VLF-Empfänger / -Konverter

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[Update]: Mich hatte seinerzeit (Anfang 2011) interessiert, was mit einfachen Mitteln in den (Radio-) Frequenzbereichen ab 10kHz aufwärts (VLF = very low frequency) empfangbar ist. Dazu hatte ich verschiedene Empfänger-Varianten (als schnelle Testaufbauten in "ugly-construction"-Bauweise) gebastelt.

Jahre später habe ich dann versucht, daran anzuknüpfen - und bin zunachst gescheitert! Der Empfänger wollte einfach nicht laufen. Es stellte sich heraus, dass der Mixer defekt war. Ich hatte noch ein Reserve-Exemplar und damit ging es zunächst. So ganz zufrieden war ich nicht; die Schaltung war wohl nicht wirklich nachbausicher. Nun ja, das hatte ich seinerzeit nicht geprüft.

Letztendlich habe ich den Oszillator überarbeitet und nachbausicherer gemacht - hoffentlich... Hier nun die überarbeiteten Schaltbilder:

• Empfänger-Version 1: vlf-empfaenger.pdf
• Version 2 mit variabler ZF-Bandbreite: vlf-empfaenger2.pdf
• Sparversion: Konverter nach 25 Mhz: vlf-converter.pdf
• Konverter, besonders für SDR geeignet: vlf-converter3.pdf

Der erste Empfänger deckt den Frequenzbereich von ca. 10kHz bis 500kHz ab. Er ist erstaunlich empfindlich: bedingt durch den hochohmigen Eingang reicht eine kurze Wurfantenne (2m Kabel) völlig aus! Damit sind diverse Zeitzeichen-, Navigations-/Funkfeuer- und Rundfunksender gut zu empfangen. Ganz stark: der DCF77-Zeitzeichensender! Diverse Langwellen-Rundfunksender: einwandfrei! Ein Bisschen Probleme machte bei mir damals der relativ starke Träger auf 549kHz (Deutschlandfunk), der bei Benutzung einer Langdraht-Antenne (15m) Kreuzmodulation erzeugte.

[Update]: Inzwischen hat sich diese Störquelle erledigt: auf der Mittelwelle sendet keine deutsche Station mehr... Aber: aktuell - also nur 7 Jahre später - ist der Empfang im Haus miserabel: DCF77 ist vor QRM fast unhörbar! Der Rest hat sich auch erledigt. Die Zahl der Störquellen hat sich vervielfältigt. Im Haus ist kaum noch vernünftiger Empfang möglich - auch Kurzwelle macht kaum noch Spaß. Nur draußen im Garten ist der VLF-Empfang ein Genuss - echt super!!

Beim 2. Empfänger wurde der Frequenzbereich eingeschränkt (bis 150kHz) und ein etwas steileres Tiefpassfilter mit Saugkreis auf 549kHz am Eingang vorgesehen. Damit waren die Übersteuerungseffekte seinerzeit verschwunden. Gleichzeitig hatte ich im ZF-Teil mit einem bandbreitenveränderlichen Cohn-Filter experimentiert. Abgesehen davon, dass sich mit der Bandbreite auch die Mittenfrequenz verschiebt, fünktioniert dieses Filter recht ordentlich.

Dann die Sparvariante: ein Konverter, der den VLF-Frequenzbereich in den Bereich ab 25Mhz aufwärts verschiebt. Am Ausgang des Konverters wird ein "normaler" Kurzwellenempfänger nachgeschaltet. Beim Konverter wird die Oszillatorspannung induktiv von der Schwingkreis-Spule entnommen. Ein Pufferverstärker erübrigt sich hier. Statt dessen gibt es ein 7dB-Dämpfungsglied, das Oszillator und Mischer etwas entkoppelt und für konstantere Lastbedingungen sorgt.

Und schließlich zum Schluss: der Konverter für SDR-Empfänger. Ein zusätzlicher Saugkreis dämpft recht wirksam den unvermeidlichen Rest-Träger des Oszillators. Das kommt besonders nachgeschalteten SDR-Empfängern zugute, weil dieser Träger sonst einen großen Teil des kostbaren Dynamikbereiches für sich belegt. Dafür benötigt man 2 gleiche Quarze. Auf die Schnelle habe ich in meiner Krabbelkiste nur CB-Funk-Empfangsquarze gefunden.
Tipp: Wenn man das Eingangstiefpassfilter umdimensioniert, kann dieser Konverter hervorragend für den gesamten Kurzwellenbereich benutzt werden! Wenn er von einer Mini-Whip-Antenne gespeist werden soll, so sollte die hochohmige Eingangsstufe weggelassen werden.

Kernstück der Empfänger und des Konverters ist der Diodenringmischer IE500. Die Ansteuerung auf der LO-Seite (local oscillator) sollte nicht weniger als 5 mW betragen (+7 dBm = 1,4 Vpp an 50 Ohm). Deshalb ist dem Oszillator (VFO) eine (sehr) lose angekoppelte 2. Stufe nachgeschaltet, die diese Leistung erzeugt.
Nachsatz: +7 dBm ist der maximale Pegel. Der Mischer funktioniert auch schon ab +1 dBm (0,7 Vpp) ganz ordentlich. Hat mich überrascht.

Die Eingangsstufe mit dem FET J310 ist einigermaßen großsignalfest; der Drainstrom muss dazu entsprechend hoch sein (ca. 20 mA). Es folgt ein symmetrisches 50-Ohm-Tiefpassfilter, das unerwünschte Frequenzbereiche vom Mischer fernhält. Die Ausgangsseite des Mischers wird durch den Eingangswiderstand der folgenden Stufe halbwegs frequenzunabhängig gleichmäßig belastet (wichtig!).

Das verstärkte ZF-Signal durchläuft das 10,7-MHz-Filter (ca. 10kHz Bandbreite) und wird im folgenden TDA1572 auf 455kHz heruntergemischt, selektiert, verstärkt, geregelt und demoduliert.

Es folgen einige Bilder vom ersten Testaufbau:

Fig. 1: Gesamtüberblick: Testaufbau für die Variante 1 während der Schaltungs-Entwicklung

Fig. 2: Oszillator, Eingangsstufe und Mischer

Fig. 3: ZF-Verstärker und Demodulator mit TDA1572, LM386 als NF-Endstufe.
Oben, etwas links: das 10,7 MHz-ZF-Filter, oben rechts: Quarz-Oszillator für die 2. ZF

Fig. 4: Der Konverter während der Entwicklung

Ich habe da so ein schönes Gehäuse; war ursprünglich ein (grottenschlechter) HF-Testgenerator. Mal schauen. Vielleicht verbaue ich alles ordentlich in dieses Gehäuse...

Neue Idee: da ich vom Konverter so begeistert bin, werde ich Letzteren samt Antenne und Fernspeisung (ähnlich Mini-Whip) zusammen in ein außentaugliches Gehäuse (70mm HT-Rohr-Muffe) einbauen. Mittels bipolarem Relais ließe sich der Konverter ein- und ausschalten; die Mini-Whip wäre damit um den Konverter erweitert und aufgewertet. Über die Ansteuerung des bipolaren Relais mache ich mir noch Gedanken. Wer hat einen Tipp????

Wer nur 'mal so (nicht nur) im VLF-Bereich stöbern möchte, dem empfehle ich diese Seite - grandios!!!

Wird (demnächst?) fortgesetzt!

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