Die UKW - Bake, ein nützliches Hilfsmittel
Die UKW - Bake, ein nützliches Hilfsmittel
Die UKW - Bake, ein nützliches Hilfsmittel
1 Einleitung
In Ergänzung meines Beitrages "Defekte und Reparaturansätze bei UKW - Tunern" möchte ich heute über ein kleines Gerät berichten, das mir bei Reparaturen an UKW - Tunern schon häufig gute Dienste geleistet hat. Es handelt sich um einen batteriebetriebenen UKW - Sender, den man aufgrund seines kleinen Aufbaus im Haus oder in der Wohnung beliebig positionieren und zwischen 3 Frequenzen umschalten kann: 90, 95 und 100MHz.
Was war der Anlass für den Bau einer solchen Bake?
Zwei Probleme begegnen einem häufig nach der Reparatur eines UKW - Tuners:
(i) Verschiebung der Skaleneichung
Nach erfogreicher Reparatur eines UKW - Tuners stimmt häufig die Skaleneichung nicht mehr. Nun kennt man natürlich die am jeweiligen Wohnort empfangbaren UKW - Stationen und ihre Sendefrequenzen und kann durch wechselseitiges Verstimmen der Oszillatorinduktivität und des Drehko - Paralleltrimmers die Skala solange verschieben und spreizen bis die Eichung wieder stimmt. Ein geübter Reparateur hat da recht schnell Erfolg.
Natürlich erhält man ein präziseres Resultat, wenn man diesen Skalen - Neuabgleich mit einem Messsender vornimmt, dessen Signal man in den Dipoleingang des Radios einspeist. Diese Methode mag zwar auf den ersten Blick "fachmännischer" erscheinen, man darf aber eines nicht vergessen: Man muss im Verlauf der Abgleichprozedur den Messender ständig zwischen dem unteren und dem oberen Skalenende hin- und herdrehen, was sich auf die Dauer als sehr lästig herausstellt.
Hier hat also die erste Methode einen deutlichen Vorteil: Die UKW - Sender bleiben immer auf derselben Frequenz stehen und liefern kostenlose, frequenzstabile Messsignale.
(ii) Variation der Empfangsempfindlichkeit über der Frequenz
Häufig hatte ich nach der Reparatur eines UKW - Tuners den Eindruck, dass Sender an den beiden Bandenden des UKW - Bereichs mit deutlich unterschiedlicher Signalstärke empfangen werden. Sofort hat man den Verdacht, dass der Gleichlauf von Vor- / Zwischenkreis und Oszillator gestört ist.
Nun kann es natürlich auch sein, dass je nach Empfangsort am unteren/ oberen Bandende zufällig viele schwache Sender liegen, am entgegengesetzten Ende eine Anhäufung starker Sender.
Verwendet man einen Dipol als Empfangsantenne, so könnte es aber auch sein, dass manche Sender aufgrund ihrer ungünstigen Position relativ zur Dipolausrichtung benachteiligt werden. Häufen sich diese Sender zufällig an einem Bandende so entsteht der Eindruck, dass hier die Empfindlichkeit schlechter ist als am anderen Ende.
Die angestrebte Nivellierung der Empfangsempfindlichkeit durch einfachen Nachabgleich der Vor- oder Zwischenkreis - Komponenten bei Sendern am unteren und oberen Bandende versagt hier offensichtlich. Man kann ja nicht wissen, ob es sich um einen Fehlabgleich - also schlechten Gleichlauf - handelt oder ob die Sender tatsächlich unterschiedlich stark einfallen.
Bleibt also wieder die Messender - Methode und das ständige Drehen am Frequenzknopf. Natürlich muss man bei dieser Abgleichmethode sicher sein, dass die Ausgangsamplitude des Messenders auch wirklich über den UKW - Empfangsbereich hin ausreichend konstant bleibt.
Irgendwann habe ich mich gefragt, warum man für den Frequenz- und Empfindlichkeitsabgleich nicht enfach einen kleinen tragbaren Sender baut, den man beliebig positionieren und zwischen mehreren Frequenzen umschalten kann. So entstand die UKW - Bake.
2 Die UKW - Bake
2.1 Schaltung
Ein UHF Stripline Transistor AF297 oder AF267 (Transitfrequenz 780 bzw. 650 MHz) arbeitet in einer Oszillatorschaltung mit Emitter-Rückkopplung. Der Kollektor liegt bei dieser Schaltungsvariante auf HF-Nullpotential - also Masse. Es handelt sich um einen typischen Hartley Oszillator. Fraglos kann man an dieser Stelle auch andere Transistortypen einsetzen, vorausgesetzt, deren Transitfrequenz liegt hoch genug, um ein sicheres Anschwingen des Oszilators zu gewähleisten.
Der frequenzbestimmende Schwingkreis besteht aus einer angezapften Luftspule L1 mit ca. 55 nH, der ein Kondensator von 39 pF parallel geschaltet ist. Diese Luftspule besteht aus 1 mm CuAg Draht, hat einen mittleren Durchmesser von ca. 8mm und eine Länge von ca. 10mm. Sie hat 2,5Wdg, und ist bei ca. einer ½ bis ¾ Wdg vom kalten Ende angezapft.
Addiert man zu den 39pF noch die Schaltkapazitäten von schätzungsweise 6pF, ergeben sich als Kreiskapazität ca. 45pF. Setzt man diese Werte (55 nH II 45 pF) in die Thomsonsche Schwingungsgleichung ein, so ergibt sich eine Frequenz von ca. 101 MHz. Diese Frequenz schien mir geeignet als Eichpunkt am oberen UKW - Bandende. Bevorzugt man einen Eichpunkt bei 100 MHz, vergrößert man die Induktivität der Spule oder den Kondensator ein wenig. Durch leichtes komprimieren oder dehnen der Spule in Längsrichtung kann deren Induktivität auf einfache Weise fein abgeglichen werden.
Meine Wuschvorstellung war aber, Eichpunkte nicht nur am oberen UKW - Bandende sondern auch am unteren und in der Mitte zu haben. Eine mittlere Frequenz hielt ich deswegen für zweckmäßig, weil man so erkennen kann, ob nach dem Neuabgleich die Skala nicht nur an den Eckfrequenzen sondern auch in der Mitte korrekt ist.
Dies lässt sich einfach dadurch verwirklichen, dass man dem Kreiskondensator von 39 pF wahlweise Kondensatoren von 8pF oder 15 pF parallelschaltet. Hierzu dient der Schalter S2. Er hat eine Mittelstellung, in der nur der 39 pF Kondensator wirksam ist. In den beiden seitlichen Schaltstellungen wird alternativ der eine oder andere Kondensator dazugeklemmt.
So entstand eine UKW - Bake, die mir einen unmoduierten Träger wahlweise bei 89,8 MHz, 95,2 MHz oder 101,9 MHz produziert.
Ein lediglich kosmetischer Schwachpunkt ist die Tatsache, dass man die höchste Frequenz in der Mittelstellung des Schalters erhält.
Selbstverständlich kann man auch irgendwelche anderen Frequenzen wählen. Bei vielen frühen Radios mit UKW - Bereich begann die Skala bei 87 MHz und endete bei 100 MHz. Man könnte die Bake also auch durch entsprechende Änderung der Schwingkreiskomponenten auf diesen Eckfrequenzen arbeiten lassen und eine mittelere Frequenz von 93,5 MHz wählen.
2.2 Der praktische Aufbau
Die Bake findet in einem verzinnten Stahlblechgehäuse von TEKO mit den Maßen 106 x 50 x 26mm Platz. Diese Gehäuse sind weitgehend HF-dicht und werden mit einlötbaren Zwischenwänden geliefert
Das Bild rechts außen zeigt die auf das Gehäuse aufgesteckte "Sendeantenne"; ein 50 cm langer und 2mm starker Messingdraht, der mit Epoxidharz in eine BNC-Buchse eingeklebt ist. Am oberen Ende trägt der Draht als Verletzungsschutz eine kleine Kappe.
Links sieht man den Einschalter, rechts den Frequenzumschalter.
Der Gehäuseinnenraum ist in 2 Kammern aufgeteilt. In der unteren Kammer befindet sich die Betriebsspannungsquelle - eine 9V Batterie, in der oberen der UKW Oszillator.
Der Pluspol der Betriebsspannung wird über einen Durchführungskondensator in die obere Kammer geschleust, der Minuspol führt direkt auf Masse. Eigentlich wollte ich in die untere Kammer einen FM - Modulator einbauen, damit ich auf der Radioskala nicht nur stumme Trägersignale sondern tonmodulierte Sender empfange. Diesen Plan habe ich bisjetzt noch nicht umgesetzt.
Wie man sieht ist die Verdrahtung sehr eng und starr aufgebaut, so wie bei UKW-Oszillatoren eben für eine akzeptable Frequenzkonstanz unumgänglich. Masseverbindungen (Kollektor des AF279, Abblockkondensatoren und Spannungsteilerwiderstände wurden alle kurzbeinig ans Gehäuse gelötet.
Die frequenbestimmenden Kondensatoren tragen alle einen orangenen Punkt: TK= -150 x10-6. Nur der Auskoppelkondensator von 6pF hat einen violetten Punkt (TK= -750 x 10-6) Es war kein passender Kondensatorwert mit orangenem Punkt in meinem Fundus vorhanden.
Damit man besser erkennt, wie der Stripline Transistor AF279 eingebaut wurde, habe ich 2 Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen:
Zur Betriebskontrolle dient eine LED, die mit wenig Strom betrieben wird (< 8mA), damit sie die Batterie nicht übermäßig belastet.
Eine Messung des Signalpegels an der BNC - Buchse - also dem Antennenfußpunkt - mit Hilfe des R&S Röhrenvoltmeters URU BN1080 und dem UHF-Demodulatorkopf URU-UDU BN 10801 ergab einen HF-Pegel von 250 mVeff. Mehr als genug für eine Bake, die zu nichts anderem dient, als Eichpunkte auf eine Skala zu setzen.
Wenn man Wert darauf legt, die Sendefrequenz der Bake ständig zu überwachen, kann man sie auch in Kombination mit einem kleinen Frequenzzähler betreiben. Ich habe mir dazu einen mit 9V Batterie betriebenen "Frequency Counter" Modul für 1 - 500 MHz aus Fernost zugelegt, der schon zu einem Preis von < 10 € zu haben ist.
Hier die Anzeige in den 3 Schalterstellungen:
Die Aufnahmen wurden vor längerer Zeit gemacht. Inzwischen wurde eine Neukalibibrierung vorgenommen wodurch die Frequenzen heute geringfügig abweichen.
Da die Länge meiner Stabantenne unter λ/4 ≈ 75 cm liegt, stellt sie für den Ausgang der Bake eine kapazitive Last dar, die über den 6 pF Auskoppelkondensator parallel zum frequenzbestimmenden Schwingkreis liegt. Entfernt man die Antenne so steigt die Sendefrequenz der Bake bei der höchsten Oszillatorposition um 107 KHz an. Links die Frequenz mit und rechts ohne Antenne:
Ähnliches passiert, wenn man den Frequenzzähler abkoppelt und die Bake nur mit der Antenne betreibt. Auch in diesem Fall liegen die Sendefrequenzen etwas höher, da die Belastung des Bakenausgangs durch die kakapazitiv - resistive Eingangsimpedanz des Frequenzzählers wegfällt.
2.3 Elektrische Parameter und Frequenzkonstanz
Die Stromaufnahme der UKW - Bake liegt bei einer Betriebsspannung von 9V bei 8,7 mA. Davon entfallen ca. 7,3 mA auf den Betrieb der LED.
Der eigentliche UKW - Oszillator benötigt also nur 1,4 mA, was einer Leistungsaufnahme von nur ca. 13 mW entspricht. Die Erwärmung der gesamten Oszillatorbaugruppe bewegt sich daher in bescheidenen Grenzen. Sorgfältige Auswahl der frequenzbestimmenden Komponenten sowie stabile Verdrahtung vorausgesetzt, bleibt die zeitliche Frequenzdrift so niedrig, dass sie für den Zweck der Skaleneichung vernachlässigt werden kann.
Beschließt man, die Bake zwecks Frequenzüberwachung ständig in Kombination mit einem Frequenzzähler zu betreiben, sollte man auf den Gesamtstromverbrauch achten. Der oben gezeigte Frequenzzähler hat bei 9 V Betriebsspannung eine Stromaufnahme von ca. 55 mA, also um einen Faktor 6,5 mehr als die Bake!
Natürlich könnte man die Bake auch mit einem Steckernetzteil betreiben. Damit entfällt aber die freie Beweglichkeit, die ich als großen Vorteil dieses Gerätes empfinde.
Wie bereits oben erwähnt liegt der HF- Pegel am Antennenfußpunkt bei ca. 250 mVeff, also 700 mVss. Dieser relativ hohe Ausgangspegel hat den Vorteil, dass man die Bake weit entfernt vom abzugleichenden UKW - Tuner positionieren kann und so eine realistische Empfangsituation wie beim echten Radioempfang erhält. Ich hebe diesen Punkt deswegen ausdrücklich hervor, weil man als ungeübter Reparateur bei der Einspeisung eines Messsenders in einen zu prüfenden Tuner leicht Fehler machen kann. Dazu gehören die Verwendung zu hoher Signalpegel ebenso wie die zu enge Ankopplung an den Antenneneingang. Letzteres kann zu unrealistischer hoher Bedämpfung und damit Resonanz - Abflachung des Eingangskreises führen und einen Abgleich unmöglich machen.
Beim Umschalten zwischen den 3 Frequenzen verändert sich der Pegel um weniger als 10%, was für einen zuverlässigen Gleichlaufabgleich als ausreichend konstant angesehen werden kann.
Abschließend möchte ich bemerken, dass man an der UKW - Bake sicher noch vieles verändern und verbessern kann - wie z.B. den Einbau eines Modulators. In der Batteriekammer gibt es ja noch viel Platz für potentielle Erweiterungen.
Viel Erfolg beim Bau der eigenen UKW - Bake!
Harald Giese
Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.
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Von ELV gibt es einen UKW Prüfgenerator SUP1 mit 3 eistellbaren und durch Knopfdruck abrufbaren Frequenzen von 87,5 bis 108 MHz incl. Frequenzanzeige um rund 50€.
Der Prüfgenerator ist extern modulierbar auch Stereo
Habe den Generator vor Jahren gekauft, funktioniert einwandfrei.
MfG
Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.
Die UKW - Bake, ein nützliches Hilfsmittel
Hallo Herr Grötzer,
vielen Dank für Ihren Hinweis! Der ELV UKW - Sender wurde schon hier im RM diskutiert. Hier
und hier. Inzwischen kostet er übrigens 50,73 €.
Mir ging es mit meinem Beitrag eigentlich eher darum, dass sich Kollegen mit dem Aufbau eines kleinen Gerätes für hohe Frequenzen beschäftigen und ein Gefühl für die Kritirien entwickeln, die hier wichtig sind. Auf diese Weise sensibilisiert, ist es vielleicht einfacher, sich an die Reparatur eines UKW - Tuners zu wagen.
MfG, Harald Giese
Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.