80 METER CW TRANSCEIVER
(1998)

CLICK HERE FOR THE ENGLISH VERSION

80 meter band CW transceiver met een directe conversie ontvanger met zijband onderdrukking.

Zijband onderdrukking met een directe conversie ontvanger
Sinds ik voor het eerst iets over het onderdrukken van een zijband met behulp van het fase systeem tegenkwam in de kursus "Hoe word ik Zendamateur" had ik mij voorgenomen daar eens mee te experimenteren. Toen het grote probleem van de twee HF mixers eenvoudig kon worden opgelost met één goedkoop 74HC4066 IC moest de soldeerbout maar eens heet gestookt worden. Voor mij was de reden om er mee te experimenteren: nieuwschierigheid over hoe dat vrij zeldzaam gebruikte fase systeem zich in de praktijk gedraagt en uitproberen hoe zoiets redelijk eenvoudig te realiseren is.
In de oude buizen tijd was het een behoorlijke (ook financiële) inspanning om zo een ontvanger te maken. Er waren een groot aantal buizen nodig, grote kasten en chassis met een flinke hoogspannings voedingseenheid. Door de hoge inwendige temperaturen van zo’n buizen ontvanger zal zo een systeem vast niet al te stabiel zijn geweest. Maar tegenwoordig is een handzaam zakje met onderdelen voldoende om er uitgebreid mee te experimenteren.

Voordelen
Voor een enkelzijband ontvanger voldoet een superhet met kristalfilter uitstekend. Je kunt je dan ook afvragen waarom we er een volgens het fase systeem zouden gaan bouwen. Tenslotte is de zijband onderdrukking niet zo goed als die van een ontvanger met een kristalfilter.
Toch zijn er zeker redenen om eens serieus naar zo een enkelzijband ontvanger volgens het fase systeem te kijken:

De experimentele transceiver
Om het niet al te moeilijk te maken is de ontvanger ontworpen voor een monoband 80 meter CW transceiver. Het zendergedeelte daarvoor was compleet met behuizing al beschikbaar, overgebleven van een oud, minder geslaagd projekt. En natuurlijk ben je benieuwd naar hoe het resultaat geworden is, laat ik dat dus maar vast verklappen.
De ontvanger gedraagt zich als een goede superhet, zonder spurious responses van spiegelfrequenties, die zijn er immers niet! De gevoeligheid is prima, bijna niets is hoorbaar op de ongewenste zijband, soms wat zwakke signalen van sterke commerciele telex stations of van de grote QRO jongens.
Ik gebruik de ontvanger met veel plezier en ben zelfs zo enthousiast over de prestaties dat er inmiddels ook een vierbanden versie is gemaakt. Na enige jaren zijn de HF mixers, side toon oscillator en audio voorversterkers wat vereenvoudigd en/of verbeterd. Deze gemodificeerde versie van de 80 meter CW transceiver wordt hier verder beschreven.

Zijband onderdrukking
Een directe conversie ontvanger volgens het fase systeem heeft minder zijband onderdrukking dan een superhet met kristalfilter. Maar hebben wij voor een eenvoudige ontvanger echt zoveel onderdrukking nodig? Om daar wat gevoel voor te krijgen heb ik op de 80 meter band een vrij experimenteel radio onderzoekje uitgevoerd.
Tussen de antenne en een goede 80 meter ontvanger is een HF verzwakker geplaatst. De verzwakker is zodanig ingesteld dat de achtergrond ruis (atmosferische ruis) net verdwijnt in de onvanger ruis om beinvloeding hiervan op het experiment te voorkomen. Ook zorgt deze verzwakker voor een correcte 50 ohm ingangsimpedantie van de ontvanger.
Vervolgens is de zijband onderdrukking nagebootst door het plaatsen van extra verzwakkers van 20, 30, 40 en 50 dB. De stations die met die verzwakkers nog ontvangen kunnen worden zou je ook nog op de met dezelfde waarde onderdrukte zijband horen. De resultaten waren als volgt:

De conclusie is dat de zijband onderdrukking in ieder geval beter moet zijn dan 20 dB, maar dat een waarde tussen de 30 en 40 dB zeer wenselijk is. Mijn inschatting was dat 30 dB zonder al te veel problemen te realiseren zou moeten zijn.
De gebouwde ontvanger heeft zelfs 40 dB onderdrukking, de eerste versie voor modificatie had na afregeling 37 dB en na enkele jaren was deze nog steeds gelijk.


Een zeer geslaagd Barefoot Technology Project!


DE GEBRUIKTE FASE METHODE


De gebruikte fase methode.
big diagram

Hoe werkt de fase methode in de 80 meter ontvanger
Het HF signaal wordt in twee signalen opgesplitst. Deze worden ten opzichte van elkaar 90 graden in fase verdraaid (een plus 45 en een min 45 graden). Beide signalen worden in HF mixers naar audio frequenties gemengd. Daar vind weer een onderlinge 90 graden verdraaing plaats (eigenlijk niet echt plus 45 en min 45 graden maar wel 90 graden onderling). Wanneer we deze signalen samenvoegen, zijn die van de gewenste signalen in fase en worden opgeteld, die van de ongewenste zijband zijn in tegenfase en vallen tegen elkaar weg.
De HF fase verschuivings circuits zijn eenvoudige RC netwerkjes. De trimmers worden in het midden van de CW band (3550 kHz) afgeregeld op maximale onderdrukking van de zijband. Het nadeel van zo een eenvoudig RC netwerk is dat de zijband onderdrukking frequentie afhankelijk is. Op 3500 en 3600 kHz is deze minder goed maar nog altijd beter dan 40 dB.
Voor het LF fase netwerk vond ik in een boekje over filters een eenvoudige schakeling met operationele versterkers in plaats van het misschien wel betere maar veel ingewikkeldere polyphase netwerk. Overigens is er een ontvangerkitje genaamd R2 en miniR2 kit van Kanga Products dat ook dit soort LF fase verschuivings netwerkjes heeft. Kijk maar eens op internet.
Beide mixers zijn CMOS schakelaars. Een 74HC4066 IC bevat er zelfs vier waarvan er maar twee worden gebruikt. De overgebleven twee kunnen voor andere doeleinden worden toegepast. Echt een prima maar hele goedkope, eenvoudige oplossing voor de mixer!


DE ONTVANGER


Schema van de ontvanger
big diagram

De ontvanger nader bekeken

Preselector, HF voorversterker
Aan de ingang zit de altijd zeer nuttige HF verzwakker, hier is dat tevens de belangrijkste volume regelaar. Het bandfilter in de preselector is afgestemd op het midden van de CW band. De HF voorversterker zorgt voor enige versterking om het verlies in o.a. de HF fase verschuivings netwerkjes te compenseren. De versterker heeft een hoge ingangsimpedantie om het bandfilter niet te veel te belasten en een lage uitgangsimpedantie voor de fase netwerkjes.

HF fase verschuivings netwerkjes
Dit zijn simpele RC netwerken die met behulp van trimmers worden afgeregeld op ongeveer plus en min 45 graden fase draaing. Ze corrigeren gelijk ook de amplitude verschillen in de beide signaaltakken. Bij een optimale instelling is het mogelijk dat het ene netwerk op plus 55 graden en het andere op min 35 graden is afgeregeld, het verschil moet echter 90 graden zijn. Afstelling doe je op het gehoor op 3550 kHz, probeer verschillende trimmer instellingen en regel de andere af op maximale onderdrukking terwijl je hebt afgestemd op een signaal dat op de ongewenste zijband hoorbaar is.
Meestal zie je dat de fase verschuiving in het VFO signaal pad plaats vindt. De VFO werkt dan op 4 maal de ontvangst frequentie en de 90 graden fase verschuiving gebeurt door een aantal twee delers. Het voordeel van de hier toegepaste netwerkjes in het HF signaalpad is dat er gecorrigeerd kan worden voor amplitude- en fase verschillen in bijvoorbeeld de mixers. Ook is het voor ons hobbyisten altijd weer een bron van vermaak om eindeloos te draaien aan de trimmertjes omdat je denkt dat het toch nog net iets beter kan.

HF mixers en audio voorversterkers
De beide in fase verschoven signalen worden in twee aparte mixers naar audio frequenties gemixed. Een 74HC4066 IC bevat de twee CMOS schakelaars voor beide mixers. Stel de 5k potentiometer af op minimale AM detectie van sterke omroepstations indien je daar last van mocht hebben. Zo niet dan zet je hem maar in de middenstand.
Na de mixers volgen eerst twee stabiele tegengekoppelde voorversterkers om te voorkomen dat de zwakke signalen verzuipen in de door de diverse LF fase netwerken en filters opgewekte ruis.

Laagfrequent fase verschuivings netwerken
Er is dus niet het complexe polyfase netwerk toegepast maar een eenvoudiger ontwerp uit het boek "Praktische Filtertechniek", een uitgave van Elektuur, ISBN90-70160-86-2 en geschreven door Harry Baggen. De fase fout tussen 150 Hz en 5 kHz is maximaal 1,5 graden en het kan dus ook voor SSB toegepast worden. Voor deze CW transceiver is alleen het frequentie gebied tussen ongeveer 400 Hz en 1000 Hz belangrijk. Ik gebruikte 1 procent weerstanden en de nauwkeurigheid van de condensatoren is 5 procent. Beide signalen worden samengevoegd via de 5600 ohm weerstanden. Hier gebeurt de grote truuk van het optellen en aftrekken van de gewenste en ongewenste zijband.

CW filter en laagfrequent gedeelte
Ook dit ontwerp is berekend met behulp van de formules uit het eerder genoemde boek. Het brede filter is wat prettiger om naar te luisteren, het smalle kun je inschakelen indien je last van storing hebt of bij ontvangst van digitale mode’s zoals Feld Hell.
Een schakelaartje regelt het volume, er was geen plaats meer op het voorfrontje voor een potentiometer. De schakelaar beïnvloedt de versterking van de eerstvolgende LM358 LF versterker. Het voordeel is dat niet alleen het audio signaal wordt verzwakt maar ook de ruis van de LF versterker van deze trap. De diodes begrenzen het signaal tot 0,7 volt om oversturing van de mute schakelaar te voorkomen. Deze mute schakelaar is een fet BF256A, gebruik een A type vanwege de lagere afknijpspanning.
Een klein chipje, de LM386 doet het prima als audio eindversterker.

Modificaties voor spraak SSB ontvangst
Voor ontvangst van spraak moeten een paar wijzigingen worden aangebracht vanwege het hogere audio frequentie bereik:

  1. Vervang de twee 0,1 uF condensatoren na de 470 ohm weerstanden aan de uitgang van de mixers IC1a en IC1b door 33nF condensatoren.
  2. Het audio gedeelte na de verbinding van beide 5k6 weerstanden moet worden vervangen door audio filters en audio circuits die geschikt zijn voor spraak. Voor spraak SSB ontvangst vind ik Automatische Volume Regeling een erg plezierige aanvulling, voor CW vind ik dat niet nodig.


VFO EN RIT SCHAKELING


Schema van de VFO
big diagram

De VFO met de RIT

VFO
Had ik daarnet verteld dat de VFO frequentie gelijk kan zijn aan de ontvangst frequentie en werkt de VFO hier op de dubbele ontvangstfrequentie.
Daar is een heel eenvoudige reden voor. De VFO wordt ook gebruikt voor de zender. Wanneer je de VFO frequentie gelijk maakt aan de zendfrequentie, is instabiliteit tijdens het zenden door terugwerking van het sterke zendsignaal bijna niet te voorkomen. Daarom werkt de VFO op een frequentie van 7000 tot 7200 kHz en wordt deze vervolgens door twee gedeeld. Ondanks dat moet hij zeker in een goede afgeschermde behuizing worden geplaatst.
Ook is er een temperatuur compensatie aangebracht met een NTC weerstand. Deze wordt met de 10k potentiomenter afgeregeld op 3550 kHz waardoor de drift gemiddeld met ongeveer een factor drie werd verbeterd.

RIT
De RIT wordt ingeschakeld door een van de overgebleven CMOS schakelaars van het 74HC4066 IC. Op de nulpositie is de toonhoogte van een ontvangen signaal ongeveer 750 Hz en deze moet zero beat met dat signaal zijn indien de RIT schakelaar uit wordt geschakeld (rit/ext. Schakelaar op de foto van de transceiver). De ingang voor een externe frequentie regeling (bijv. voor telex of frequentie stabilisatie experimenten) heb ik nog nooit gebruikt en kun je gerust weglaten.


DE ZENDER


Schema van de zender
big diagram

Zender
Deze is voor velen van jullie wel duidelijk, maar hier volgt nog even een korte beschrijving.

Eerste stuurtrap
Met de 1k potentiometer kan het uitgangsvermogen van 0 tot 10 Watt worden geregeld. Het signaal wordt versterkt in een BC547, het uitgangscircuit (10 uH spoeltje en condensatoren) wordt afgeregeld op 3550 kHz. Regel de 242 pF condensator af op resontantie (maximum uitgangsvermogen). Afstelling is niet kritisch, het is een kring met een lage Q factor. Deze stuurtrap wordt geschakeld door de seinsleutel via de transistor BC557. De diode en 1 uF condensator voorkomen schakelklikken op nabuige frequenties.

Tweede trap
Dit is een overbekende oude 2N3553 transistor, een 2N4427 is ook goed en er zijn vast nog wel andere zeer bruikbare type’s. De 1k weerstand dempt mogelijke oscillatie neigingen. De 2x 10 ohm emitter weerstanden voorkomen oversturing en de daarbij horende oververhitting.

Eindtrap
Natuurlijk is het belachelijk om zo een dure VHF transistor toe te passen. Een 2SC1969 doet het net zo goed. Maar ik had nog twee MRF238 transistoren al jaren ongebruikt liggen. Een werd tijdens de bouw opgeblazen door het foutief aansluiten van de HF koppeltransformator tussen stuurtrap en eindtrap.... Een duur eindtrapje dus.
De twee weerstanden van 12 ohm zorgen voor een lage ingangs impedantie. Dit is belangrijk voor een goede stabiliteit. De 1 nF condensator heeft een lage impedantie voor hogere frequenties en voorkomt volgens de theorie HF en VHF oscillaties. Tenslotte is er een tegenkoppelings netwerk bestaande uit de 2x 100 ohm weerstanden en 2x 0,1 uF condensatoren om oscillaties op frequenties lager dan 1 MHz te voorkomen. Nou mijn petje af voor diegenen die dit uitgedacht hebben, het eindtrapje is zeer stabiel.
Door het toegepaste 6 elements antenne filter is de onderdrukking van de tweede harmonische 53 dB en die van de hogere tenminste 60 dB.

Antenne schakelaar
De 90 pF trimmer met 33 uH spoeltje wordt afgeregeld op resonantie op 3550 kHz. Het eerste diode paartje is verbonden met een hoogohmig punt en begrenst daar het sterke HF signaal van de zender. Het tweede diode paartje doet normaal niets. Alleen wanneer er iets fout gaat in de schakeling is het een extra bescherming voor de ontvanger en gaat de 12 ohm weerstand roken.

Eenvoudige frequentie teller
Een groot voordeel van de fase ontvanger is dat er een eenvoudige teller zonder correctie voor de midden frequentie kan worden toegepast.
Als het eenvoudig kan dan zullen we het ook maar gelijk echt eenvoudig doen: Zes rode leds worden gebruikt om de frequentie weer te geven, de zevende groene om aan te geven dat je binnen de band 3500 - 3600 kHz zit.
Tel de waardes van de leds op en je weet je frequentie. Op 3559 kHz branden de drie leds voor 3 kHz, 6 kHz en 50 kHz.
Verdraai de afstemknop nog een beetje verder en een vierde, de 1,5 kHz led begint te branden. Nu zit je op 3560 kHz, net boven de QRP frequentie. Draai de afstemming een beetje terug en je zit exact op 3560 kHz. Een heel eenvoudige schakeling die prima voldoet, aflezing van de frequentie is echt niet moeilijk.

Opmerkingen
De ontvanger is in een aparte behuizing geplaatst omdat de zender al eens eerder gemaakt was voor een ander projekt. Alles moest met kabels en pluggen worden doorverbonden, HF signalen via coax en BNC connectoren, andere bekabeling via afgeschermde audio kabels en pluggen. Normaal bouw je alles natuurlijk in 1 kast.

Het geheel is weer uitgevoerd in de door velen verfoeide constructie methode die bekend staan onder de Engelse benamingen "ugly method" of "dead bug method". IC’s met de pootjes omhoog op de ongeëtste print geplakt, onderdelen op de print en aan de diverse pootjes gesoldeerd, condensatoren ook op de print geplakt. Hier en daar worden de montage draden met lijm vastgeplakt en met nylon draad tot kabelboompjes bijeengebonden.
Het maken van printen is voor zo’n projekt helaas niet mogelijk. Tijdens de ontwikkeling van zo een transceiver moet er erg veel worden gemodificeerd. Ook bij deze transceiver is onlangs na jaren van gebruik een ingrijpend aantal modificaties aangebracht ter verbetering en om een aantal vereenvoudigingen uit te proberen. Dit zou onmogelijk zijn indien de constructie uitgevoerd was met echte printjes.

Plaats de VFO in een goed afgeschermde en dichte behuizing (bijvoorbeeld van printplaat en dicht vanwege de temperatuurstabiliteit). Ook de frequentie teller moet van een afscherming worden voorzien. Ik gebruikte daarvoor gaas met vierkante gaten van 1 cm. Voordeel is dat je door de gaten heen kunt solderen enz. voor modificaties.
De zelfinducties (behalve in het laagdoorlaatfilter van de zender) zijn de gewone commerciële type’s die op dikke weerstanden lijken. Lx zijn smoorspoelen van 6 gats ferriet kernen, wat anders kan ook, gebruik maar wat je hebt liggen.
Neem geen 74HCT maar 74HC (zonder T) type’s!

Prestaties, gemeten en beluisterd
Gevoeligheid: -120 dBm (0,2 uV) signalen zijn leesbaar AM dynamisch bereik: 85 tot 90 dB (goed)

Zijband onderdrukking (slechtste punt tussen 150 - 5000 Hz)
3500 kHz: 42 dB
3550 kHz: 45 dB
3600 kHz: 41 dB
Het eerste exemplaar had voor modificatie 37 dB onderdrukking en deze waarde was na een aantal jaren nog steeds gelijk.

Zendvermogen: 10 Watt bij 12 volt
Onderdrukking van harmonischen: beter dan 50 dB

Slot
Het is een prettige ontvanger om naar te luisteren, hij voldoet zonder meer voor de normale 80 meter QSO’s. Het fase systeem zou bijvoorbeeld ook heel goed gebruikt kunnen worden in een eenvoudige QRP transceiver voor de digitale mode’s zoals PSK31, Feld Hell of zelfs Slow Feld Hell voor het echte QRPp werk. Ook de zender moet dan volgens het fase systeem opgezet worden en een DDS met een eenvoudige microprocessor zoals ontworpen door Ton, PA0KLT (Nieuwsbrief nr 103…) kan als zeer stabiele VFO dienst doen. Voor deze lage frequentie kan de microprocessor vast ook nog wel de frequentie weergeven met behulp van één 7 segments led display volgens de knipper methode. Een idee voor een projekt voor de vele nieuwe QRP’ers in het toekomstige morse code loze tijdperk???

Ook gepubliceerd in de Nieuwsbrief van de Benelux QRP club!


FOTOS


Directe conversie ontvanger met zijband onderdrukking.


De VFO van de ontvanger is in een afscherming van printplaat gemonteerd!


Zender


De uiterst simpele maar efficiente frequentie counter met 7 leds en maar
3 IC's en z'n eigen 5 volt stabilisator. Afgeschermd met kippengaas...


TERUG NAAR DE INDEX PA2OHH