VERBETERE 30 METER ONTVANGER VOOR
LAAGVERMOGEN QRSS BAKENS EN PSK31

(2009)

CLICK HERE FOR THE ENGLISH VERSION

Heel laag vermogen QRSS bakenzenders ontvangen
Het klinkt ongelooflijk, maar tijdens de vakantie in Spanje was het gelukt om met een heel eenvoudige directe conversie ontvanger een 10 milliwatt bakenzendertje te ontvangen dat in Nederland stond!
Er is een groep radio amateurs die met heel kleine vermogens experimenteert. Dat kan door een lage seinsnelheid te gebruiken. QRS betekent "verlaag uw seinsnelheid". Met die extra S van QRSS willen ze aangeven dat het echt een heel lage seinsnelheid is. Een "punt" duurt 3 of 10 seconden. De meeste activiteit vindt plaats in een bandje van slechts 100 Hz, namelijk van 10140.0 tot 10140.1 kHz in de 30 meter amateurband. De signalen zijn zo zwak dat je ze niet kunt horen. Maar je kunt ze wel zien op het beeldscherm van de PC. Het audio signaal van de ontvanger wordt namelijk op de geluidskaart van de PC aangesloten en met een speciaal daarvoor ontworpen software programma kun je bandbreedte's realiseren van 0.3 Hz of minder.


Van dubbelzijband naar enkelzijband! De verbeterde ontvanger
onderdrukt de ongewenste zijband door middel van de fase methode.

Van dubbelzijband naar enkelzijband en van 10 milliwatt naar 1 milliwatt
Met 10 milliwatt in de 30 meter amateurband was het experiment gelukt. En dus moest het nu met 1 milliwatt geprobeerd worden, oftewel nog een factor 10x dus 10 dB lager. Dat is maar liefst 1000x lager dan het vermogen van 1 watt van mijn kleine QRP transceiver!
Er is 3 dB winst te realiseren wanneer de directe conversie ontvanger omgebouwd wordt van een dubbelzijband naar een enkelzijband ontvanger, omdat de ruis van de niet gebruikte zijband dan onderdrukt wordt. En 5 dB winst door het software programma ARGO met een dotlengte van 10 seconden te laten ontvangen in plaats van 3 seconden. Dat zou totaal 8 dB opleveren, bijna de 10 dB die we in vermogen omlaag gegaan zijn. Dat moet dus lukken!
Er was nog redelijk wat ruimte in het plastic kastje van de eenvoudige directe conversie ontvanger. En zo ontstond het idee om deze simpele ontvanger door middel van de fase methode om te bouwen tot een enkelzijband ontvanger. Dat kost maar een paar euro en weinig moeite.

Het bakenzendertje werd aangepast. De tijden werden wat verlengd en ook het vermogen werd aangepast. Tijdens de lage shift is het vermogen 1 milliwatt, tijdens de hoge shift nog lager, 0.1 milliwatt. En nu maar eens zien of we die 1 milliwatt en 0.1 milliwatt op vakantie in Spanje zouden kunnen ontvangen met het gemodificeerde ontvangertje. Hieronder het resultaat.


Het bakensignaal met een shift van 4.2 Hz, 10 s lage shift met 1 mW vermogen.
Het 1 mW bakentje kon dus nog worden ontvangen op een afstand van 1650 km!
Er is zelfs nog een heel zwak spoortje te zien van de 13 s hoge shift met 0.1 mW.

Natuurlijk moet alles meezitten. De condities moeten net even pieken, de storingen moeten net even dippen, je moet net op het juiste moment toevallig even zitten te luisteren, de frequentie drift van de zender en ontvanger moeten even minimaal zijn. Alleen op die optimale momenten kun je het zwakke signaaltje ontvangen. Het is belangrijk dat de ontvanger met een nauwkeurigheid van plus of min 30 Hz op de frequentie van het bakenzendertje is afgestemd, zodat je op dat optimale moment wel op de goede frequentie zit te kijken.


Hier een registratie over 8 minuten. Helaas was er die avond veel QRN, anders
was het 4.2 Hz hogere 0.1 mW signaal misschien duidelijk zichtbaar geweest!

Gemodificeerde ontvanger met zijband onderdrukking
Met behulp van de fase methode kon de directe conversie ontvanger vrij eenvoudig worden omgetoverd in een enkelzijband ontvanger. In plaats van 1 zijn er 2 mixers nodig en een paar fase netwerkjes in het HF en LF deel. Omdat het te ontvangen bandje van 10140.0 MHz tot 10140.1 MHz maar 100 Hz breed is, kunnen we een heel eenvoudig LF fase netwerk gebruiken bestaande uit een condensator en een weerstand. Gelukkig maar, want er is maar weinig ruimte in het kastje. En de ontvanger moet uit batterijen gevoed worden, deze fase netwerkjes nemen geen stroom. Een breedband 90 graden fase netwerk in het audio deel met op-amps was daarom niet mogelijk.


Blokschema. Door de fase netwerken wordt uiteindelijk 1 zijband onderdrukt.
De Poljakov mixers werken met een oscillator signaal op de halve frequentie.

Schema beschrijving van de ontvanger
Een deel van deze beschrijving is natuurlijk een herhaling van de beschrijving van de eerste versie van de ontvanger.
We beginnen met de HF versterkertrap en HF fase netwerken. L2 bestaat uit 20 windingen op een houten vierkant stokje van 8x8 mm met een aftakking op 2 windingen vanaf de massa naar de basis van T1. De antenne koppelwikkeling L1 van 2 windingen is op het midden van L2 gewikkeld. De (instel)potentiometer P3 van 1k is de HF regeling die je kunt gebruiken om oversturing in de avonduren te voorkomen. Vaak hoor je dan de gedetecteerde AM signalen van omroepstations. Draai P3 dan wat terug, deze signalen verdwijnen dan terwijl de gevoeligheid nog voldoende is. P3 kan een instelpotentiometer zijn, want hij wordt maar een heel enkele keer opnieuw afgeregeld.
Vanwege de eenvoud is voor T1 een gewone LF transistor gebruikt. Na T1 is een extra transistor T2 aangebracht die de hoge uitgangsimpedantie van de collector van T1 naar omlaag transformeert. De fase netwerkjes zouden anders de uitgang van de versterkertrap met T1 teveel belasten. Ook geven de fase netwerkjes wat extra verliezen. Door T2 toe te voegen krijgen we dus een lage uitgangsimpedantie van de HF trap en wat extra versterking.
Tussen de HF versterkertrap en de mixer vind je de twee 45 graden HF fase netwerken, die met de trimmers op het gehoor worden afgeregeld. Hiervoor moet je een signaal hebben dat op de ongewenste zijband zit en dan de trimmers afregelen op maximale onderdrukking (minimaal signaal). Dit moet je een paar keer herhalen omdat ze elkaar beinvloeden.


Circuit diagram
big diagram

Mixer en LF fase netwerken
De mixer is een zogenaamde RA3AAE mixer of Polajkov mixer. Deze werkt met een oscillatorsignaal op de halve ontvangstfrequentie. En dat is die van een goedkoop, makkelijk verkrijgbaar 5068.8 kHz kristal. Het niveau van het oscillator signaal is erg belangrijk en kan op het gehoor met P2 worden ingesteld.
Met P1a en P1b en een juiste instelling daarvan op het gehoor is de ongevoeligheid voor sterke AM signalen aanzienlijk te verbeteren.
Na de mixer en de HF ontkoppel netwerkjes, bestaande uit weerstanden van 2200 ohm en condensatoren van 10 nF, vind je de LF fase netwerkjes. Ze bestaan elk uit een condensator van 10 nF en een weerstand van 10k. Deze zijn hier gedimensioneerd voor 1550 Hz, dat is het midden van de 10140.0 - 10140.1 MHz band in mijn ontvanger. Voor andere frequenties moet je ze aanpassen.

VXO
De kristal oscillator werkt dus ongeveer op 5068.8 kHz, iets naast de halve ontvangstfrequentie. De exacte waarde is niet belangrijk, deze wordt tijdens de kalibratie bepaald en gecorrigeerd in de software. Door een schakelaar die een serie condensator met het kristal in- of uitschakelt, kan de frequentie wat verhoogd worden zodat je ook PSK31 stations kunt ontvangen die op hogere frequenties werken.

Temperatuurstabilisatie
Met een NTC weerstand en een varicap diode werd een temperatuurcorrectie ontworpen en kon het verloop verminderd worden tot minder dan 5 Hz tussen de 10 C en 30 C. Voor een frequentie drift correctie naar beneden moet de NTC weerstand aangesloten worden volgens het schema, voor een correctie naar boven moeten de NTC weerstand en 68k weerstand verwisseld worden. Natuurlijk kun je ook een NTC weerstand met een andere waarde nemen. Verwissel de 68k weerstand dan voor eentje met een waarde gelijk aan de NTC. Vergroten van Cx en verkleinen van Cy vergroot de correctie, verkleinen van Cx en vergroten van Cy verminderd de correctie. Het vinden van de juiste waarde is een kwestie van uitproberen en een aantal keren afkoelen en opwarmen van de ontvanger.


Frequentie karakteristiek (oranje lijn) en zijband
onderdrukking (verschil tussen oranje en groene lijn).

Zijband onderdrukking
De oranje lijn is de frequentie karakteristiek van de ontvanger. Hij is vrij breed, bij 5 kHz is hij ongeveer 10 dB ongevoeliger geworden, bij 10 kHz ongeveer 20 dB. De groene lijn is de ongewenste zijband. Het verschil tussen de oranje en groene lijn is de zijband onderdrukking. Het bandje van 10140.0 tot 10140.1 MHz wordt naar de audio band 1500 - 1600 Hz gemengd. Zoals je hieboven ziet, is de onderdrukking in dit bandje ondanks de eenvoudige fase netwerkjes toch nog 30 dB. En in een 500 Hz band rondom deze frequentie nog 20 dB. Genoeg om de ruis te onderdrukken en de gevoeligheid met 3 dB te verhogen. Maar niet genoeg om sterke signalen te onderdrukken. Gelukkig komt dit laatste bijna nooit voor.

Afregeling van de ontvanger
De ingangskring wordt op het gehoor afgeregeld op maximale gevoeligheid.
De temperatuurscorrectie wordt afgeregeld door opwarmen en afkoelen met het uitproberen van verschillende waarden voor Cx en Cy.
Het oscillator niveau regel je met P2 op het gehoor af op maximale gevoeligheid. Regel het vervolgens een beetje hoger op totdat de gevoeligheid iets slechter wordt. Dan is de onderdrukking van AM omroepstations beter.
De potentiometers P1a en P1b regel je met een sterk AM signaal in de 10 MHz omroepband af op maximale onderdrukking voor AM detectie. Dit gaat het best met een (eenvoudige) AM gemoduleerde signaalgenerator.
De twee 45 graden fase netwerken, worden met de trimmers op het gehoor afgeregeld. Hiervoor moet je een signaal hebben dat op de ongewenste zijband zit en dan de trimmers afregelen op maximale onderdrukking (minimaal signaal). Dit moet je een paar keer herhalen omdat ze elkaar beinvloeden. Eventueel kun je de zijband onderdrukking optimaliseren door de weerstandswaarden van de LF fase netwerkjes iets te wijzigen (kleine serieweerstand) en vervolgens de trimmers in de HF fase netwerkjes opnieuw af te regelen.

Software
Over QRSS en software is heel veel te vinden op internet. Ik gebruik ARGO van Alberto, I2PHD en Vittorio, IK2CZL. Ook gebruik ik Spectran, omdat je daarbij de mogelijkheid hebt om het ontvangen signaal te beluisteren. Met mijn laptop kan ik het ingangssignaal van de soundcard namelijk niet meer rechtstreeks doorlussen naar de ingebouwde luidsprekers. Wanneer je de microfooningang van je PC gebruikt, moet je de 20 dB boost uitschakelen. Mocht het audio signaal van de ontvanger te sterk zijn, dan kun je de 10k weerstand in de basis van T5 verhogen naar 47k. Voor het uploaden van de screenshotjes gebruik ik Argo Upload van Rik Strobbe (ON7YD). Zo is het mogelijk om via internet te bekijken wat de ontvanger thuis allemaal ontvangt. Zo nu en dan kun je mijn ontvangen ARGO beelden direct op internet bekijken op grabber.htm, de beelden worden ongeveer iedere minuut vernieuwd.

Nog enkele resultaten
Hoewel er aardige resultaten mee bereikt zijn, is het niet zo'n heel goede ontvanger. Vaak moet de HF regeling wat teruggedraaid worden vanwege de AM detectie van sterke omroepstations. En het audio is veel te breed. Voor echt goede resultaten moet er een betere ontvanger gebouwd worden. Maar die is dan ook veel ingewikkelder!
Maar de gevoeligheid is goed, met ARGO en een dotlengte van 3 seconden kon een signaal van -140 dBm nog goed worden gedetecteerd. Ook neemt de ruis zichtbaar en hoorbaar toe bij het aansluiten van de antenne, zelfs bij enige HF verzwakking. Hieronder nog enkele ontvangstresultaten.


VE1VDM met 100mW duidelijk zichtbaar de Atlantische Oceaan over.
Met veel onhoorbare maar wel zichtbare storing van een televisie ontvanger!


PA3GFE, ontvangen tijdens de vakantie in Spanje (IM98WU).


TERUG NAAR DE INDEX PA2OHH