Flugfunk-empfänger - Transkommunikation.ch

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HF&RADIO Flugfunk-Empfänger Doppelsuper für 108...137 MHz Entwurf: G. Baars Text: Sjef van Rooij (email: [email protected]) Diese Empfänger-Schaltung für das Flugfunk-Band von 108...137 MHz bietet nicht nur ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, sie ist auch vergleichsweise unkompliziert. Spezielle Bauelemente sind nicht erforderlich, und alle Einstellungen können “nach Gehör” vorgenommen werden. UKW-Rundfunk-Empfängers durch einen technischen Eingriff nach oben zu verschieben, führt allerdings nicht zum Ziel. Der Kanal-Abstand beträgt im Rundfunk-Band 100 kHz, im Flugfunk-Band dagegen nur 25 kHz, so dass die Trennschärfe völlig unzureichend wäre. Außerdem arbeiten VHF-Flugfunk-Einrichtungen noch immer mit Amplituden-Modulation (AM), während der UKW-Rundfunk die Frequenz-Modulation (FM) anwendet. Der Umbau eines UKWRundfunk-Empfängers wäre deshalb etwas zu aufwändig. Profil-Skizze Das klassische Flugfunk-Band ist der VHFFrequenzbereich von 108...137 MHz, er schließt nahtlos an das UKW-Rundfunk-Band (87,5...108 MHz) an. Der Sprechfunk spielt sich dabei zwischen 118 und 137 MHz ab, der darunter liegende Bereich (108 bis 118 MHz) ist ausschließlich Navigationssendern vorbe- 54 halten, die aber auch mit einer Kennung (meist zwei oder drei MorseBuchstaben) und manchmal auch zusätzlich mit einer gesprochenen Information moduliert sind. Die nahe liegende Idee, den Empfangsbereich eines herkömmlichen Die wichtigsten Merkmale des hier beschriebenen Selbstbau-FlugfunkEmpfängers sind folgende: - Die Schaltung arbeitet nach dem Prinzip des Doppel-ÜberlagerungsEmpfängers (Doppel-Superheterodyn-Verfahren). Vorhanden sind zwei Oszillatoren und zwei Mischstufen, und dadurch bedingt gibt es auch zwei Zwischenfrequenzen. Das Doppelsuper-Prinzip gewährleistet eine hohe Selektivität (Trennschärfe) und gleichzeitig eine wirkungsvolle Spiegelsignal-Unterdrückung. – Der Empfänger wird über Kapazitäts-Dioden abgestimmt; die getrennte Grob- und Fein-Einstellung erleichtert das präzise Elektor 3/2002 HF&RADIO 108 ... 136 MHz 45,545 MHz 100 ... 140 MHz 45 MHz f1 455 kHz f1 f2 f2 VCO 63 ... 91 MHz 010064 - 12 Bild 1. Der Flugfunk-Empfänger arbeitet nach dem Doppelsuper-Prinzip, die Zwischenfrequenzen betragen 45 MHz und 455 kHz. Abstimmen auf die Empfangs-Frequenz. – Für den erfolgreichen Bau sind keine speziellen Kenntnisse im Bereich der Hochfrequenz-Technik erforderlich. Bis auf eine Ausnahme werden nur handelsübliche Fest-Induktivitäten verwendet. Die einzige Spule, die von Hand gewickelt werden muss, ist eine einfache, aus fünf Windungen bestehende Luftspule. – Für die Einstell-Arbeiten werden keine Messgeräte benötigt, es genügt die Beurteilung des Empfangs “nach Gehör”. – Die Empfänger-Schaltung ist einschließlich der Audio-Endstufe und der Spannungs-Stabilisierung auf einer gemeinsamen Platine unter- gebracht. Mit der Platine ist der Schaltungsaufbau schnell erledigt. – Die Empfänger-Bandbreite hängt von einem einzigen keramischen Filter ab. Zur Auswahl stehen Filter-Typen mit 6 kHz und 15 kHz Bandbreite. – Der Empfänger kann mit einer digitalen Frequenz-Anzeige (FrequenzZähler) erweitert werden, und auch die Abstimmung mit Hilfe einer externen PLL-Frequenz-Synthese-Schaltung ist vorgesehen. Konkrete Schaltungsentwürfe für diese beiden Erweiterungen sind allerdings noch nicht vorhanden. Auch sollen hier die Nachteile des einfachen Konzepts nicht verschwiegen werden: – Der Empfänger hat (noch) keine Wichtiger Hinweis Bei der hier vorgestellten Schaltung handelt es sich um einen Empfänger, mit dem aufgrund des Frequenzbereichs keine Rundfunksendungen empfangen werden können. Damit ist der legale Besitz und Betrieb dieses Empfängers in Deutschland einem Personenkreis vorbehalten, der auch im Besitz einer gültigen Zulassung zur Teilnahme am Amateurfunkdienst ist (was im Prinzip eine Amateurfunklizenz voraussetzt). Aber auch diesem Personenkreis ist das Abhören des Flugfunks nicht erlaubt, da es sich um einen Funkdienst handelt, der sich nicht an die Allgemeinheit wendet und der deshalb aus Gründen des Fernmeldegeheimnisses und der Vorgabe des Grundgesetzes durch eine Vorschrift (§ 86 Telekommunikationsgesetz) geschützt wird. Auch das Strafgesetzbuch stellt mit § 201 den Bruch des im Grundgesetz garantierten Schutzes des nicht öffentlich gesprochenen Wortes unter Strafe. Voraussetzung für die Teilnahme am Flugfunkdienst ist in Deutschland ein dafür gültiges Sprechfunkzeugnis (BZF I, BZF II oder AZF). Aber auch dann darf der Flugfunk nur im Rahmen einer entsprechenden fliegerischen Betätigung und nur mit einem dafür zugelassenen Gerät empfangen werden. Im Ausland gelten natürlich die dortigen Gesetze, Richtlinien und Bestimmungen. 3/2002 Elektor Rauschunterdrückung, eine Lösung dafür soll im nächsten Heft vorgestellt werden. – Die Handabstimmung ohne Frequenzanzeige ist für das Suchen bestimmter Frequenzen natürlich nicht optimal. Wenn man regelmäßig auf der gleichen Frequenz empfängt, ist das weniger ein Problem. Bei wechselnden Frequenzen sollte man entweder einen passenden untersetzten Skalenknopf für das Mehrgangpoti zum Wiederauffinden verwenden oder (noch besser) eine digitale Frequenzanzeige oder einen Frequenzzähler anschließen. Blockschema Das Funktionsschema des Flugfunk-Empfängers ist in Bild 1 skizziert. Von der etwa 60 cm langen Stab- oder WurfAntenne gelangt das Empfangssignal (108...137 MHz) über ein erstes Bandfilter zu einem Verstärker, der das Signal um ca. 20 dB anhebt. Auf den Verstärker folgt ein etwas steileres Bandfilter, die Eck-Frequenzen liegen hier bei ungefähr 100 MHz und 140 MHz. Dieses Bandfilter hat vor allem die Aufgabe, Spiegelfrequenz-Signale so weit zu dämpfen, dass sie möglichst nicht mehr störend in Erscheinung treten können. Anschließend wird das verstärkte und gefilterte Empfangssignal mit einem frequenzvariablen Oszillator-Signal gemischt. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) lässt sich im Bereich 63...91 MHz variieren. Über diesen Oszillator wird die Empfangsfrequenz abgestimmt. Die Differenz-Frequenz zwischen dem Empfangssignal und dem Oszillator-Signal ist die erste Zwischenfrequenz (1. ZF). Da sie konstant 45 MHz beträgt, genügt ein nicht abstimmbares Bandfilter, um das entstandene Signal von unerwünschten Nebenpro- 55 3/2002 100n R13 R27 5V3 11 C21 100n 13 C12 C43 15p C44 22p L2 C5 18p 100nH L4 8 100n 100nH C19 100n C37 33p C24 22µ 16V 100n LS 220µ 16V LS1 5k6 LM386 C25 C29 C26 1n8 3n3 P1 50k log. 8Ω 1W 100n 12V C41 330k R18 +9V BFR91A 100n B S1 D6 R24 47Ω C 1W 1N4001 L7 C35 * 5T 33p BT1 C40 33k C39 3V3 R25 E 2V8 R23 T3 VCO 3 KV1235 50mA (80mA) 1V2 D7 K1 12V 2 8x NiCd 35 T4 BFR91A 1 5p6 R20 0V7 C36 2V6 2k2 K 1n C30 5 4 R10 100n IC3 7 C20 1n KV1235 C33 P3 100Ω BAT 85 ON/OFF 330k FINE 2 8 VOLUME 560Ω 1k 100n 0V K A D4 HF&RADIO 68p 0V...5V9 VT 47k 4V3 6 3 C27 R19 C38 A D3 20k MT D1 5V2 C34 P2 R11 R8 C23 0V 6V2 400mW KV1235 TUNE LMC4101 10 R22 D8 R17 16V 1 +6V 150k * * see text * siehe Text * voir texte 10µ 0µH56 44.545MHz R21 220µ 16V 3 C28 39k AGC MOUT 2 L5 22p 100Ω zie tekst R9 100n R28 C32 R12 C16 C17 C22 15p 1n 100nH X1 R4 C7 C8 4 1n 470Ω L1 220Ω R1 4p7 8p2 9 AGC 5 LOW BATT BAT85 RFIN 16V L6 D2 0V4 OSC C14 1n D5 IFOUT MULIN MULIN C15 C18 470µ IFDEC 6V4 100nH R16 7 IC2 TCA440 5V7 L8 1V4 BFR 91A BC557 4 12 IFIN 6 3 22p 100k 1V24 IFIN REFIN 6 OSC OSC ERR 1k8 7 T1 R15 5 1k2 5 16 12k 1 NE612 15 MIXO MIXO 1n OUTB INB 14 1k IC1 1n 2 68k 1k8 FDBCK 0V06 820nH 5V0 C2 0V75 2p2 OUTA 1V9 R6 0V06 1n R2 INA C11 R5 1V9 22p 4 1V9 1 1V9 C9 L3 1V6 C6 1V6 C4 T2 LP2951CN 10µ 16V 8k2 8 C1 FL1 45M15AU 2 SHDWN SENSE R14 C42 5V3 7 22k 100n A 1V4 3 22n 1k8 100n C13 5k6 330Ω C10 IC4 R26 C31 +9V 8 BFR91A CHARGE A K 33p 010064 - 11 Elektor * R7 C3 1 220k R3 9V6 VTAP 1k5 TR1 7MCS4718N 6 6V45 +6V 56 FL2 SFR455H/E Bild 2. Der Einsatz der integrierten Empfänger-Schaltung TCA440 (IC2) vereinfacht die Schaltung nicht unwesentlich. +6V HF&RADIO dukten zu befreien. Das 1. ZF-Signal wird verstärkt und danach im zweiten Mischer mit einem Oszillator-Signal gemischt, dessen Frequenz konstant 44,545 MHz beträgt. Das Mischprodukt mit der Differenz-Frequenz 455 kHz (2. ZF) wird ausgefiltert und anschließend weiter verstärkt. Die Empfänger-Trennschärfe hängt fast ausschließlich von der Bandbreite des verwendeten 455kHz-Filters ab. Das zweite ZF-Signal gelangt über einen weiteren Verstärker zum Demodulator und von dort über einen Tiefpass zur Audio-(NF-)Endstufe. Vom Ausgang des Demodulators führt ein Signalweg über einen Tiefpass und eine Puffer-Stufe zurück zu den Verstärkern vor und hinter dem zweiten Mischer. Dieser Signalweg gehört zur automatischen Verstärkungsregelung, abgekürzt AGC (automatic gain control). Die AGC setzt beim Empfang starker Signale die Verstärkung herab, sodass die Lautstärke nahezu unabhängig von der Feldstärke ist, mit der die einzelnen Stationen empfangen werden. Das von durchbrochenen Linien gebildete Rechteck in Bild 1 soll andeuten, dass sich der zweite Mischer, der 44,545-MHz-Oszillator und die beiden einstellbaren Verstärker sowie die Puffer-Stufe für die Verstärkungsregelung in einem einzigen IC befinden. Der Schaltungsaufbau wird dadurch stark vereinfacht. Die Audio-Endstufe besteht ebenfalls aus nur einem einzigen IC, und an den Lautsprecher werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Schaltung Die Schaltung des Flugfunk-Empfängers ist vollständig in Bild 2 wiedergegeben. Auf der linken Seite oben ist unschwer die Antenne zu erkennen. Fest-Induktivität L1 bildet den Eingangskreis, und Saugkreis L8, C43 und C44 leitet bereits einen großen Teil der unerwünschten Signal-Komponenten nach Masse ab. Die Funktion des Eingangsverstärkers übernimmt T1, ein HF-Transistor vom Typ BFR91. Dieser Transistor bietet im VHF-Bereich eine hohe Verstärkung bei gleichzeitig geringem Rauschen. Der 100...140-MHz-Bandpass ist durch ein dreipoliges Butterworth-Filter realisiert, bestehend 3/2002 Elektor aus den Induktivitäten L2...L4 und den Kondensatoren C5...C7. Zusammen mit dem Eingangsfilter wird eine Dämpfung der SpiegelfrequenzSignale von mehr als 50 dB erreicht. Als erster Mischer arbeitet der bekannte integrierte DoppelbalanceMischer NE612 (IC1). Dem MischerIC wird an Pin 6 über C12 das Signal des frequenzvariablen Oszillators zugeführt. Der Oszillator ist mit T3 aufgebaut; auch hier findet ein BFR91 Verwendung. Schaltungstechnisch handelt es sich um einen modifizierten Colpitts-Oszillator, wie man ihn in dieser oder ähnlicher Form in der HF-Technik häufiger antrifft. Dieser Oszillator-Typ zeichnet sich vor allem durch eine hohe Frequenz-Stabilität aus. Die Oszillator-Frequenz wird über die beiden Kapazitäts-Dioden D3 und D4 gesteuert. Die Kapazitäten dieser Dioden hängen von der Spannung ab, die am Verbindungspunkt der Kathoden liegt. Mit P2 (Grob-Einstellung) und P3 (Fein-Einstellung) lässt sich die Steuer-Spannung im Bereich von etwa 0,5 V bis 6 V einstellen. Diese Potis sind die BedienElemente zum Einstellen der Empfangsfrequenz. Z-Diode D8 sorgt für zusätzliche Stabilität der AbstimmSpannung, um die Drift der abgestimmten Empfangsfrequenz möglichst gering zu halten. Die Spannung für die KapazitätsDioden kann über Anschluss VT von außen zugeführt werden, sodass die Möglichkeit besteht, die Empfangsfrequenz zum Beispiel über eine externe PLL-Frequenz-SyntheseSchaltung zu steuern. Für die digitale Anzeige der Empfangsfrequenz mit einer Frequenzzähler-Schaltung wird das VCO-Ausgangssignal benötigt. Dieses Signal gelangt über Puffer T4 nach außen. Ein Frequenzzähler, der die nötigen Eigenschaften besitzt, kann hier direkt angeschlossen werden. Wenn man auf die Option der digitalen FrequenzAnzeige verzichtet, können T4, C39, R22 und R23 entfallen. Filter FL1 hinter dem Ausgang des ersten Mischers ist ein keramisches 45-MHz-Filter mit einer Bandbreite von 15 kHz. Auf das Filter folgt der Schaltungsteil, der sich im Blockschema (Bild 1) innerhalb des von durchbrochenen Linien gebildeten Rechtecks befindet. Sämtliche Funk- tionen (Eingangsverstärker, Mischer, Oszillator, ZF-Verstärker und AGC) befinden sich im TCA440 (IC2), einer fast vollständigen integrierten Empfänger-Schaltung. Allerdings sind noch diverse externe Bauelemente nötig, damit der TCA440 seine Aufgabe erfüllen kann. Die wichtigsten Komponenten sind der 44,545-MHz-Quarz (X1), der LC-Kreis L5, C17 des internen Oszillators und der aus dem HFÜbertrager Tr1 und dem keramischen Filter FL2 bestehende 455-kHz-Bandpass. Induktivität L6 bildet den Ausgangskreis des TCA440. Es folgen noch ein einfacher Dioden-Gleichrichter (D2) für die Demodulation des amplitudenmodulierten Signals, ein Tiefpass (R10, R11, C25 und C26) sowie schließlich ein integrierter Audio-Verstärker vom Typ LM386 (IC3). Stromversorgung Die Flugfunk-Empfänger-Schaltung wurde für die Betriebsspannung 9 V konzipiert. Die 9-VSpannung wird dem Audio-Endverstärker-IC (IC3) unstabilisiert zugeführt, während Spannungsregler IC4 für die übrige Schaltung eine stabilisierte Spannung von 6,45 V zur Verfügung stellt. Die Spannung am “Error”-Ausgang von IC4 geht auf “Low”, wenn die Eingangsspannung unter den für die Stabilisierung erforderlichen Mindestwert sinkt. Das Error-Signal wird hier dazu verwendet, über T2 eine “Low Battery”-Anzeige zu steuern. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang und Ausgang von IC4 beträgt nur ca. 0,1 V, so dass LED D5 erst aufleuchtet, wenn die Batterie tatsächlich nicht mehr brauchbar ist. Die Stromaufnahme der gesamten Schaltung beträgt bei Lautsprecher-Wiedergabe ungefähr 60 mA, beim Anschluss eines 32-Ω-Kopfhörers (beide Kapseln parallel geschaltet) sinkt sie auf ca. 35 mA. Dies bedeutet, dass eine 9-V-Alkaline-Blockbatterie für etwa 5 Stunden Lautsprecher-Empfang oder knapp 10 Stunden Empfang mit dem Kopfhörer ausreicht. Wenn man lieber wiederaufladbare Akkus verwenden möchte, kann man acht 1,2-V-Mignon-NiCd-Akkus in Reihe schalten. Um die Akkus aufzuladen, schließt man ein externes 12-V-Steckernetzteill an Steckverbinder K1 an. Widerstand R24 begrenzt den Ladestrom, und LED D7 arbeitet als LadeIndikator. Bei dem für R24 angegebenen Wert 47 Ω hat der Ladestrom einen niedrigen Wert von ca. 50 mA, der bei NiCd- oder NiMHAkkus auch bei Dauerladung unbedenklich erscheint. Das Steckernetzteil kann bei diesem Strom daher auch ständig angeschlossen bleiben. Wenn die Flugfunk-EmpfängerSchaltung ausschließlich an nicht wiederaufladbaren Batterien betrieben wird, können R24, D6, R25, D7 und K1 entfallen. 57 HF&RADIO T C38 ROTKELE )C( 1-460010 T2 H2 VT H1 C20 L3 010064-1 R8 D1 R9 C28 C25 IC2 C23 R12 R10 C21 C13 R6 C19 C17 R16 R25 D6 R14 IC4 S1 C24 L6 D2 C14 R7 C16 C15 X1 C27 C29 LS C30 P1 C26 R4 L4 C6 C44 C43 T H3 C7 FL1 BT1 D5 D7 C22 C8 C9 C5 L2 L1 R1 L8 A FL2 R11 IC1 R24 TR1 + 0 + C18 C11 C10 C4 VCO C42 P3 C2 C1 C39 C37 L5 T1 T4 R27 R2 K1 H4 C12 R3 C31 IC3 C34 C32 R19 C35 D3 R5 R28 C3 C41 T3 R23 R18 D8 C40 R22 T R17 R20 D4 C33 R26 R13 R15 R21 C36 T L7 P2 010064-1 (C) ELEKTOR Bild 3. Platinen-Layout und Bestückungsplan für die Flugfunk-Empfänger-Schaltung in Bild 2. 58 Elektor 3/2002 HF&RADIO Abstimmung und Selektivität Wie schon beschrieben hängt die Empfänger-Selektivität hauptsächlich von den Eigenschaften des keramischen Bandfilters FL2 ab. Wahlweise verwendbar sind hier Filter mit der Bandbreite 6 kHz (SFR455H oder CFW455H) oder 15 kHz (SFR455E oder CFW455E). Die höchste Selektivität, gleich bedeutend mit der niedrigen Bandbreite 6 kHz, ist hier jedoch nicht unbedingt die beste Lösung. Die Hand-Abstimmung wird durch die niedrige Empfänger-Bandbreite von 6 kHz deutlich erschwert. Die Gefahr, dass man mit Mehrgang-Poti P2 über schwach einfallende Stationen unabsichtlich hin- Stückliste Halbleiter: D1,D2 = BAT85 D3,D4 = KV1235 D5 = LED rot, high efficiency D6 = 1N4001 D7 = LED grün, high efficiency D8 = Z-Diode 6V2/400 mW IC1 = SA612AN oder NE612 IC2 = TCA440 IC3 = LM386 IC4 = LP2951CN T1,T3,T4 = BFR91A T2 = BC557 Widerstände: R1 = 220 Ω R2 = 68 k R3 = 330 Ω R4 = 470 Ω R5,R16,R25 = 1k8 R6,R21 = 1 k R7,R14 = 5k6 R8 = 8k2 R9 = 39k R10 = 12 k R11 = 47 k R12 = 1k2 R13 = 22 k R15 = 100 k R17,R18 = 330 k R19 = 150 k R20 = 2k2 R22 = 560 Ω R23 = 33 k R24 = 47 Ω (1 W) R26 = 1k5 R27 = entfällt R28 = 100 Ω P1 = 50 k log. P2 = 20 k (Mehrgang) P3 = 100 W lin. Kondensatoren: C1,C2 = 22 p C3,C10,C13,C19,C21...C24,C27, C29,C38,C41 = 100 n C4,C8,C9,C11,C15,C16,C33, C40 = 1n C5 = 18 p C6 = 2p2 C7,C43 = 15 p C12 = 8p2 C14 = 4p7 C17,C44 = 22-p-Trimmkondensator C18 = 470 µ/16 V stehend C20 = 22 µ/16 V stehend C25 = 3n3 C26 = 1n8 C28,C42 = 10 µ/16 V stehend C30, C32 = 220 µ/16 V stehend C31 = 22 n C34 = 68 p C35...C37 = 33 p C39 = 5p6 3/2002 Elektor Außerdem: BT1 = 9-V-Batterie oder 8 x NiCd/NiMH 1,2 V FL1 = 45M15AU FL2 = SFR455H oder -E (CFW455H oder -E) K1 = Netzteilbuchse für Platinenmontage L1,L2,L4,L8 = 100 nH L3 = 820 nH L5 = 560 nH L6 = LMC4101 L7 = Luftspule, 5 Windungen mit 1 mm versilbertem Kupferdraht , 5 mm Wickeldorndurchmesser (siehe Text) S1 = 1-poliger Schalter, Schließer TR1 = 7MCS4718N, Toko X1 = 44,545-MHz-Quarz (Gehäuse geerdet) LS1 = Lautssprecher 8 Ω/1W Platine EPS 010064-1 (siehe ServiceSeiten in der Heftmitte und www.elektor.de) Gehäuse, z.B. BIM 150 mm × 80 mm × 50 mm Spezielle Bauteile und komplette Bauteilsätze sind bei Geist ElectronicVersand (www.geist-electronic.de) erhältlich. Bei Bedarf ist auch der Autor bei der Bauteilbeschaffung behilflich (Barend Hendriksen, Tel. 0031-575-561866, E-Mail: [email protected]). wegdreht, ist wesentlich größer als bei 15 kHz Bandbreite. Mit P3, dem Poti für die FeinAbstimmung, kann eine Station nur gefunden werden, wenn sie zuvor mit P2 grob eingestellt wurde. Da der Kanal-Abstand im Flugfunk-Band international derzeit 25 kHz beträgt, reicht eine Bandbreite von 15 kHz im Prinzip völlig aus. Nur wenn für die Abstimmung eine externe Frequenz-Synthese-Schaltung verwendet wird, kann ein schmalbandiges Filter sinnvoller sein; das Rauschen wird nämlich durch die niedrigere Bandbreite reduziert. Die geringere Bandbreite empfiehlt sich natürlich auch in Hinblick auf die Umstellung auf einen Kanal-Abstand von 8,25 kHz, die in Europa bei Frequenzen der Flugverkehrskontrolle für den oberen Luftraum bereits begonnen hat. Manchmal ist es störend, dass die Empfangsfrequenz nach dem Einschalten geringfügig wegdriftet. Diese Erscheinung lässt sich praktisch vollständig aus der Welt schaffen, indem man den Empfänger nach dem Einschalten etwa fünf Minuten lang warm laufen lässt. Bauarbeiten In Bild 3 ist das Platinen-Layout für die Schaltung in Bild 2 mit dem zugehörigen Bestückungsplan dargestellt. Obwohl die Anzahl der Bauelemente vergleichsweise groß ist, gestaltet sich der Aufbau recht einfach. Selbstverständlich muss bei der Bestückung auf die richtige Lage aller gepolten und lage-abhängigen Bauelemente geachtet werden. Das betrifft nicht nur die Dioden, Transistoren und Elkos, sondern natürlich auch die ICs. Die Kapazitäts-Dioden D3 und D4 bedürfen besonderer Aufmerksamkeit, da bei ihnen eine deutliche Kennzeichnung fehlt. Wenn man eine derartige Diode so positioniert, dass der Typen-Aufdruck lesbar ist und die Anschluss-Drähte nach unten zeigen, ist der linke AnschlussDraht der Anoden-Anschluss; der rechte Anschluss-Draht muss folglich der KathodenAnschluss sein. Auf der Platine sind D3 und D4 gegeneinander gedreht angeordnet, dies muss unbedingt beachtet werden! Zweckmäßiger Weise werden auf der Platine zuerst die niedrigen und dann die hohen Bauelemente montiert (Widerstände, kleinere Kondensatoren, Elkos usw.). IC3 und IC4 kann man in Fassungen einsetzen, IC1 und IC2 müssen dagegen ohne Fassungen auf die Platine gelötet werden. Die HF-Transistoren T1, T2 und (falls der VCO-Ausgang vorhanden sein soll) auch T4 werden auf der Platinen-Unterseite montiert; die Anschluss-Fahnen müssen direkt mit den Platinen-Bahnen 59 HF&RADIO Teleskopantenne R8 D1 R27 C16 C15 L6 D2 C14 R7 X1 R10 R16 R25 D6 R24 C29 LS C27 R11 T 010064-1 C23 C28 C25 IC2 S1 R12 R9 C30 P1 C26 C43 S1 C24 C21 C13 R6 C19 C17 8x 1,2 V BT1 D5 D7 L5 R4 L4 C20 L3 + 0 + C18 FL2 C22 C7 FL1 R15 R14 IC4 VCO K1 K1 C42 C8 C9 C6 C44 C39 TR1 R5 IC1 C5 L2 L1 R1 C31 C11 C10 C4 L8 A R26 R13 T4 C37 P3 C2 C1 C41 R19 C35 C12 C40 R23 R20 R18 C34 T1 R22 T3 R3 R2 T2 R21 C36 D3 C3 Steckernetzteil 12V T D8 C32 grün T R17 R28 rot C38 L7 D4 C33 LED IC3 T VT P2 D7 D5 LED LS Anschluss ans Metallgehäuse 010064 - 13 Bild 4. Der Verdrahtungsplan zeigt, wie die verschiedenen externen Komponenten mit der Platine verbunden werden. Bild 5. Blick in das Innere des Muster-Aufbaus. Das verwendete Metall-Gehäuse passt wie maßgeschneidert. 60 Elektor 3/2002 HF&RADIO verlötet werden. Diese Transistoren passen nur in einer einzigen Lage auf die Platine. Für die Aufnahme ihrer pillenförmigen Gehäuse sind auf der Platine passende Bohrungen vorgesehen. Die Spulen L1...L5 sowie L8 sind handelübliche Fest-Induktivitäten; sie sehen nicht nur ähnlich wie Widerstände aus, auch der Wert ist als Farb-Code aufgedruckt. ZF-Übertrager Tr1 und Induktivität L6 sind ebenfalls gebrauchsfertig im Handel erhältlich. Sie befinden sich in einem kleinen Metall-Gehäuse und passen nur in einer einzigen Position auf die Platine. Übrig bleibt die selbst zu wickelnde Luft-Spule L7. Die Anfertigung ist kein Problem, denn diese Spule besteht aus fünf Windungen mit versilbertem Kupferdraht, Draht- Durchmesser 1 mm. Der InnenDurchmesser der Spule muss 5 mm betragen. Als Wickelkörper kann zum Beispiel der Schaft eines 5-mmSpiralbohrers dienen. Nach dem Wickeln wird die Spule so auseinander gezogen, dass der Abstand von Windung zu Windung gut 1 mm beträgt und die Spule eine Gesamtlänge von etwa 12 mm hat. Noch einige weitere Anmerkungen zum Schaltungsaufbau: Widerstand R24, der bei Akku-Betrieb den AkkuLadestrom begrenzt, muss ein 1-WTyp sein. R27 kann entfallen, er ist bei genauerer Betrachtung überflüssig. Die Anzeige-LEDs D5 und D7 müssen so montiert werden, dass sie nach dem Einbau der Platine in ein Gehäuse sichtbar sind. An das Metall-Gehäuse von Quarz X1 wird ein blanker Draht angelötet, er wird auf dem kürzesten Weg mit Masse verbunden. Die Potentiometer P1, P2 und P3 passen unmittelbar auf die Platine, abhängig vom verwendeten Gehäuse können sie aber auch an anderer Stelle montiert werden. Für die Verbindungen von P2 und P3 mit der Platine genügt gewöhnliche Schalt-Litze, LautstärkePoti P1 muss dagegen über abgeschirmtes Kabel angeschlossen werden. Nach Abschluss der Montage-Arbeiten und der obligatorischen Sicht-Kontrolle kann die Schaltung in Betrieb genommen werden. Es empfiehlt sich, zuerst die im Schaltbild (Bild 2) an den Testpunkten angegebenen Spannungswerte zu überprüfen. Wenn keine größeren Abweichungen festgestellt werden, dürfte der Schaltungsaufbau erfolgreich verlaufen sein. Zu Vervollständigung zeigt Bild 4 einen Verdrahtungsplan mit allen notwendigen Verbindungen. Spiegelfrequenz-Signale In diesem Beitrag taucht der Begriff “Spiegelfrequenz-Signal” 108 ... 136 MHz mehrfach auf. Dieser Begriff soll nachfolgend kurz erläutert A werden. Im übertragenen Sinn handelt es sich bei diesen Signalen um ungebetene Gäste, die sich mit vorgetäuschter Legitimation 100 ... 140 MHz 45 MHz durch die Hintertür einschleichen. Die Spiegelfrequenz-Signale sind der Preis, mit dem die Überlegenheit des Superheterodynf1 45 MHz Verfahrens erkauft werden muss. f2 Ein “Super”, auch “Überlagerungs-Empfänger” genannt, arbeitet im Prinzip wie folgt: 198 ... 226 MHz Das von der Antenne kommende Signal wird mit dem Signal eines frequenzvariablen Oszillators gemischt. Dabei entsteht ein Signal, dessen Frequenz die Differenz der Frequenzen ist, die VCO das Antennen-Signal und das Oszillator-Signal haben. Da die 153 ... 181 MHz 010064 - 14A Oszillator-Frequenz variiert wird, bleibt die Differenz-Frequenz, die so genannte Zwischenfrequenz, im gesamten Empfangsbereich konstant. 108 ... 136 MHz In Bild A wird das im Bereich 108...137 MHz liegende EmpB fangssignal mit einem Oszillator-Signal gemischt, dessen Frequenz im Bereich 153...182 MHz variabel ist. Die Differenz-Frequenz beträgt konstant 45 MHz; auf diese Frequenz sind die nachfolgenden Stufen fest abgestimmt. Der Haken an der Sache 100 ... 140 MHz 45 MHz ist jedoch, dass auch Empfangssignale im Bereich 198...227 MHz f1 die Differenz-Frequenz 45 MHz ergeben. Dem Mischer ist des45 MHz halb ein 100...140-MHz-Bandfilter vorgeschaltet, das die im f2 “gespiegelten” Frequenzbereich liegenden Empfangssignale so 18 ... 46 MHz weit wie möglich unterdrückt. Da der Spiegelfrequenz-Bereich um weniger als eine Oktave höher liegt als der genutzte Empfangsbereich, werden an die Steilheit des Bandfilters erhebliche Anforderungen gestellt. Man könnte auch ein Filter konstruVCO 63 ... 91 MHz 010064 - 14B ieren, das schmalbandig und durchstimmbar ist, der Gleichlauf mit dem Oszillator-Signal würde jedoch einen hohen konstruktiven Aufwand erfordern. Es gibt jedoch noch eine andere Möglichkeit, die Spiegelsignal-Unterdrückung zu verbessern. Statt der “Aufwärts-Mischung” wird die “Abwärts-Mischung” angewendet; davon macht auch der Flugfunk-Empfänger Gebrauch. Die variable Oszillator-Frequenz wird in einen Bereich verlegt, der um 45 MHz unter dem genutzten Empfangsbereich liegt: 108...137 MHz minus 63...92 MHz ergeben ebenfalls eine konstante Differenz-Frequenz von 45 MHz. Wie aus Bild B hervorgeht, ist in diesem Fall der Bereich 18...46 MHz der gespiegelte Bereich. Dieser Bereich liegt im Mittel mehr als zwei Oktaven unter dem Empfangsbereich, sodass Spiegelfrequenz-Signale bei gleicher Filter-Konstruktion wesentlich besser gedämpft werden. 3/2002 Elektor 61 HF&RADIO Gehäuse-Einbau und Einstellungen Da sich die Abmessungen in Grenzen halten, kann die Platine zusammen mit dem Lautsprecher und den Batterien bzw. Akkus in ein handliches Gehäuse eingebaut werden. Metall-Gehäusen ist gegenüber Gehäusen aus Kunststoff der Vorzug zu geben. Die abschirmende Wirkung eines Metall-Gehäuses verhindert, dass die Oszillator-Frequenz äußeren Einflüssen (Hand-Kapazität) unterliegt. Beim Muster-Aufbau wurde die Platine in das in der Stückliste angegebene Spritzguss-Gehäuse des Typs BIM5005 eingebaut. Die Platine passt in dieses Gehäuse zwar optimal hinein, für den Lautsprecher und die acht Mignon-Akkus ist der verbleibende Platz jedoch recht knapp bemessen. Einen Eindruck vom Muster-Aufbau vermittelt Bild 5. Als Antenne ist eine ca. 60 cm lange Teleskop-Stab-Ausführung am besten geeignet (wahlweise mit oder ohne BMC-Stecker), ersatzweise genügt auch ein Stück Draht der gleichen Länge. Die Flugfunk-Empfänger-Schaltung weist insgesamt vier Bauelemente auf, die eingestellt werden müssen. Die Spulen-Kerne von Tr1 62 und L6 sind ebenso wie Trimmer C17 so einzustellen, dass das Rauschen aus dem Lautsprecher maximale Stärke erreicht. Trimmer C44 wird zuerst in Mittelstellung gebracht; er kann später so eingestellt werden, dass eventuell störende starke UKWRundfunk-Sender so weit wie möglich gedämpft werden. Wenn L7 wie angegeben gewickelt wurde, muss die Oszillator-Frequenz mit P2 im Bereich 63...91 MHz durchstimmbar sein. Falls man über einen geeigneten Frequenz-Zähler verfügt, kann man dies kontrollieren, indem man ihn an den VCO-Ausgang anschließt. Eventuell notwendige Korrekturen können durch Auseinanderziehen oder Zusammendrücken von L7 vorgenommen werden. Empfang Die Empfindlichkeit des FlugfunkEmpfängers beträgt ungefähr 0,5 µV bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von 12 dB. Das reicht aus, um mit einer ca. 60 cm langen Teleskop-Stab- oder Wurfantenne Flugfunk-Verkehr auch dann zu empfangen, wenn der nächste Flughafen nicht unmittelbar vor der Haustür liegt. In etwa 25 km Entfernung von einem größeren Flughafen konnten problemlos Approach-, Departure- und Tower-Informationen aufgenommen werden, und auch die Sendungen von schwächeren Flugfunk-Stationen waren hörbar. Die Frequenzen der einzelnen Dienste sind von einem Flughafen zum anderen unterschiedlich, und auch die Militärflugplätze und die kleineren Zivilflugplätze haben ihre eigenen Frequenzen. Darüber hinaus gibt es festgelegte Frequenzen für den Bord-zu-Bord-Sprechfunk und für Ausbildungszwecke sowie spezielle Frequenzen für Segelflieger und Ballonfahrer beziehungsweise Verfolger. Hier sei auf die Spezialliteratur über den Flugfunk und Funkfrequenzen verwiesen oder auf die zahlreichen Websites, die Sie leicht finden, wenn Sie bei www.google.de nach Flugfunk+Frequenzen suchen. (010064)gd Elektor 3/2002 HF&RADIO Squelch-Zusatz für Flugfunkempfänger Entwurf von G. Baars Wie schon in der letzten Ausgabe bei der Beschreibung des Flugfunkempfängers angekündigt, folgt hier eine Anleitung für die Erweiterung mit einer Rauschsperre. BS170 BS170P D S +6V R3 33k 330k R1 S IC1 Pin 3 R2 2 330k TCA440 3 THRESHOLD P1 5k D G G T1 7 741 6 R5 15k BS170 4 15k R6 33k R4 P 50k log. Vorhandenes Lautstärkepoti sperre dient die Regelspannung der AGC (automatic gain control = automatische Verstärkungsregelung) des Empfängers. Diese Spannung kann an Pin 3 des TCA440 im Empfänger abgegriffen werden. Um eine einstellbare Schwelle für das Ansprechen der Rauschunterdrückung zu realisieren, wird die Spannung einem mit Opamp IC1 aufgebauten einfachen Komparator zugeführt. Der Ausgang dieses Komparators bleibt High (positiv), so lange die AGCSpannung höher ist als die mit dem Potentiometer P1 eingestellte Schaltschwelle. Der Feldeffekt-Transistor T1 leitet dann und schließt das NF-Signal praktisch nach Masse kurz, so dass der Lautsprecher verstummt. 020067 - 11 Empfang ohne Rauschen ist nun einmal physikalisch unmöglich. Besonders ausgeprägt und damit störend ist es bei empfindlichen Empfängern mit Verstärkungsregelung in der Betriebsart “Telefonie” (umgangssprachlich als Sprechfunk bezeichnet). Beim Gegensprechen auf der gleichen Frequenz gibt es nämlich in Sprechpausen kein Sendersignal, so dass der Empfänger die Verstärkung hochfährt und regelrecht „aufrauscht“. Ohne Rauschsperre, die das erkennt und den NF-Ausgang stummschaltet, ist der Empfang ein sehr verrauschtes Vergnügen und auf die Dauer eigentlich unerträglich. So funktioniert´s Wie die deutsche Bezeichnung “Rauschsperre” schon sagt, wir das NF-Signal gesperrt, wenn es überwiegend aus Rauschen besteht. Das 4/2002 Elektor kann man rein NF-mäßig erreichen, indem man das NF-Signal filtert, gleichrichtet und einem Schwellwertschalter (einstellbaren Komparator) zuführt. Da im Rauschsignal im Vergleich zum Sprachsignal die höherfrequenten Anteile stärker vertreten sind, wird das Filter in der Regel ein Hochpass sein, um den Squelch in Abhängigkeit von der Amplitude des Rauschsignals zu schalten. Eine einfachere und wirksamere Methode besteht darin, anhand der eingangs erwähnten Verstärkungsregelung des Empfängers das „Aufrauschen“ zu detektieren und die Rauschsperre zu schalten. Diesen Weg beschreitet die hier vorgestellte Nachrüst-Schaltung, die ihre Stromversorgung von der Platine des Flugfunkempfängers bezieht. Als Steuersignal für die Rausch- Sobald ein ausreichend starkes Sendersignal einfällt, regelt die AGC die Verstärkung des Empfängers herunter, die AGC-Spannung sinkt dann proportional zur Stärke des empfangenen Signals ab. Unterschreitet die Spannung den mit dem Squelch-Poti eingestellten Schwellwert, geht der Ausgang des 741 auf Low, der FET sperrt, und das vom Demodulator des Empfängers gelieferte NF-Signals wird im Lautsprecher hörbar. Die Betriebsspannung von rund + 6 V für die Squelch-Schaltung kann sehr einfach auf der Empfängerplatine hinter dem Spannungsregler IC4 abgegriffen werden, sie liegt zum Beispiel an den Entkoppelkondensatoren C3, C10, C13 und C41. Die + 6-V-Leiterbahn ist leicht zu finden, und Masse-Anschlußpunkte gibt es auch genug - an allen mit der Massefläche verbundenen Lötpunkten... Für die NF-Verbindung zwischen dem DrainAnschluss des FETs BS170 und dem „oberen“ Anschluss des Lautstärkepotis sollte man ein abgeschirmtes Kabel verwenden. (020067-1e) 61