 kann der Preselektor bei unserem RX immer vorgeschaltet bleiben. Am Ausgang kann dann z.B. auch auf den FT1000 umgeschaltet werden, da dieser für solche Zwecke einen zusätzlichen Antenneneingang besitzt.

 

Übersicht über die wichtigsten Messungen Preselektor:  

Beschreibung des Meßaufbaus:

Für die Messungen standen die Spektrum - Analysatoren SNA - 1 und SNA - 62 (Wandel & Goltermann) sowie 2 Stk. Messsender SMDU (R&S) zur Verfügung. Der selbstgebaute IP2 / IP3 Messplatz ist aus rauscharmen FET - Quarzoszillatoren (2 x 2N4856) sowie VN89AF - Verstärkern nach [2] mit POUT = +33dBm aufgebaut. Mit dem von mir verbesserten Combiner nach [3] und entsprechender Entkopplung der Verstärker, ist vom MDS weg der Eigen - IMFDR mit bis zu > 126 dB (40m + 20m) zum Teil Voraussetzung für die angeführten Messungen. Bei 160m und 80m beträgt der Eigen - IMFDR des Messaufbaus nur mehr ca. 110 dB und so konnte hier der IP3 nur mehr mit höheren Pegeln gemessen werden (siehe Tabelle 2). Wichtig: zwischen Combiner und Messobjekt sollten bei Messungen vom MDS weg möglichst noch 15 dB ATT sein, um die Brücke des Combiners durch das Messobjekt nicht zu verstimmen: z.B. hat das Eingangsfilter des RX nicht immer 50 Ohm und ist nicht immer reell (induktiv oder kapazitiv). Messaufbau und genauere Beschreibung siehe [4].

 

 

 Bild 8: IP3 - Messung 40 m (7050 kHz und 7055 kHz): IP3 = (IMFDR / 2) + Pin = (74,8 / 2) + 5,4 = + 42,8 dBm

 

 

 

 

 

Schaltplan und Stückliste der Filter sowie deren Umschaltung: Handskizze Bild 9, Tabelle 3 und 4

 Bild 9:       Schaltplan der Filter und deren Umschaltung (Handskizze)

 

Tabelle 3: Stückliste Eingangsfilter

L0 = 0,32 µH: 7Wdg / 0, 8mm versilberter Cu - Draht Innendurchmesser d = 10 mm

DR1=100 µH / 0,5A: Stabkerndrossel

DR2=10µH: Doppellochkern oder Ringkern bewickelt mit 0,3 mm Cu - Lackdraht

CK = 10nF / 1 kV Keramik – Scheibenkondensator

CD1 = (2 - 10) nF DUKO

CD2 = 100 pF DUKO

10nF, 100nF: Keramikkondensatoren 500V

1k, 10k: Metallschichtwiderstände 0,5 W

Schirmgehäuse (54 x 50 x 26) mm (3 Kammern)

 

Tabelle 4 : Stückliste Schwingkreise (160 – 20) m

160m   LA = 92 µH: 89 Wdg. / 0,45 Cu - Lack; Anzapfung bei 3 Wdg. T 200-2

80m     LB = 41 µH: 58 Wdg. / 0,45 Cu - Lack; Anzapfung bei 2 Wdg. T 200-2

40m     LC = 4,7 µH: 21 Wdg. / 0,85 Cu - Lack; Anzapfung bei 1 Wdg. T 200-6

30m     LD = 2,6 µH: 14 Wdg. / 0,85 Cu - Lack; Anzapfung bei 1 Wdg. T 200-2

20m     LE = 2,0 µH: 13 Wdg. / 0,85 Cu - Lack; Anzapfung bei 1 Wdg. T 200-6

 

Alle Induktivitäten gemessen mit LRT BN6100 von R&S. Jedoch auf Grund der hohen Wickelkapazitäten können bei anderen Messgeräten (eventuell andere Messfrequenzen und Ströme) sehr unterschiedliche Werte herauskommen è Wickeldaten einhalten. Es ist vor allem wichtig, dass die Induktivitäten eines Filters gleich groß sind!

 

160m   C1A = 22 pF: Polystyrol - Kondensator 160 V

80m     C1B = 15 pF: Polystyrol - Kondensator 160 V

40m     C1C = 68 pF: Polystyrol - Kondensator 160 V

30m     C1D = (68 + 15) pF: Polystyrol - Kondensatoren 160 V

20m     C1E = 47 pF: Polystyrol - Kondensator 160 V

 

C2D, C2E, CK: (1 – 9) pF Keramik – Rohr – Trimmkondensatoren

 

Vorerst eingebaute Folientrimmkondensatoren haben bei 20m eine um 1,8 dB höhere Durchgangsdämpfung ergeben!

 

C2A, C2B, C2C: ΔC=14pF Lufttrimmer beim Drehkondensator

C3A, C3B, C3C: ΔC=13pF 6 - fach - Drehkondensator

 

Die gemeinsame Restkapazität von z.B. C2A (Trimmer) und C3A (Drehko) beträgt 21 pF.

 

 

Beschreibung und Aufbau der Filter

a) Eingangsfilter: Besteht aus einem 40 MHz Tiefpass am Antenneneingang, der Relais - Kontaktfrittung sowie der Filterung der Versorgungsspannung (Bild 12). Stückliste siehe Tabelle 3. Der 100 kOhm Widerstand auf Masse schützt gegen elektrostatische Aufladungen der Antenne.

Über die 1kOhm und 10kOhm Widerstände wird je ein kleiner Gleichstrom bei den IN - und OUT -Relais zur Reinigung der Kontakte zugeführt, damit diese auch kleinste Antennenspannungen sicher schalten können (Kontaktfrittung).

 

Bild 12: Eingangsfilter und Bandumschaltung mit Drehkondensator

 

Bild 13: Filter eingebaut, von der Schwingkreisseite aus gesehen, mit Rohrtrimmer und Polystyrolkondensatoren (möglichst kurz an Teflondurchführungen angelötet); die leicht gelb erscheinenden Anschlüsse der Kond. sind auf Masse zu löten

 

b) Schwingkreise: 160m - 20m (Bild 13) Stückliste siehe Tabelle 4.

Die Gehäuse für die T-200 Ringkernspulen werden aus Leiterplattenmaterial zusammengelötet: 2 Seiten und eine Mittelwand (60 x 60)mm (einseitig Cu - Epoxide Leiterplatte, d = 1,5 mm). Die Cu-Schicht ist bei den Seitenwänden außen. Die Mittelwand wird nach dem Einbau der 1. Spule und der Styroporbeilagen, je Seite mit 3 Lötpunkten verlötet (leichten Druck auf die Mittelwand, damit Ringkern in das Styropor etwas eingepresst wird; desgleichen beim Einlöten der zweiten Seitenwand).

Die 2 Längswände(55x60mm), ein Deckel(55x64mm)und eine Bodenplatte(55x80mm) sind je aus 1,5mm beidseitiger Cu - Epoxide Leiterplatte gefertigt. Als Isolation und Halterung  wurde Styropor verwendet, da dieses nahezu nur aus Luft besteht und somit dielektrisch wenig Einfluss hat.

 

 

Bild 14: Ringkernspule im offenen Gehäuse mit Styroporisolation; der Masseanschluss der Spulen ist jeweils in der Mitte der Zwischenwand anzulöten; die Spulenenden sind mit Bindfaden zu fixieren

 

Ursprünglich waren eine Gehäusebreite von 55mm und eine Styropordicke von 5mm vorgesehen. Diese wurden jedoch bei uns aus Platzgründen etwas reduziert, denn wir haben zusätzlich noch ein Filter für das 30m Band eingebaut. Wenn möglich, sollte jedoch das größere Gehäuse(55mm breit) und das 5mm Styropor vorgesehen werden, weil dies die Spuleneigenschaften weniger beeinflusst.

Bei den Teflondurchführungen sollten die Drähte innen um den Kontaktstift gewickelt, mit einer Zange gequetscht und erst dann verlötet werden, damit diese sich nicht beim Anlöten der Außenverdrahtung, Trimmer, Kondensatoren etc. lösen können.

Bei den Längswänden(55x60mm) wurde neben den Teflondurchführungen mit 1,5mm Cu - Draht (blank) eine Durchkontaktierung der beiden Cu-Schichten durchgeführt. Dies ist sehr wichtig, denn durch diese erhalten die Masseanschlüsse der Spulen ihre Verbindung zur Gehäusemasse(Bild 14)!

 

 

c) Relaisansteuerung:

 

Schaltplan, Stückliste und Detailansicht der Relais Ansteuerung: Schaltplan-Handskizze in Bild 10, Tabelle 5, Bild 11, Bild 11a

 

  Bild 10: Relais Ansteuerung (Handskizze)

 

 

Tabelle 5: Stückliste Relais Ansteuerung

Relais R10 bis RX2: TN2-5V (alle Kontakte des 2 x Umschaltkontaktes wurden parallel geschaltet)

Widerstände und Kondensatoren: SMD 0805

DUKO(CD1): 2 nF (besser 10 nF)

D: Freilaufdioden LL4148

Printplatte: Lochrasterplatine mit aufgeklebter Massefolie

Schirm - Gehäuse: (106 x 50 x 26)mm

 

Bild 11: Bandumschaltung und RX - Umschaltung (Detailansicht) mit den beiden senkrecht eingelöteten einseitig kaschierten Printplättchen zwischen den Relais, um die Massefläche für die Entkoppelkondensatoren zu vergrößern 

 

Bild 11a:  Lochraster-Printplatte, mit aufgeklebter Cu-Massefolie, für die Band – und RX-Umschaltung(von unten gesehen).

 

Wie aus Bild 10 ersichtlich, sind die Spulen der Ein- und Ausgangsrelais nur über RC-Glieder voneinander entkoppelt.  Da glauben viele, mit LC-Gliedern wäre das besser. Großer Irrtum: Die Eigenresonanzen der Spulen könnten stören und diese LC-Glieder sind durch die Relaisspulen nicht wellenwiderstandsgerecht abgeschlossen. Beides kann eine starke Verminderung der Sperrdämpfung bewirken.

Wenn man in einem 12-V-Gerät 12-V-Relais verwendet, geht es keinesfalls ohne Induktivitäten. Daher sind in unserem Falle besser 5-V-Relais zu bevorzugen. Zudem haben 12-V-Relais gegenüber 5-V-Typen mehr Windungen und somit viel dünneren Draht, bei gleicher Bauform. Sie weisen somit größere Induktivität und Wickelkapazität auf und sind auch durch den dünneren Draht störanfälliger. Die Gefahr von Eigenresonanzen sowie Resonanzen im Zusammenwirken mit den LC-Gliedern ist größer.

Man nehme 5-V-Relais, teile den notwendigen Vorwiderstand für die +15V auf 150 Ohm und 180 Ohm auf und kann so mit billigsten SMD-Bauelementen, wie man aus Bild 15 ersieht, ein sehr hochwertiges und kleines Filter realisieren. Selbstredend zieht diese Lösung einen höheren Stromverbrauch nach sich. Hier ist der Schaltstrom für die Ein- und Ausgangsrelais K1x und K2x in Summe, kleiner als 60 mA.

Einziger Schwachpunkt ist die Kontaktfrittung, wo ja die 50 Ohm Ein – und Ausgänge gemäß Bild-9  und Bild 16,   über die LC-Entkopplungstiefpässe galvanisch miteinander verbunden sind.

 

Bild 15: Weitabselektion des gesamten Preselektors mit abgeschalteter Versorgungsspannung; alle Bandfilter Ein- und –Ausgänge liegen über die Relais-Ruhekontakte auf Masse. Bei 44 MHz ist die Dämpfung mit 66dB am kleinsten und ab da steigt sie wieder durch den 40 MHz-Tiefpass an

 

Bild 16: Eingangsfilter mit Filterung der +15V Versorgungsspannung; über 1k Widerstand und Durchführungskondensator erfolgt die Einspeisung des Stromes zur Kontaktfrittung in das zugelötete 40 MHz - Tiefpassgehäuse

 

d) Tiefpässe: TPA (160m), TPB (80m), TPC (40m): (sieheim Schaltplan der Filter, Bild 9). Auf Grund der hohen Windungszahlen und der damit verbundenen großen Wickelkapazität kommt es oberhalb der Empfangsfrequenz zu Resonanzen, bei denen die Sperrdämpfung des Preselektors empfindlich verringert werden kann. Diese haben jedoch einen so großen Frequenzabstand zur Nutzfrequenz, dass bei diesen Frequenzen auch die Vorkreise eines RX eine genügend große Dämpfung und Qualität besitzen. Sollten dennoch Probleme auftreten, können die eingezeichneten Tiefpässe Abhilfe bringen. Die Grenzfrequenzen sind so zu wählen, dass die Durchgangsdämpfung maximal 0,4 dB beträgt. Es sind Kerne T50-6 (160m) und T50-10 (80m + 40m) zu verwenden. Der Aufbau erfolgt mit DUKOS ähnlich dem Eingangsfilter. Auf Grund der Länge des Artikels wurden diese Filter nicht mehr im Detail beschrieben(Siehe Download Ergänzungen).

 

Bild 17: Zusätzliche Tiefpässe TPA, TPB und TPC im Schirm-Gehäuse mit getrennten Kammern. Als Halterung für die Ringkerne wurde Styropor verwendet

 

Bei uns wurden diese Tiefpässe auf Grund der hohen Qualität der RX – Vorkreise, obwohl vorhanden,  nicht mehr eingebaut.

 

Signalverkabelung

Die Signalverkabelung (Bild 12) wurde durchwegs mit dünnem 50 Ohm Teflon - Koaxialkabel durchgeführt. Wichtig ist, dass beim Schirm keine „Ringel Schwänze“ (engl.: pig tails) gebildet werden (10 - 20 mm Schirm zusammengedreht und dann angelötet). „Ringel Schwänze“ erhöhen die Kopplungsimpedanz und verschlechtern somit stark die Schirmwirkung: Das Kabel strahlt und nimmt Störungen auf!

Das Kabel soll vielmehr ca. 7 mm abgemantelt, der Schirm bis über den Mantel zurückgeschoben und verdreht werden. Nach einer Verzinnung des um den Kabelmantel herumgewickelten Schirms wird dieser, nachdem der Innenleiter an einer der Teflondurchführungen der Bandumschaltung angelötet wurde, auf das Schirmgehäuse aufgelegt und mit diesem verlötet. Das andere Ende wird bei den geschirmten Schwingkreisen auf der 50 Ohm Seite von unten durch ein Loch in der vorstehenden Bodenplatte des Filtergehäuses heraufgeführt. Der Schirm muss auf beiden Seiten des Print - Materials mit der Cu - Schicht verlötet werden, denn die Schrauben alleine sind keine sichere Durchkontaktierung. Nur so erreicht man auf Dauer die aufgezeigten Dämpfungswerte.

 

Abgleich der Schwingkreise (Siehe auch Download Ergänzungen)

Die Schwingkreise sind mit Ck auf leicht überkritische Kopplung (k x Q > 1) einzustellen.

Bei zu großer  Kopplung nimmt bei fr in der Mitte die Reflexionsdämpfung rasch ab (Bild 7). Bei unterkritischer Kopplung (k x Q < 1) wird die - 3dB Bandbreite kleiner. Diese Bandbreitenreduktion wirkt sich durch die abnehmende Flankensteilheit gegenüber der überkritischen Kopplung, bei der -20 dB Bandbreite, im Verhältnis nicht so stark aus. Abgesehen davon, dass man bei kleiner Bandbreite auch bei kleinen Frequenzänderungen laufend nachstimmen muss (umständliche Bedienung, siehe Vorspann), verschlechtert sich der IP3 und die Durchgangsdämpfung wird höher.

Zu Beginn der Abgleicharbeiten ist es zweckmäßig, den Drehkondensator C3 und den Koppeltrimmer Ck herauszudrehen. Sind dann beide Schwingkreise bei der oberen Empfangsfrequenz mit den Paralleltrimmern C2 auf Resonanz abgestimmt, beginnt man mit  dem Ck die gewünschte Bandbreite einzustellen. Die Symmetrie der Durchgangskurve sowie die Reflexionsdämpfung sind danach zu kontrollieren und gegebenenfalls mit CK und C2 zu korrigieren.

Gleichlaufprobleme gibt es auf Grund der von uns gewählten kleinen f - Variation nicht, sofern die Spulen möglichst auf gleiche Induktivität vorabgeglichen wurden. Ein Netzwerkanalysator ist hier natürlich sehr hilfreich. Wenn solch ein Gerät nicht vorhanden ist, kann mit dem RX am Ausgang des Preselektors als Messempfänger (Regelung „Fast“) und starke Rundfunksender von der Antenne als Messsender am Eingang, ein Grobabgleich durchgeführt werden.

Wird der Preselektor nur an einem bestimmten RX verwendet ist es zweckmäßig, beim Feinabgleich der Reflexionsdämpfung anstatt des 50 Ohm Abschlusswiderstandes am Ausgang des Preselektors, gleich den RX im Betrieb anzuschließen (VORSICHT: Pegel darf für RX nicht zu groß sein!!!)

 

Anmerkungen zum Betrieb bei höheren benachbarten Leistungen:

Bei höheren benachbarten Leistungen – wie im harten Fieldday – oder Mehrmann-Contestbetrieb – sollten wegen der großen Spannungstransformation in den Bandfilterspulen La bis Le, für die Styroflexkondensatoren C1a bis C1e 500V-Typen verwendet werden. Wenn nicht erhältlich, kann man als Ersatz drei gleiche 160V-Kondensatoren, mit dem dreifachen Kapazitätswert, in Serie schalten. – Keinesfalls kleine, dünne Keramik-Plättchenkond verwenden, da diese Intermodulation verursachen!!!

Als Vorsichtsmaßnahme können die Kondensatoren auch bei den zusätzlichen Tiefpässen TBA bis TBC, mit erhöhter Spannungsfestigkeit  ausgeführt werden.

Der IP3 der zusätzlichen Tiefpässe ist jedenfalls höher, als der von den resonanten Bandfiltern.

 

Bild 18: Durchlasskurve Preselektor mit TPC von 0,1MHz bis 1000MHz

 

Wie aus Bild 18 ersichtlich, sind beim Betrieb des Preselektors auf 40m mit dem zusätzlichen Tiefpaß TPC  ca. folgende Dämpfungswerte, gegenüber Sendesignalen auf den anderen Bändern, am Eingang des nachgeschalteten RX zu erwarten:

160 m: ca. 70 dB

  80 m:   > 60 dB

  20 m: ca. 60 dB

  15 m:   > 75 dB

  10 m: ca. 80 dB

    2 m:   > 80 dB

 70 cm:  > 80 dB

Es werden also die Stör-Spannungen am RX-Eingang, hervorgerufen durch Sender auf den angegebenen Bändern, durch den Preselektor mindestens um den Faktor-Tausend abgeschwächt(entspricht einer Leistungsabschwächung von 1 Million). Dies ist nur eine Näherungsannahme, da ja die Impedanzen von Antennen, Preselektor und Empfänger ja nicht exakt 50 Ohm besitzen und auch nicht immer rein ohmsch sind.

Die Durchgangsdämpfung im Durchlaßbereich, wurde auf Grund der schmalen Bandbreite im Bild 18 nicht richtig aufgezeichnet(Durchlaufzeit von 20s war zu schnell): Siehe auch Bild 5.

 

  Bild 19: Durchlasskurve Preselektor im 80m-Band

                                                  

Wie aus Bild 19 ersichtlich, werden von Sendern auf 3,8 MHz (SSB) Störspannungen am Eingang des RX hervorgerufen, die bei einer Empfangsfrequenz von 3,5MHz(CW), bereits um ca. den Faktor 30 abgeschwächt werden(entspricht einer Leistungsabschwächung von ca. Faktor-Tausend).

Es können durch den Einsatz dieses Preselektors am 80-m–Band, bei einem Contest oder Fieldday,  benachbarte CW- und SSB-Stationen hiermit auch bedingt gleichzeitig am selben Bande arbeiten.

 

Äußeres Gehäuse (230 x 125 x 180) mm(TxBxH)

Dieses ist mit 3mm - Aluplatten und (10 x 10) mm Aluprofile aufgebaut. Die Filter incl. Umschaltung, Drehkondensator etc. wurden jedoch vor dem Einbau komplett verdrahtet, auf einer Aluplatte (ebenfalls mit 10 mm x 10 mm Profile versehen) montiert und abgeglichen. Der Drehko und die Filter in den Printplattengehäusen (mit außen angelöteten Kondensatoren und Trimmern), bekamen noch eine extra Abschirmhaube aus 1mm Blech. Die Weißblech Schirmgehäuse haben gefederte Deckel: Die sehr gute Abschirmung ist notwendig, damit der Preselektor mit seinen hohen Spulengüten nicht zur Antenne wird!

 

Bild 20: Zusätzliche Abschirmung für Drehko

 

Bild 21: Zusätzliche Abschirmung für die Bandfilter incl. Kondensatoren und Trimmer

 

Die Skalenscheibe für den Drehkondensator wurde aus 2 mm Plexiglas mit einem Dosenschneider herausgeschnitten und mit Zweikomponenten Kleber am Drehknopf befestigt.

 

Fazit

Ein Preselektor erweist sich immer als nützlich. Je breitbandiger eine Antenne ist und je mehr Antennenspannung sie liefert, ergibt sich in Abhängigkeit von der Qualität des Empfängers, eine immer stärker bemerkbare Verbesserung durch den Preselektor. Da in der Praxis die Wirkung so eines Gerätes von vielen Faktoren abhängt, ergeben sich wie Eingangs dargestellt, die unterschiedlichsten Erfahrungen und Meinungen. Um keine Enttäuschung zu erleben, sollte in einer gegebenen Situation vorerst nur auf einem Band experimentiert werden. Hierbei ist es ebenfalls wichtig, auf sehr gute Schirmung zu achten, denn sonst ergibt das Experiment keine Aussage!!!

Die technischen Daten eines Preselektors sollten mindestens so gut, wie beim RX sein. Mit dem hier Beschriebenen wird wohl in den allermeisten Fällen, bei den am Markt befindlichen Geräten, entsprochen werden können.

Zudem erscheint es sinnvoll, modernen SDR-Empfängern mit einem IP3 von +30 dBm und höher, einen Preselektor dieses Kalibers vorzuschalten. Erstere besitzen als Vorselektion meist Halboktavfilter mit Bandbreiten von einigen Megahertz. Durch eine zu große Summenspannung, dieses daraus resultierenden breitbandigen Pegels(siehe Bild 2), besteht die Gefahr einer Übersteuerung des A/D-Umsetzers. Diese Gefahr würde durch das Vorschalten unseres Großsignalfesten-Preselektors mit seiner Bandbreite von ca. 100 kHz(160 bis 40m), entsprechend der Bandbreitenreduktion, erheblich verringert werden.

Dieser Preselektor wäre also eine lohnende Investition in eine Digitale-RX-Zukunft bis hinauf in die Very-High-Level-Klasse(und was da noch so kommen mag).

Auch wenn von manchem Fachmann unsere Ausführung als Übertrieben  empfunden wird, führt bei einem Preselektor zB für das 40m-Band, mit einer -3dB-Bandbreite von 120 kHz, einer -20 dB-Bandbreite von 330 kHz und einem IN-Band-IP3 > 40 dBm, kein Weg an den T-200-Ringkernen vorbei. Dies haben bei uns sehr viele Versuche ergeben!

 

Viel Spaß beim Experimentieren!

 

                                                                                                                www.hoffelner.org

Literaturangaben

[1]       Hoffelner, K., OE3HKL: Noch mehr Großsignalfestigkeit beim Mark-V FT-1000MP Field    FUNKAMATEUR 54 (2005) H. 6, S. 582-583 und H. 7, S. 690-691

[2]       Martin, M., DJ7VY: Verbesserung des intermodulationsfreien Dynamikbereichs von    Empfängereingangsteilen im Kurzwellenbereich. cq-DL 2/82  S. 66-69

[3]       Krüger, O., DJ2EU: Der dynamische Bereich eines Empfängers. cq-DL 3/77  S. 93-98

[4]       Hoffelner, K., OE3HKL: RX-Messtechnik-Vortrag bei den Ostarrichi Amateurfunktagen        2008: www.oaft.com

 

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