(Die Spannungsversorgung und der Antennenschalter sind hier nicht eingezeichnet)
Da ein Amateur-Doppler-Peiler prinzipiell aus zwei völlig getrennten Teilen besteht, kann man die Auswertung sowie die Anzeige der Peilrichtung durch einen PC bzw. Laptop mit entsprechender Software ersetzen.
PA3BNX hat dazu für seinen „Super-Simple-Sound-Doppler“-Peiler (SSSD) eine Antennensteuerschaltung für 3 oder 4 Antennen entwickelt (Teil 1) und eine dazu passende Windows-Software geschrieben (Teil 2).
PA8W hat die Flankensteilheit der PA3BNX-Antennensteuerschaltung abgeflacht und so das Intermodulationsverhalten des SSSD verbessert.
Mein Verbesserungsvorschlag zielt darauf ab, den Peiler auf mehr als 4 Antennen zu erweitern, denn es gilt:
Je mehr Antennen (d. h. je größer der Antennenkreisdurchmesser), desto unempfindlicher wird der Peiler gegenüber Reflexionen und desto besser wird das Peilergebnis. Anzustreben ist eine Großpeilbasis (also ein Antennenkreisdurchmesser von mindestens der Wellenlänge λ), welche man mit 12 Antennen erreichen kann. Absolutes Minimum für eine stationäre Dachmontage ist (meines Erachtens) ein Antennenfeld mit 8 Antennen.
Erweiterung der Antennensteuerung
Da, wie schon oben erwähnt, die zwei Teile des SSSD völlig unabhängig voneinander aufgebaut sind, kann die Auswerte-Software nicht wissen, wie viele Antennen im Hardware-Teil umlaufen! Das braucht sie auch nicht, da sie primär die Aufgabe hat, die Phasendifferenz zwischen dem Doppler-Ton (aus dem Empfänger) und der Referenzfrequenz (aus dem Antennensteuerteil) zu messen. Woher diese Signale kommen und wie sie erzeugt werden, ist der Software „egal“!
Also kann man im Hardware-Teil so viele Antennen umlaufen lassen wie man möchte, je mehr desto besser. Ein Hinweis für Minimalisten: Die Software arbeitet schon mit einer Antennensteuerschaltung ab 3 Antennen, siehe Flyer von PA3BNX!
Die „Kopplung“ der 2 Teile geschieht über die Referenzfrequenz (linker Stereo-Kanal des Laptops). Solange die Referenzfrequenz bei ca. 500 Hz liegt (erlaubter Bereich: 300 Hz .. 2,3 kHz), ist die Software zufrieden.
Damit durch den Doppler-Effekt am Empfängerausgang ein Doppler-Ton von 500 Hz entsteht, muß die Antennenumlauffrequenz fRot = 500 Hz betragen (Die aktive Antenne rotiert mit 500 Umdrehungen pro Sekunde!). Für den Phasenvergleich in der Software muß die Referenzfrequenz fRef auch 500 Hz betragen!
Funktionsweise des 4017-Zählers
Für ein zyklisches „Rotieren“ von 4 Antennen muß man das Zähler-IC dazu bringen, daß nach dem Ende des 4. Ausgangssignals (blaue Kurve) wieder die Antenne 1 (rote Kurve) aktiv wird. Dazu wird der 5. Ausgang (Q4) auf den RESET-Eingang (Pin 15) verdrahtet.
Bei mehr als 4 Antennen muß der Zähler „weiter laufen“, d. h. der Reset-Eingang ist mit einem Ausgang „weiter hinten“ zu verbinden. Bei 6 Antennen ist der nächste geradzahlige Abgriff bei Q6, bei 8 Antennen ist er bei Q8. Bei 10 Antennen werden alle 10 Ausgänge des 4017 genutzt. Der Zähler läuft „immer durch“, braucht also kein Reset-Signal.
Will man mehr als 10 Antennen ansteuern, dann braucht es weitere Zähler-ICs, die kaskadiert werden. Die folgende Tabelle deckt die Hardware für bis zu 32 Antennen ab, aber ich vermute mal, daß sich kein OM mehr als 16 Antennen aufs Dach bauen wird 😉. Die Schaltpläne für mehr als 16 Antennen sind also eher von akademischem Wert. Außerdem ist zu beachten, daß mit steigendem Antennenkreisdurchmesser der Doppler-Hub ansteigt und somit die Gefahr besteht, daß das ZF-Filter im Empfänger überfordert wird!
Wie schon weiter oben erwähnt, ist es für die Erzeugung der Referenzfrequenz technisch einfacher, eine gerade Anzahl von Antennen zu verwenden:
Für 12 bis 16 Antennen braucht man 2 Zählerbausteine, für 18 bis 24 Antennen 3 Zählerbausteine und für 26 bis 32 Antennen 4 Zählerbausteine, siehe obige Tabelle bzw. Schaltpläne.
Die Zählerkette ist endlos kaskadierbar: Der erste Zähler ist jeweils ein Sonderfall: Start mit Q0 = Antenne 1. Alle anderen Zähler werden mit je einem UND-Glied einfach „hinten angehängt“. Mit dieser Kaskade kann man pro 4017-Zähler-IC maximal 8 Antennen ansteuern, denn ab dem zweiten Zähler ist Q0 für die „Parkposition“ (Reset) reserviert und Q9 wird für die Freischaltung des nächsten Zählers (bzw. beim letzten Zähler für den Zyklus-Reset) gebraucht. Es läuft immer nur ein Zähler. Alle anderen Zähler erhalten keine Oszillator-Signale am CLK-Eingang.
Beispiel mit 12 Antennen
Am Ende des Halbzyklus versetzt sich das erste IC mit einem High-Signal an Q6 und ENA (ENA = enable) selbst in einen „Pausenmodus“. Gleichzeitig wird der zweite Zähler über das UND-Glied mit dem Oszillator verbunden. Das aktuell (noch) anliegende High-Signal vom Oszillator veranlaßt den zweiten Zähler von seiner „Parkposition“ Q0 auf Q1 zu springen: Nach Antenne 6 ist jetzt Antenne 7 aktiv.
Am Ende des Zyklus liefert der zweite Zähler über Q7 ein Reset-Signal an den ersten Zähler. Dieser wiederum gibt über Q1 ein Reset-Signal an den zweiten Zähler: Nach Antenne 12 ist jetzt wieder Antenne 1 aktiv.
Referenzfrequenz
Im Beispiel mit 4 Antennen ist jeweils alle 500 µs eine andere Antenne aktiv. Somit ist die Periode T genau 4 x 500 µs = 2 ms lang. Dies entspricht (mit f = 1 / T) einer Frequenz f = 500 Hz.
Das 500-Hz-Rechtecksignal kann man an zwei hintereinanderliegenden Ausgängen des Zähler-ICs abgreifen und mittels Dioden in einer ODER-Schaltung synthetisieren.
Das 500-Hz-Rechtecksignal kann man an zwei hintereinanderliegenden Ausgängen des Zähler-ICs abgreifen und mittels Dioden in einer ODER-Schaltung synthetisieren.
Immer wenn Ausgang 1 ODER Ausgang 2 ein High-Signal führt, wird auf den Referenzpunkt (grüner Punkt in der Schaltung von PA8W) ein High-Signal ausgegeben (vergleiche schwarzes Rechteck-Signal mit T = 2 ms). Allgemein gilt: Für die Generierung der Referenzfrequenz (Tastverhältnis 1:1) braucht es für die eine Hälfte der Periodendauer T ein High-Signal und für die andere Hälfte ein Low-Signal.
Für 4 bis 8 Antennen kann man dies mit Dioden realisieren. Für 10 Antennen liefert das 4017-IC selbst schon ein passendes Signal am CO-Ausgang (CO = Carry Out, siehe Datenblatt: Seite 2 oben rechts). Für 12 bis 16 Antennen kann man sich die Dioden sparen, wenn man stattdessen das „Pausensignal“ (ENA = Enable) vom ersten Zähler nutzt und die Ausgänge der beiden Zähler symmetrisch verteilt nutzt.
Für 18 bis 24 Antennen kann man sich die Dioden an einem 4017 sparen, wenn man stattdessen das „Pausensignal“ (ENA = Enable) vom mittleren Zähler nutzt. Bedingung: Beim letzten Zähler werden alle 8 Ausgänge genutzt. Die restlichen Ausgänge werden symmetrisch auf die ersten beiden Zähler aufgeteilt.
Der mit dem ENA-Eingang verknüpfte Ausgang bleibt nach seiner Aktivierung (für die Laufzeit des letzten Zählers) so lange auf High, bis der Zyklus-Reset alle Zähler zurücksetzt. Der Rest der Zykluszeit wird mittels Dioden (entsprechend der gewünschten Antennenanzahl) am „nachfolgenden“ (ersten) Zähler „aufgefüllt“.
Für 26 bis 32 Antennen wird das „Pausensignal“ des zweiten Zählers genutzt. Bedingung: Die aktiven Ausgänge der 4 Zähler sind symmetrisch „um die Mitte“ angeordnet. Ist Zähler 2 am Ende angelangt, dann geht das Referenzsignal auf High. Der Zähler „steht“, bis nach dem nächsten Zyklus-Reset.
Hinweis:
Man kann die 3 Dioden-UND-Gatter auch durch einen 4081er Logikbaustein ersetzen.
Oszillatorfrequenz
Die Schaltung verlangt am Referenzpunkt (grüner Punkt in der Schaltung von PA8W) ein Rechtecksignal mit ca. 500 Hz. Da sich je nach Anzahl der Antennen der Teilerfaktor des Zählers ändert, muß die Oszillatorfrequenz entsprechend angepaßt werden.
In Wikipedia findet man eine Formel, mit deren Hilfe man die Frequenz eines astabilen Multivibrators nährungsweise berechnen kann:
Die Formel beinhaltet außer R und C nur Konstanten. Man kann also die Bauteile von PA8W als Startwerte nehmen und mittels Dreisatzrechnung alle anderen berechnen, siehe Tabelle:
Hinweis:
Da alle nachfolgenden Zähler-ICs nur auf (steigende) Flanken reagieren, ist kein Tastverhältnis von 1:1 gefordert. Genauigkeit ist auch kein Thema: Die Oszillatorfrequenz muß nicht exakt 500 Hz betragen. Der von der Software akzeptierte Bereich geht von 300 Hz bis 2,3 kHz!
Den Oszillator kann man auch durch ein 555-Timer-IC ersetzen.
Übrigens, ein Symmetrier-Trafo ist bei Dipol-Antennen „extrem empfehlenswert“. Die Resistenz gegenüber Mehrwelleneinfall wird damit stark erhöht und somit die Peilgenauigkeit signifikant verbessert!
Zur Erinnerung:
Das Antennenfeld ist das wichtigste Teil in der Kette!
Keine noch so gute Software kann fehlerhafte Peilwerte wieder „geradebiegen“!