KORTEGOLF ONTVANGER
10 kHz - 30 MHz
(2002)

CLICK HERE FOR THE ENGLISH VERSION


De eenvoudige kortegolf ontvanger voor CW en SSB.

SSB en CW ontvanger 10 kHz tot 30 MHz
Deze ontvanger is gemaakt met gebruikmaking van de ervaringen met mijn eerste ontvanger. Deze nieuwe ontvanger heeft enkele verbeteringen en modificaties: Geen AM ontvangst
De ontvanger heeft geen AM ontvangst. Maar indien gewenst, kun je AM in SSB mode ontvangen. Het voordeel is dat er geen vervorming ten gevolge van selectieve fading is.
Spraak klinkt acceptabel, net zoals SSB, maar muziek klinkt als een oude 78 toeren grammofoon....

Eenvoud begint bij het blokschema!
Het is niet zo moeilijk om een ingewikkeld schema van een ontvanger op papier te zetten met alle toeters en bellen die je maar kunt bedenken. Veel moeilijker is het om keuzes te maken. Wat laten we weg en wat is echt nodig. Hoe meer je weglaat, hoe minder problemen je kunt verwachten met de constructie.


Blokschema

Een enkelsuper, een ladder filter, geen Midden Frequent en gewone onderdelen graag!
Dat zijn eigenlijk de basis principes voor deze ontvanger! Een dubbelsuper vergroot de kans op spurious signalen, problemen met spiegelfrequenties, extra filters en oscillatoren die ook nog eens allemaal afgeregeld moeten worden. Wij kiezen daarom voor een enkelsuper. Wanneer de MF frequentie boven de 30 MHz gekozen wordt dan ligt de spiegelfrequentie ver van de ontvangstfrequentie. Deze is daardoor makkelijk te onderdrukken met een laagdoorlaatfilter en een eenvoudige selectieve ingangskring. Hier is 36 MHz gekozen, maar 48 MHz werkt ook prima. Voor het ladder filter kunnen we dan goedkope overtone kristallen gebruiken. In het laagfrequent gedeelte brengen we wat extra audio filters aan om de selectiviteit vooral voor CW wat te verbeteren.
De VFO loopt van 36 tot 66 MHz, een speciale stabilisatie schakeling zorgt voor prima stabiliteit. Wel is de VFO door het grote bereik niet echt ruisarm maar goed genoeg voor een heel behoorlijke ontvanger.
Na het ladder filter van 36 MHz volgt direct de BFO. Geen MF met mogelijke oscillatie problemen enzovoorts. Alle versterking en ook de AVR (Automatische Versterkings Regeling) vindt dus op laagfrequent niveau plaats. Dat is minder kritisch voor wat betreft ontwerp en constructie en ook nog eens eenvoudig met simpele middelen te testen en controleren!

Lower Side Band en het ladder filter
Wat een pech dat die amateurs nu weer LSB moeten gebruiken beneden de 10 MHz. En dat houden ze maar stug vol.... Helaas is de zijband onderdrukking van een ladder filter veel slechter wanneer de BFO frequentie aan de onderkant van het filter ligt, zoals hier nodig is voor LSB ontvangst. Maar ook daar hebben we een oplossing voor. We laten de VFO namelijk beginnen bij 26 MHz in plaats van 36 MHz. Voor LSB ontvangst stemmen we dit VFO vervolgens af beneden de 36 MHz in plaats van erboven en hebben we ook voor LSB een goede zijband onderdrukking. Bij deze ontvanger zul je dan ook tevergeefs naar een USB/LSB schakelaartje zoeken!


Een ladder filter met 48 MHz kristallen in USB mode, de BFO frequentie ligt aan de bovenkant van het filter. De bovenste trace is de filterkromme, de onderste de onderdrukte zijband.
Hetzelfde ladderfilter maar nu met de BFO frequentie aan de onderkant van het filter zoals nodig is voor LSB ontvangst. De zijband onderdrukking is nu veel slechter!

De details nader bekeken
Probeer niet deze ontvanger exact na te bouwen. Natuurlijk kan dat, maar aarzel niet je eigen ideeën en verbeteringen te realiseren en onderdelen te gebruiken die je nog hebt of beter bij je werkwijze passen.


HF circuit

HF versterker en preselector
Eenvoudige transistortjes, een afgestemd kringetje, een laagdoorlaatfilter voor een betere onderdrukking van de spiegelfrequentie. Ook is er een extra notchfilter voor het onderdrukken van 36 MHz signalen. Ach, eigenlijk valt er niet veel van te zeggen, het werkt gewoon. Uiteraard is er ook de onmisbare ingangsverzwakker. Gebruik deze s’avonds op 40 en 30 meter om oversturing te voorkomen. De gevoeligheid is ook met de maximale 18 dB verzwakking nog prima op deze banden.

Mixer met transistoren
Mijn eerste ontvanger had een SL6440 IC als mixer. Geweldig goed! Maar hier was dat niet de bedoeling. Ik was nieuwsgierig naar het gedrag van een doodgewone ouderwetse mengtrap met transistoren, wilde tevens standaard onderdelen gebruiken en dus werd het deze mixer. Het werkt heus wel goed maar wanneer er iets te verbeteren valt dan zou ik hier beginnen. Vervang hem door een NE612 of beter, een SL6440. Je hebt dan een dubbel gebalanceerde mixer in plaats van een enkel gebalanceerde mixer. Het intermodulatie gedrag, de onderdrukking van 36 MHz signalen via de antenne ingang en ook de buffering van de VCO zijn dan beter.
De 820 ohm weerstand tussen HF versterker en mixer kan misschien worden weggelaten. Maar zonder deze weerstand veroorzaakte een signaal van 10 dBm op de ingang van de ontvanger zoveel verstoring richting VCO dat deze van frequentie versprong.... Deze signaalsterktes komen alleen voor wanneer je op een tweede antenne je eigen zender inschakelt.


Het 36 MHz ladder filter afgeregeld op maximale zijband onderdrukking, 40 dB op 600 Hz. De bovenste trace is de filterkromme, de onderste de onderdrukte zijband.
Het 36 MHz ladder filter afgeregeld op optimale vlakheid. De zijband onderdrukking is nu minder maar altijd nog 25 dB op 600 Hz.

Ladder filter
Het ladder filter is opgebouwd uit 5 kristallen van 36 MHz die via 40 pF trimmers met elkaar verbonden zijn. Waarschijnlijk moet je een beetje geluk hebben met de nauwkeurigheid en kwaliteit net zoals dat geldt voor alle andere dingen in het leven. Met de trimmers kun je de banddoorlaat afregelen op maximale zijband onderdrukking of optimale vlakheid van het filter. Het afregelen kun je het eenvoudigst doen met een ruisbron en een audio spectrum analyzer programma via de PC geluidskaart. Na het ladder filter volgen twee anti parallel geschakelde dioden als begrenzer voor sterke stoorpieken.

BFO en laagfrequent voorversterker
De BFO is zeer eenvoudig: twee anti parallel geschakelde dioden. Deze mixer is ook bekend als de Poljakov mixer of de RA3AAE mixer. Hij is bewust geselecteerd omdat de injectie frequentie de helft is van het 36 MHz signaal oftewel 18 MHz. Er kan nu een grondtoon kristal gebruikt worden voor de BFO. Een oscillator met een grondtoon kristal is veel eenvoudiger te realiseren en kan veel makkelijker op de juiste frequentie worden gezet dan een oscillator met een overtone kristal. De goede werking van zo’n mixer is afhankelijk van het (sinusvormige!) oscillatorsignaal. Stel de 1k weerstand in op maximaal audio niveau bij ontvangst van een CW signaal.
Na de BFO volgt een LF versterker om het signaal eerst wat op te krikken alvorens de audio filters weer wat ruis gaan toevoegen. Door het wijzigen van de waarde van de 47 ohm emitter weerstand kan de versterking naar je eigen wensen worden ingesteld.


Het audio deel

Audio filters
We beginnen met een laagdoorlaat filter van 2250 Hz om de hoge tonen en de ruis uit de voorversterker wat extra te verzwakken. Aan de uitgang hebben we dan een prima signaal voor SSB ontvangst.
Voor CW ontvangst heb ik in andere ontwerpen vaak een vrij smal filter toegepast. Werkt prima en is zeker aan te raden indien je een goede selectiviteit wilt. Maar deze ontvanger is meer bedoeld voor "easy listening": Zet hem ongeveer op de QRP frequentie en luister naar de diverse signalen. Daarom is hier een wat breder filter gekozen bestaande uit een 600 Hz high pass filter en een 800 Hz low pass filter. De -3 dB punten liggen ongeveer op 500 en 1000 Hz, 2000 Hz is al 24 dB zwakker, best een lekker filtertje om prettig mee te luisteren.

AVR en laagfrequent versterker
De BF256 fet zorgt voor de AVR en ook voor het muten tijdens het zenden. De ontvanger bevat hier en daar mute schakelingen en een side tone schakeling om hem tezamen met een zender te kunnen gebruiken. Kun je gerust weglaten, ik heb het zelf nog niet eens uitgeprobeerd en kan een goede werking dus niet garanderen.
Na de fet volgt de eerste audio trap IC5B, de volume potentiometer met twee anti parallelle begrenzingsdioden en het eindversterkertje de LM386. IC5A is de versterkertrap voor het AVR signaal met daarachter de audio detector. De AVR werkt niet bij zwakke signalen. Een voordeel vind ik dat de ontvanger veel rustiger klinkt en de kamer niet met ruisgeluiden vult wanneer er geen signaal ontvangen wordt. De werking kun je zelf nog enigszins beïnvloeden door het wijzigen van de versterking van IC5A (wijzigen van de 330k weerstand tussen pin 1 en 2). Mocht de AVR heel irritant "ploppen" dan kan een weerstand van 470 - 680k vanaf de ingang (470 ohm, 470k ohm, fet, 1nF knooppunt) naar massa verbetering brengen. Hierdoor wordt het instelpunt gewijzigd.
De IF potentiometer zit hier in het laagfrequent gedeelte (er is immers geen middenfrequent versterkertrap) maar de werking kun je vergelijken met die van de middenfrequent versterkingsregelaar in een "normale" ontvanger.


VFO

Het moeilijkste bewaard voor het eind, de VFO
Inderdaad, ik heb er nu drie gebouwd maar moet altijd weer diep nadenken om te begrijpen "hoe het ook alweer werkte". Het principe is afgeleid van een ontwerp van een all band QRP zender van PA0KSB dat al eens in een nieuwsbrief heeft gestaan. Je zult het nooit in een professioneel ontwerp tegenkomen, het is alleen geschikt voor amateur gebruik!
Eerst even een opmerking: Mocht het niet goed werken, probeer dan eens een weerstand van 4k7 - 2k2 aan te brengen tussen pin9 van IC1D en de +5V, zeker wanneer je een TL072 gebruikt in plaats van de TLC272. Het instelpunt ligt namelijk wat dicht bij de nul volt.

Hoe werkt die VFO?
Vele kleine afstembereiken (23.6 kHz op 10 kHz en 52 kHz op 30 MHz) kunnen met de 10 turn potentiometer worden afgestemd. Je hebt dus een prima bandspreiding van 2.36 tot 5.2 kHz per omwenteling! Druk op de up/down schakelaartjes om naar het eerstvolgende kleine afstembereik te gaan. Voor grote frequentie wijzigingen moet je S1 in de stand grof (coarse) zette en kun je met de 10 turn potentiometer grof afstemmen. Zonder deze voorziening zou je maar liefst 1000 keer op de up toets moeten drukken om de ontvangstfrequentie van 10 kHz naar 30 MHz te wijzigen!!

Het systeem is gebaseerd op een frequentie lock schakeling met een sampler, een VCO (Voltage Controlled Oscillator) en een VXO (Variabele Xtal Oscillator). Harmonischen van de (VCO/16384) worden gelocked aan de VXO. De frequentie van de VXO is 8867 kHz maar je kunt gerust een andere frequentie kiezen. De frequentie variatie van de VXO is ongeveer 7 kHz. Wanneer je een afstembereik wilt berekenen kun je de volgende formule gebruiken:

(VXO frequentie variatie) x (VCO frequentie) / (VXO frequency)

Je ziet dus dat de grootte van het frequentie bandje dat met de 10 turn potentiometer kan worden afgestemd, afhankelijk is van de VCO frequentie.
De maximale uitgangsfrequentie van IC4 (hier 4028 Hz) moet aanzienlijk kleiner zijn dan de 7 kHz VXO variatie voor een goede werking.
Voor het afregelen van de regellus weerstand (de potentiometer van 100 ohm) heb je geen meetinstrumenten nodig, dit kan zelfs beter op het gehoor gebeuren dan met meetinstrumenten! Stem de ontvanger af op een sterk en schoon CW signaal op een lage frequentie ergens beneden de 3 MHz. Regel de 100 ohm weerstand zodanig af dat je een volledig vervormingsvrij signaal hoort zonder "bijgeluiden". Hele kleine bijgeluidjes waren eerder hoorbaar dan zichtbaar op de oscilloscoop!

De Up/Down schakelaartjes van de VFO
Even een belangrijke opmerking: De UP schakelaar werkt alleen indien de VXO op een hoge frequentie staat afgestemd, dus in het bovenste deel van het 7 kHz bereik. Voor de DOWN schakelaar geldt het omgekeerde, die werkt alleen indien de VXO op een lage frequentie staat afgestemd.
Wanneer je een schakelaartje drukt dan kan de regellus de snelle frequentie wijziging niet volgen en zal hij gaan locken op een volgende harmonische relatie van het gedeelde VCO signaal en de VXO. Bij het loslaten van het schakelaartje keert de VXO langzaam terug op zijn frequentie en nu kan de regellus deze langzame verandering wel volgen.
Soms gebeurt het dat de VCO (niet erg stabiel) lockt terwijl er een rimpelspanning op de regellus staat. Dit kun je oplossen met enige DC offset door de 10k potentiometer een beetje te verdraaien.


De frequentie counter.

Frequentie uitlezing
Iedere frequentie teller die je met een offset van 36 MHz kunt programmeren is bruikbaar. Zelfs de eenvoudige schakeling met maar één 7 segments display.... Hoe werkt dat? We nemen als voorbeeld de frequentie 14062,3 kHz. In de MHz stand wordt dan weergegeven:

"1" wordt weergegeven gedurende 250 milliseconden.
" " display is uit gedurende 80 milliseconden.
"4" wordt weergegeven gedurende 250 milliseconden.
" " display is uit gedurende 80 milliseconden.
"0" wordt weergegeven gedurende 250 milliseconden.
En na een meettijd van 500 ms wordt de "140" weer getoond.

In de kHz stand wordt dan weergegeven:

"6" wordt weergegeven gedurende 250 milliseconden.
" " display is uit gedurende 80 milliseconden.
"2" wordt weergegeven gedurende 250 milliseconden.
" " display is uit gedurende 80 milliseconden.
"3" wordt weergegeven gedurende 250 milliseconden.
En na een meettijd van 500 ms wordt de "623" weer getoond.

De schakeling met de 74HC4066 is aangebracht om ook de frequentie van een zender uit te kunnen lezen. Het is de bedoeling dat de zender tezamen met een HF signaal een gelijkspanning op de TX ingang zet waardoor de frequentie teller omgeschakeld wordt. Die zender is echter nog een toekomstproject, de behuizing ligt hier al jaren klaar in de kast....


De start van het ontvanger project.
Schetsjes en wat componenten. Zal het ooit werken?

Nog wat afregeltips
Regel de trimmers van het 36 MHz reject filter af op maximum verzwakking van een 36 MHz signaal wanneer de ontvanger in de 10 meter band staat afgestemd.
Regel de 100 ohm instel potentiometer van de mixer af op minimale ruis bij een ontvangst frequentie beneden de 100 kHz. Het afregelen van het ladderfilter is wat moeilijker. Begin met het afregelen op maximale ontvangst van de trimmers aan de ingang en uitgang en zet de vier andere trimmers op de helft van hun waarde. Schakel de AVR uit.
Verbind vervolgens de luidspreker of telefoon via een 10k weerstand met de geluidskaart van de PC waarop je een audio spectrum analyzer programma hebt geïnstalleerd.
Door het verstemmen over een CW signaal (bijvoorbeeld de 10 MHz klokfrequentie van de frequentie teller) kun je zien hoe het niveau varieert bij de diverse audio toonhoogtes. Ook kun je gebruik maken van een ruisbron maar dan weet je niet hoe de onderdrukking van de ongewenste zijband is.
Nu is het de kunst om de trimmers zodanig af te stellen dat je een goede filter kromme hebt en een goede zijband onderdrukking. Vergeet niet om steeds de 18 MHz BFO oscillator op de flank van het filter af te regelen.
Nou, na zo’n 2 uur prutsen had ik een filter dat een beetje is geoptimaliseerd voor CW en een vrij goede zijband onderdrukking heeft.


Het SSB filter (groen) en
de onderdrukte zijband (oranje).
Het CW filter (groen) en
de onderdrukte zijband (oranje).

Resultaten
De ontvanger werkt echt! Er zijn al vele plezierige uren doorgebracht met het luisteren naar deze ontvanger. Hoewel hij niet zo goed is als een echte dure commerciële ontvanger is er toch veel DX mee gehoord op alle amateur banden. De selectiviteit en gevoeligheid zijn goed, het afstemmen is heel comfortabel. De CW en SSB filters voldoen prima, het CW filter klinkt niet "smal". Ook de AVR werkt goed alhoewel het regelbereik wat beperkt is, bij sterke signalen moet de HF verzwakker worden gebruikt om het signaal binnen het AVR bereik te krijgen.
Omdat de mixer niet super goed is moet s’avonds op 30 en 40 meter de HF verwakker worden gebruikt. Maar zelfs met de maximale verzwakking van 18 dB is de gevoeligheid op deze banden nog voldoende. En het voordeel is dat je derde intercept point ook met 18 dB verbeterd!

Natuurlijk was er ook een foutje: de 56k en 10k weerstanden van het under-voltage circuit van de frequentie teller waren verwisseld (het schema klopt, maar op de foto staan ze verkeerd). Het gevolg was dat de EEprom waarden soms wijzigden bij het uitzetten van de ontvanger.

Frequentie3525 kHz10125 kHz28125 kHz
Gevoeligheid (SSB)-130 dBm-131 dBm-123 dBm
3rd IP (-50 / -100 kHz)-4.5 dBm-10.5 dBm+1.5 dBm

Supply current 100 to 150 mA

SOFTWARE VOOR DE FREQUENTIE TELLER

"FREQRX02.ZIP" MET "FREQRX02.ASM" OM DE FREQUENTIE TELLER TE PROGRAMMEREN

FOTO'S


Bovenaanzicht van de binnenzijde.


Onderaanzicht van de binnenzijde.


HF voorversterker, mixer met trifilair gewikkelde spoel op een plastic asje (Geen ferriet!)
ladder filter, BFO met Poljakov (RA3AAE) mixer, LF voorversterker


De frequentie teller met SMD chips.
Voordat de chips werden gemonteerd, zijn dunne draden aan de pennetjes gesoldeerd.
Tijdens het solderen van zo'n dun draadje, werd het pennetje met aluminium folie van de naastliggenden gescheiden.
De SMD chips zijn op een stukje hout (van een lucifer) gelijmd dat weer op de print gelijmd werd.
Stukjes van een lijmstaafje van een lijmpistool werden gebruikt om de weerstanden enz. vast te lijmen.
(Smelt de stukjes met de soldeerbout).


Achterkant van de ontvanger

Index PA2OHH