GOEDE 30 METER ONTVANGER VOOR LAAGVERMOGEN QRSS BAKENS EN PSK31

GOEDE 30 METER ONTVANGER VOOR
LAAGVERMOGEN QRSS BAKENS EN PSK31
(2011)

Heel laag vermogen QRSS bakenzenders ontvangen
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 6 seconden, een "streep" 18 seconden! De meeste activiteit vindt plaats in een bandje van slechts 300 Hz, namelijk van 10139.8 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.

De ontvanger onderdrukt de ongewenste zijband door middel van de fase methode. En een
kristalfilter verbetert de selectiviteit en voorkomt oversturing door sterke omroepzenders.

Prima ontvanger met zijband onderdrukking, kristalfilter en gewijzigd antenne circuit
Met behulp van de fase methode kon de originele 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.
En later is een heel eenvoudig kristalfilter toegevoegd. Dit kristalfilter voorkomt oversturing door sterke omroepzenders en verbetert de zijband onderdrukking. Tevens is het antenne circuit volledig geïsoleerd van de ontvanger, zodat er geen radio storingen via geleiding in het antenne circuit kunnen komen. En zo hebben we met een paar modificaties een uitstekende en toch eenvoudige ontvanger gekregen!

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
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 aan de koude kant van L2 gewikkeld. Deze antenne wikkeling is volledig geïsoleerd van de ontvanger, zodat er geen radio storingen via geleiding in het antenne circuit kunnen komen. L1 is draad met een dikke isolatie, zodat de afstand tussen L1 en L2 groot is en de capaciteit klein. Wikkel L1 aan de koude kant van L2.
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. Maar met het kristalfilter is er geen oversturing meer en kan hij altijd op maximum blijven staan!
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 beïnvloeden.

Circuit 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.

Het kristal filter
Tussen L2 en T1 zit een eenvoudig kristal filter met 1 kristal van 10140 kHz, een serie condensator Ca en twee condensatoren van 100 pF naar massa. De waarde van de condensator Ca wordt zodanig gekozen, dat de resonantie piek bij 10140 kHz komt te liggen. Bij mijn kristal was 33 pF te klein (resonantie frequentie te hoog) en 47 pF te groot (resonantie piek te laag). Omdat ik geen condensator van 39 pF meer had, werden een condensator van 18 pF en een van 22 pF parallel geschakeld voor een Cx waarde van 40 pF.

Zijband onderdrukking
alleen door fase methode Zijband onderdrukking
met extra kristal filter

Frequentie karakteristiek (oranje lijn) en zijband onderdrukking (verschil tussen oranje en groene lijn).
De ontvangstfrequentie van 10140 kHz ligt bij de audio frequentie van 1550 Hz in de grafiek.

Het kristal filter is ongeveer 800 Hz breed. Breed genoeg om ook nog WSPR signalen tussen 10140.1 kHz en 10140.3 kHz te ontvangen. Sterke signalen buiten deze filterbandbreedte van dit uiterst simpele kristal filter worden tot maximaal zo'n 30 dB onderdrukt! De AM detectie van sterke omroepzenders is hiermee volledig verdwenen, evenals oversturing door sterke signalen in de buurt van van de ontvangstfrequentie. De HF verzwakker (de potentiometer P3 van 1k ohm aan de ingang) hoeft niet meer gebruikt te worden.

Het spectrum. De ruis piekt bij 10140 kHz. Bij het loskoppelen van de antenne zie je
een donkere band verschijnen. De eigen ruis van de ontvanger is dus te verwaarlozen.

Plaatje van het spectrum
Dat de gevoeligheid van de ontvanger uitstekend is, kun je zien op het bovenstaande plaatje van het spectrum. Bij het loskoppelen van de antenne zie je een donkere band verschijnen, omdat de ruis praktisch geheel verdwijnt. De ruisbijdrage van de ontvanger is dus te verwaarlozen. Eigenlijk is de gevoeligheid te goed. Een beetje HF verzwakking is aan te bevelen om het dynamisch bereik wat te vergroten. Ook kun je op het plaatje heel goed zien dat het filter piekt op 10140 kHz. Daar is de ruis maximaal. Met behulp van zo'n spectrum plaatje kun je heel goed de juiste waarde van Ca bepalen.

Afregeling van de ontvanger
De ingangskring wordt op het gehoor afgeregeld op maximale gevoeligheid.
Ca wordt zodanig gekozen, dat de resonantie piek van het kristalfilter bij 10140 kHz komt te liggen.
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 gebruikte ARGO van Alberto, I2PHD. Maar waarom alleen de hardware zelf maken? Software maken is misschien nog wel leuker! Dus gebruik ik nu het eigen software programma LOPORA. Zo nu en dan kun je mijn ontvangen beelden direct op internet bekijken op grabber.htm.
Wanneer je de ontvanger afregelt op exact 10138.7 kHz, kun je er ook WSPR mee ontvangen. Op dezelfde PC kun je dan ARGO software laten draaien en een WSPR decodeer programma en zo tegelijkertijd van beide modes de ontvangstresultaten bekijken of uploaden.

Ferrietringen in de voedingskabel en ook in de audio kabel.
Alle andere bekabeling is verwijderd van de PC.

Storingsonderdrukking van de PC
In de voedingskabel en de audio kabel werden ferrietringen aangebracht om de radio storing van de PC te onderdrukken. Alle andere bekabeling werd verwijderd. De LAN kabel is vervangen door een draadloze WLAN verbinding.

Index PA2OHH


Zijband onderdrukking alleen door fase methode	Zijband onderdrukking met extra kristal filter