EENVOUDIGE 30 METER ONTVANGER VOOR
LAAGVERMOGEN QRSS BAKENS EN PSK31
(2009)

CLICK HERE FOR THE ENGLISH VERSION


I0/N2CQR, een 20 milliwatt baken in Rome!
Absoluut onhoorbaar, maar heel goed zichtbaar!

Heel laag vermogen QRSS bakenzenders ontvangen
Er is een groep enthousiaste 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. Dit bandje is de helft van een smal CW filter van 200 Hz en net breed genoeg voor 1 CW signaal. Maar er passen wel 20 QRSS bakentjes in. Natuurlijk is ons oor volledig ongeschikt om in dat 100 Hz bandje al die signaaltjes van elkaar te scheiden en uit de ruis te filteren. Maar onze ogen kunnen dat wel! Op het beeldscherm van de PC kun je al die signaaltjes, gedetecteerd door de speciale software, prima onderscheiden. 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.


De eenvoudige ontvanger voor 30 meter QRSS bakens en PSK31. Hiermee wilde
ik tijdens de vakantie het 10 milliwatt bakenzendertje proberen te ontvangen!

Experimenten met een 10 milliwatt QRSS bakenzendertje
Ik wilde proberen om een bakenzendertje van 10 milliwatt te bouwen en dat tijdens mijn vakantie in Spanje te ontvangen. Het lijkt onmogelijk en vroeger toen we CW alleen op het gehoor konden ontvangen, was dat ook onmogelijk. Laag QRP vermogen van 1 watt is al 100x lager dan de 100 watt die een normale amateur gebruikt. En die 10 milliwatt is nog een keer een factor 100x lager, dus 10000x lager dan de gebruikelijke 100 watt! Vergeleken bij de 10 milliwatt van het bakenzendertje is mijn kleine 1 watt QRP transceiver ineens een enorme hoogvermogen QRO zender geworden! De portabele kortegolf ontvanger was niet stabiel genoeg. Ook de frequentie aanduiding was te onnauwkeurig. Om het signaal terug te vinden is een afwijking van minder dan 30 Hz zeer gewenst. Daarom werd een heel eenvoudig ontvangertje gebouwd dat kristalgestuurd werkte. Dit ontvangertje is frequentie stabiel en ging mee op vakantie naar Spanje, terwijl in Nederland het 10 milliwatt bakentje op telefonisch verzoek zou worden ingeschakeld.


Het 10 mW bakensignaal, 8 s hoog, 6 s laag met een shift van 4 Hz.
Het kon dus worden ontvangen op een afstand van 1650 km!

Zoals je hierboven en hieronder ziet, lukte het inderdaad om op een afstand van 1650 kilometer het 10 milliwatt bakentje te ontvangen met een heel eenvoudig ontvangertje! Ongelooflijk! De verticale korte zendantenne heeft een slecht rendement, de centrale verwarming wordt als aarde gebruikt. En die slechte antenne zit ook nog eens direct achter het dak met isolatie platen met metaalfolie. En in Spanje zat er een berg richting Nederland. Na een 2100 kilometer lange autorit van 2 dagen zaten we nog steeds binnen het bereik van het 10 milliwatt bakenzendertje!


Hier een registratie over 8 minuten met een nog kleinere bandbreedte.
Absoluut onhoorbaar, maar die 10 milliwatt was vaak goed zichtbaar!

Vergelijking QRSS met CW
Er werd een test gedaan om QRSS te vergelijken met CW op het gehoor. Eerst werd het signaal van een HF signaal generator zo ingesteld, dat langzaam geseind CW nog net op het gehoor genomen kon worden. Bij 3 seconde "punt" lengte werd het QRSS signaal, gedetecteerd met het programma ARGO, zodaning verlaagd dat het nog goed zichtbaar was. Het verschil bleek ongeveer 17 dB (50x) te zijn. Dit getal hebben anderen ook gevonden. Het 10 milliwatt QRSS signaal van het bakenzendertje is dus vergelijkbaar met een 500 mW CW signaal. Maar in de praktijk is het verschil vaak veel groter. Die 17 dB geldt voor CW signalen in de ruis. In de praktijk heb je met CW vaak veel meer last van andere zenders vlak naast je frequentie dan van de ruis. Dat probleem heb je met QRSS niet. Door de kleine bandbreedte worden zendsignalen vlak naast je ontvangstfrequentie volledig onderdrukt.


Onze oude ontvangers zijn totaal ongeschikt voor de ontvangst van QRSS
vanwege onvoldoende frequentie nauwkeurigheid en stabiliteit.

Schema beschrijving van de ontvanger
Heel goed verkrijgbaar zijn kristallen van 5068.8 kHz, oftewel vlak naast de halve ontvangstfrequentie van 10140 kHz. Daarom is gekozen voor een ontvangertje volgens het ontwerp van de eenvoudige ontvanger. Hiervan werkt de local oscillator voor de mixer namelijk op de halve ontvangst frequentie. En het is een ontvanger zonder moeilijke componenten met redelijke prestaties. Ook heb ik eens gehoord dat kristallen met een frequentie in de buurt van 5 MHz het meest temperatuurstabiel zijn. Dat is belangrijk. Wanneer je met bandbreedtes van 0.3 Hz werkt is zelfs een kristal oscillator erg onstabiel. Even blazen in de ontvanger en hij is een hele tijd onbruikbaar vanwege de frequentie drift!


Circuit diagram
big diagram

HF versterkertrap
Vanwege de eenvoud is voor T1 een gewone LF transistor gebruikt. De ingangskring wordt op het gehoor afgeregeld op maximale gevoeligheid. 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. Het kan een instelpotentiometer zijn, want hij wordt maar een heel enkele keer opnieuw afgeregeld.

RA3AAE mixer
Een van de diodes geleidt gedurende de positieve helft van de sinus van het VXO signaal, de andere diode gedurende de negatieve helft. Maar vanwege de drempelspanning van de dioden geleiden ze alleen in de toppen van de sinus en niet rondom de nuldoorgangen. Ze gedragen zich dus als een schakelaar die 2x aan/uit schakelt tijdens 1 sinusperiode van het VXO signaal. Daarom werkt de VXO op de halve ontvangstfrequentie! En laat dat nu net de frequentie zijn van het goedkope, makkelijk verkrijgbare 5068.8 kHz kristal zijn. Het niveau van het VXO signaal is erg belangrijk en kan op het gehoor met P2 worden ingesteld.
Met P1 en een juiste instelling daarvan op het gehoor is de ongevoeligheid voor sterke AM signalen aanzienlijk te verbeteren.

VXO
De kristal oscillator werkt dus 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. Standaard staat deze zo afgesteld dat je de QRSS bakenband van 10140.0 - 10140.1 kHz kunt ontvangen. Door een serie condensator kan de frequentie wat verhoogd worden zodat je ook PSK31 stations kunt ontvangen die wat hoger in frequentie werken.

Temperatuurstabilisatie
Tussen de 10 C en 30 C was het frequentie verloop ongeveer 20 Hz. Al veel beter dan de 70 Hz van het bakenzendertje. Het lijkt dus inderdaad zo te zijn dat 5 MHz kristallen stabieler zijn. Vaak wordt een oventje gebruikt om het kristal met de oscillator op een constante temperatuur te houden. Vanwege het stroomverbruik was dat niet mogelijk, ik wilde de ontvanger uit batterijen kunnen voeden. Mechanisch gezien is een oventje ook een moeilijke constructie. Maar met een NTC weerstand en een varicap 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.

Laagfrequent versterkertrappen
Een transistor bleek wat weinig voor de zwakke QRSS signalen. Daarom is een extra trap T4 toegevoegd. Door de sterke terugkoppeling via de 10k / 100k spanningsdeler vanaf de collector is de uitgang ook laagohmig geworden. Laagohmig afgesloten kabel is ongevoelig voor storingen van buitenaf. En door de extra versterking is het niveau op deze verbindingskabel met de geluidskaart van de PC ook nog eens aanzienlijk hoger, waardoor deze nog minder gevoelig wordt voor storingen van buitenaf (brom enz.). Het is dan ook mogelijk om een lang, onafgeschermd plat, dun luidsprekersnoer te gebruiken voor de verbinding met de geluidskaart van de laptop. De laptop hoeft dus niet bij de ontvanger te staan en het platte snoer past gemakkelijk onder een deur door.


De schakeling is gemonteerd in een plastic kastje op een ongeetst printplaatje.

Constructie
De schakeling is gemonteerd in een plastic kastje op een ongeetst printplaatje. Dat is eenvoudig, werkt heel snel en je kunt gemakkelijk iets wijzigen. Dat laatste is heel belangrijk, het definitieve ontwerp is nog behoorlijk gewijzigd. Dat is bij een echt printontwerp niet meer mogelijk! Batterijvoeding zorgt ervoor dat de ontvanger ook onafhankelijk van het lichtnet kan worden gebruikt met een laptop met accu.

Software
Op internet zijn diverse geschikte software programma's te vinden. Gewoon zoeken op QRSS en je vind allerlei software en heel veel andere interessante informatie. Ik gebruik ARGO van Alberto, I2PHD en Vittorio, IK2CZL. Voor het uploaden van de screenshotjes gebruik ik Argo Upload by Rik Strobbe (ON7YD). Zo is het mogelijk om via internet te bekijken wat de ontvanger thuis allemaal ontvangt.

Kalibratie
In het programma ARGO moeten twee kalibraties worden uitgevoerd. Als eerste de nauwkeurigheid van de geluidskaart. Dit kun je doen door je vinger op de ingang van de geluidskaart te houden en de 11e harmonische van het lichtnet (550 Hz) te meten. Mijn geluidskaart had een afwijking van maar liefst 11 Hz! Oftewel de "measured frequency" was 550 Hz en de "displayed frequency" was 561 Hz. De laptop had echter een afwijking van 0 Hz!
Na het kalibreren van de geluidskaart moet de local oscillator frequentie als offset worden ingevoerd. Deze kun je niet meten. Het aansluiten van een frequentie teller zal een afwijking veroorzaken. Daarom kun je het beste een signaal met een bekende frequentie (bijvoorbeeld 10140 kHz) op de ontvanger aansluiten en de offset zodanig invoeren dat het programma de juiste frequentie aangeeft. Ik gebruik een frequentie teller met eenvoudige frequentie standaard om de frequentie van het bekende signaal exact te meten. Bij mijn exemplaar is de offset 10138487 Hz, de kristaloscillator oscilleert op de halve frequentie oftewel 5069.243 kHz.


Het complete station: ontvanger, batterijen, laptop
en een schroevedraaier om de HF verzwakker in te stellen.
De antenne werd op 2 tot 3 meter hoogte achter het huis opgehangen.
De platte, dunne voedingslijn kon door een gaatje in het kozijn worden getrokken.

Beschrijving van het mobiele ontvangststation
De ontvanger, de antenne, de verbindingskabel met de PC en de batterijen passen allemaal in het zijvak van de laptop tas. De antenne is gemaakt van een stuk platte dunne luidspreker kabel van 15 meter. De laatste 5 meter is uit elkaar getrokken en vormt een dipoolantenne van 2x5 meter. De overige 10 meter is de voedingskabel naar de ontvanger. Er is dus geen coax kabel toegepast voor de verbinding met de antenne maar plat twee aderig dun luidsprekersnoer. De uiteinden zijn vertind en worden in een banaan-BNC koppelstukje vastgedraaid. Het platte luidsprekersnoer kan gemakkelijk ergens doorheen getrokken worden, met coax en een coaxplug lukt dat niet.
De kabel tussen de ontvanger en laptop bestaat uit 8 meter van diezelfde luidspreker kabel. Dat is vrij lang. Maar zo is het mogelijk om de ontvanger in een slaapkamer te plaatsen en de laptop in de woonkamer of keuken neer te zetten. De kabel naar de ontvanger past gemakkelijk onder de deuren door. Het was heel belangrijk om de laptop op de ingebouwde accu te laten werken. De lader gaf zoveel storing, dat ontvangst van QRSS signalen niet meer mogelijk was wanneer deze werd ingeschakeld.


EA1FAQ met 10 milliwatt ontvangen in Nederland. Van Spanje naar Nederland gaat dus ook prima!
Strepen zijn verkort tot een puntlengte. Een "punt" is een lage shift, een "streep" een hoge shift.

Resultaten
Er zijn nog diverse andere laagvermogen QRSS stations ontvangen. Deze zijn zelfs met een goede ontvanger niet te horen! PSK31 ontvangst is geen enkel probleem want de frequentie stabiliteit is prima. Maar dit waren de eerste experimenten, het kan veel beter. Er zijn al amateurs die met 1 mW de oceaan overbrugd hebben! En ik maar denken dat 1 watt al een heel laag vermogen is...
Voor een volgende gelegenheid wordt het vermogen van het bakenzendertje van 10 mW verlaagd naar 1 mW en de zendantenne verbeterd. En de ongewenste zijband moet onderdrukt worden, dat geeft immers al 3 dB (2x) betere resultaten. Er valt nog heel wat te experimenteren!

TERUG NAAR DE INDEX PA2OHH