Hardware für COHIRADIA: Details und Problemlösungen

Liebe Freunde von COHIRADIA,

Um den Haupt-Thread von COHIRADIA kompakt zu halten sollen ab jetzt alle technischen Beiträge zum Thema Hardware in diesem neuen Thread konzentriert werden. Wenn Sie also technische Probleme und Lösungen erörtern möchten, dann bitte hier und nicht im Hauptthread antworten. Beispiele könnten sein:

• Verwendung von Baluns oder anderen Kopplungsarten zu den Radios,
• Breitbandverstärker für die Aufzeichnung
• Antennenankopplung bei eigenen Aufzeichnungen
• u.v.a. mehr

Ziel ist es, den Hauptthread für die mehr historische Komponente des Projekts frei und damit durchgängig lesbar zu halten. Dort sollen daher in Zukunft lediglich Dinge wie

• interessante Anmerkungen zu eingespielten Aufzeichnungen
• Berichte über die Anwendung von COHIRADIA auf historischen Geräten
• andere Aktivitäten unter Einbeziehung von COHIRADIA (z.B. in Museen, bei Veranstaltungen o.ä.)

ihren Platz finden.

Ich freue mich jedenfalls auf spannende Verbesserungsvorschläge, Problemlösungen und Diskussionen rund um die Hardware.

Mit besten Grüßen

Hermann Scharfetter

 

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Information zu alternativer Hardware:

Für eigene Aufnahmen zu COHIRADIA ist das STEMLAB125-14 nicht das einzige mögliche Gerät. Ich habe testweise auch das deutlich billigere STEMLAB125-10 (dzt. ca 250 Euro) ausprobiert, für Wiedergabe von AM-Aufzeichnungen mit guter Dynamik ist es durchaus eine Alternative mit vergleichbarer Wiedergabequalität. Aufnahmen habe ich damit bisher nicht gemacht.

Neben den STEMLABs gibt es eine Reihe von kostengünstigen SDRs, die zwischen 12 und 18 bit IQ-Daten im Bereich der alten AM-Frequenzbänder schreiben können. Um auch Signale ausgeben zu können, braucht man allerdings TX-fähige SDRs, auch hier gibt es einige Fabrikate, die im Amateurfunkbereich eingesetzt werden. Wenn man brauchbare digitale Auflösung haben möchte (also ab 12 bit), empfehlen sich aber nur Geräte, die im Preis vergleichbar oder teurer sind als das STEMLAB125-14.  Einen guten Überblick findet man z.B. auf den Seiten von rtl-sdr , insbesondere gibt es eine nette Tabelle mit Schnellvergleich der wichtigen Eckdaten und der derzeitigen Preise.

Vorteil dieser Geräte ist eine wesentlich ausgereiftere Software-Umgebung, die es typischerweise auch iermöglicht, COHIRADIA-Datenfiles zu lesen und auf dem PC digital wiederzugeben. Siehe dazu meine neuesten Erfahrungen mit SDR# im Software-Thread.

Ich beabsichtige, in nächster Zukunft zumindest eines dieser Geräte zu testen, z.B. das von Airspy oder das 2-Kanal Gerät von SDRPlay. Falls jemand aus der Radiomuseums-Gemeinschaft mit einem dieser Geräte im Hinblick auf AM-Band-Aufzeichnungen Erfahrung hat, freue ich mich über Kommentare und Empfehlungen. Ich werde bei Gelegenheit wieder berichten.

Beste Grüße

Hermann Scharfetter

 

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Hallo liebe Cohiradia Freunde,

an dieser Stelle sei dem Herrn Schaffeter herzlich für seine
hervorragende Arbeit gedankt. Leider stimmen mich die einge-
stellten Aufnahmen nachdenklich und erinnern mich eher an
jene Zeit in den 1960 und 1970-er Jahren, als die ersten transi-
storisierten Amateurfunkempfänger auf den Markt kamen, die
durch Vordämpfung und/oder Selektionsmassnahmen - insbesonders
auf 40m - fit gemacht werden mussten. Die Amateurfunkgemeinde
(und wahrscheinlich auch die Hersteller) wachten dann im
Juni 1975 auf, als Michael Martin seinen viel beachteten
Artikel "Empfängereingangsteil mit grossem Dynamikbereich und
sehr geringen Intermodulationsverzerrungen" in der cq-DL
veröffentlichte. Um es kurz zu machen: Es ist wichtig, dass
zwischen Antenne und erster aktiver Verstärkerstufe möglichst
wenig Dämpfung durch die Selektionsmittel (Bandpass-, Tiefpass-
filter) vorhanden ist, und die erste Stufe bei Wahl des richtigen
Transistors nur mit mässigem Strom (etwa 10mA), eingestellt ist,
um das Rauschen gering zu halten. Die nächste Stufe sollte dann
impedanzrichtig angekoppelt werden und mit einem deutlich
höherem Strom arbeiten.

Eine Kaskadierung baugleicher Verstärker ist nicht sinnvoll und
absolut zu vermeiden. Jede Stufe muss für sich anders und abgestimmt
aufeinander dimensioniert werden. Nun sollte man meinen, die
Hersteller aus dem Land der aufgehenden Sonne hätten das in
ihren LNAs im Griff. Ich musste aber feststellen, dass das so
nicht zutrifft. Freilich ändert sich die Situation, wenn man
richtig Geld in die Hand nimmt.

Nun ist jede Antennensituation natürlich anders. Der örtliche
Störpegel, die Bodenleitfähigkeit, die effektive Antennenhöhe
usw. Ausserdem schwanken die Pegel auf Mittelwelle doch ganz
beträchtlich von Nacht zu Nacht, insbesondere jetzt im Sommer-
halbjahr mit dem im 11 jährigen Sonnenfleckenzyklus gerade wieder
recht hohen solaren Fluxes. Ionogramme zeigen, dass nun im
Gegensatz zum Winter oft nur die tiefer gelegene E-Schicht von
den Funkwellen erreicht wird. Meine Antenne ist ein 2x19m
Dipol in 12 Metern Höhe, der über 300 Ohm Bandleitung am Ende
angepasst und symmetriert wird. Bedarfsweise kann ich sie
quasi als "T-Antenne" bzw. 2xL gegen Erde verwenden.

Die Zielgrösse von 1Vss Pegel, also ca. 60dB Geradeausverstärkung
ist eine echte Herausforderung. Damit es nicht zur Selbsterregung
durch unerwünschte Rückkopplung kommt, muss jede Stufe in sich
geschirmt und die Stromversorgung sorgfältig abgeblockt sein.
Meine Wahl fiel auf das Polytron MKK-System aus analogen
Gemeinschafts-TV-Anlagen. Polytron verwendete für seine
UHF-Verstärker den Transistortyp BFR69. Die Breitbandausführung
für 47 bis 860 MHz verwendete den 2SC3358 mit einer Transitfrequenz
von 7GHz, einem Rauschmass von 2dB und einem zulässigen maximalen
Collectorstrom von 100mA. Diese Verstärker konnten mit 12, 24 und
36dB Verstärkung in unterschiedlichen Versionen konfiguriert sein.
Um diese Verstärker auf MW und LW tauglich zu machen, habe ich die
Drosseln von 10 auf 330 Mikrohenry erhöht und die Kondensatoren
von 1 auf 100nF. Während die LNAs durch beobachtete Kreuzmodulation
schon unter Tagesbedingungen ausfielen - die Sender des EFR
Datendienstes auf LW schlugen im unteren MW-Bereich durch - war
der Einsatz der 12 und 24 dB Verstärker in der Dämmerungszeit zwar
noch gut, erwiesen sich um Mitternacht aber als absolut untauglich.

An dieser Stelle rückte der Transistor 2N5109 aus dem Jahr 1975
wieder in den Fokus. Er war wegen der aufkommenden TV-Breitband-
Kabeltechnologie entwickelt worden, ist heute teilweise noch
erhältlich, aber grundsätzlich abgekündigt. Mit Kühlstern versehen
kann er bis zu 400mA Collectorstrom ziehen. Woher die Chinesen
ihn aus dem Hut zaubern, ist völlig unklar. Es wäre nicht das erste
Mal, wenn nur der Aufdruck authentisch wäre. Die Faulheit, einen
4:1 Breitbandbalun zu wickeln, war schnell überwunden. Die zweite
Stufe wird einfacher, denn wegen des veränderten Arbeitspunktes
kann man die HF direkt am Collector auskoppeln. Die Schaltung
entspricht weitgehend dem Elecraft K2 Transceiver lässt sich auf
der Firmen-Webseite herunter laden.

Was soll ich sagen, die Breitbandaufzeichnung von heute Nacht war
lupenrein sauber bei höchster Dynamik und ohne Rauschen. Es liessen
sich sogar ganz freie Frequenzen finden. Ein Test des AD811 steht
noch aus, weiterhin der Aufbau einer weiteren 2N5109 Hochstrom-
Verstärkerstufe. Mir stellt sich die Frage, ob es Vorschläge eines
Ersatztransistors gibt und ob es erschwingliche LNAs gibt,
die etwas taugen.

Wahrscheinich schwächeln die modernen Komponenten daran, dass bis
zu 120 Kanäle auf Mittelwelle mit ähnlich hohem Pegel verarteitet
werden müssen. So etwas kommt in anderen Frequenzbereichen kaum
vor, eventuell bei COFDM-Systemen. Aber braucht man in Digital-
systemen eine derartig hohe Dynamik? Eher nicht. Zur Erinnerung:
Verdoppelt man die Anzahl der zu verstärkenden Kanäle, sinkt
die mögliche Aussteuerung um 3dB Leistung.

Gruss
Walter Barteczek

Nachtrag: Einen Link zu dem alten Artikel habe ich leider nicht, vermutlich existiert auch keiner.

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Hallo Herr Barteczek,

Herzlichen Dank für Ihren sehr informativen Beitrag - ich muss zugeben, dass mein Eingangsverstärker bisher recht suboptimal war und ich bin froh, dass Sie dieses Thema mal gründlich ansprechen. Bei meinen alten VR-Aufnahmen aus 2006 - 2009 hatte ich stark mit Intermodulationsproblemen zu kämpfen. Das lag wohl zum Einen an der improvisierten Eingangsstufe (Kanal1-Verstärker meines Oszilloskops), und dem sicher auch nicht superlienaren Videorecorder. Da hört man auf mehreren Frequenzen Übersprechen z.B. des damals relativ stark einfallenden DLF.

Mit dem STEMLAB sollte das besser sein, da 14 bit Auflösung nicht unbedingt eine volle Ausfüllung des dynamischen Bereichs erfordert. Das starke Oversampling (125MS/s) des Eingangssignals in Bezug auf die 1.250 MHz Aufzeichnungs-Bandbreite helfen wohl mit, weniger Eingangspegel zu verkraften. Man mus sicher nicht geradeaus auf 1Vss verstärken. Das bestätigen Ihre ersten erfolgreichen Versuche offensichtlich glänzend !

Zum AD811: Der ist leider bezüglich Rauschzahl nicht das Gelbe vom Ei. Bei meiner Empfangslage (Stadtrand, Kessellage, improvisierte Antenne = ca 20m Draht quer über meinem Garten gegen die Erdung meines Blitzableiters) bleibt sein Rauschen aber bei MW ca. 15 dB unter dem Grundrauschpegel des Bandes, sodass ich bisher nichts investiert habe. Auf LW ist er grenzwertig. Ich werde in den Sommermonaten gemäß Ihren Vorschlägen experimentieren und die genannten Transistoren ausprobieren. Auch einen deutlich rauschärmeren Operationsverstärker namens CLC1002 möchte ich demnächst versuchen. Vorteil von OPAs ist halt, dass sie bis zur Grenzfrequenz recht linear sind. Nachteil ist, dass sie nie so rauscharm wie gut abgestimmte Transistorstufen sind.

Ihre Bemerkung bezüglich gründlicher Schirmung der Einzelstufen und guter Filterung der Versorgungsleitungen kann ich nur voll unterstützen !

Was die Ankopplung der Antenne an die Eingangsstufe betrifft, ist COHIRADIA leider durch die nötige Breitbandigkeit ein etwas ungünstiger Fall für die Anpassung. Gibt es einen Link auf den von Ihnen erwähnten Artikel von Michael Martin, mich interssiert da natürlich jede gute Idee.

Jedenfalls nochmals danke für die vielen wichtigen Gedanken  !

Mit besten Grüssen

Hermann Scharfetter

 

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