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Allgemeines
Der sehr aufschlußreiche Artikel von DJ7VY (cq-DL 12/76, Seite 418) gibt einen überblick der Voraussetzungen, die ein VFO-Oszillator erfüllen muß betreffend Rauscharmut. Zusammen mit dem gleichfalls von DJ7VY (cq-DL 6/75, Seite 326) entwickelten Empfängereingangsteil läßt sich ein KW-Empfängerkonzept erstellen, das großen Dynamikbereich aufweist, also hohen Interceptpunkt, hohe Empfindlichkeit, niedriges Empfängereigenrauschen. Wie es DJ7VY ausdrücklich betont, kann ein solcher Oszillator nicht für PLL-Schaltungen benutzt werden, weil eine Varicap-Abstimmdiode eine wesentliche Verschlechterung der SBN-Seitenbandrausch-Verhältnisse des Oszillators hervorruft(1). Es wird ein Oszillatorkonzept beschrieben, das ähnlich der Varicap-Nachstimmung funktioniert, aber ohne Varicapdiode arbeitet. An Stelle einer elektrisch verstimmbaren Kapazität tritt eine magnetisch verstimmbare Induktivität. Die dabei auftretenden Probleme werden näher erläutert und sollten eine Anregung bilden für Weiterentwicklungen.
Problemstellung
Ein KW-Empfänger für den Frequenzbereich 0,1 MHz-30 MHz (als auch für deren Teilbereiche) benötigt einen VFO, der bei einer ZF = 9 MHz den Frequenzbereich 9,1 MHz-39 MHz bestreichen muß. Das ist eine Frequenzvariation von 1 : 4,33, also kapazitiv abgestimmt würde das eine "C"-Variation 1 : 18,8 bedeuten, ohne BereichsüberIappungen.Das ist mit Kapazitätsdioden direkt nicht zu schaffen, ganz abgesehen vom SBN-Rauschen. Bei Anwendung einer Doppelüberlagerung mit hoher erster ZF im Bereich 50 MHz bis 70 MHz und Unterteilung der Frequenzbereiche auf mehrere Einzeloszillatoren(3) kann es auf "Umwegen" gelöst werden. Aber Doppelüberlagerung bringt weitere SBN-Verschlechterung mit sich.
Es wurde der Weg eingeschlagen, eine variable, magnetisch gesteuerte Induktivität zu schaffen, die einen Regelbereich von mindestens "L" 1 : 2, also "F" 1 : √2 ermöglicht und durch Parallelschaltung von Festkapazitäten den gewünschten Frequenzbereich 9,1 MHz-39 MHz bedeckt. Diese Induktivität soll möglichst hohe Güte aufweisen und zusammen mit verlustarmen Kapazitäten und einem rauscharmen Hochstrom-FET(1) den Grundbaustein des Oszillators bilden.
Lösung
Abb. 1. Spuleninduktivität in Abhängigkeit vom Magnetisierungsstrom
Die Induktivität wird auf einen HF-Ferrit-Ringkern gewickelt und in einen ferromagnetisch geschlossenen Joch untergebracht, dessen stromdurchflossene Magnetisierungsspule die magnetische Induktion hervorruft und somit die Kreispermeabilität des HF-Ring- kernes verändert. Es wurden zahlreiche Messungen durchgeführt, um die Abhängigkeit der Spuleninduktivität vom Magnetisierungsstrom (Amperewindungszahl) zu erfassen. Dabei wurde auf Spulengüte besonderes Augenmerk gelegt. Das zur Zeit beste Ergebnis ist auf Abb. 1 dargestellt. Eine "L"-Variation von 1 : 2 verläuft fast linear bei einem Anstieg des "Q"-Wertes bei kleiner werdender Induktivität.
Abb. 2. Oszillator mit steuerbarer Induktivität
Mit Hilfe dieser steuerbaren Induktivität wurde ein Oszillator aufgebaut (Abb. 2). Seine Schwingfrequenz wird fließend beeinflußt durch den Magnetisierungsstrom im Frequenzbereich 1 : 1,5; 3 Parallelkapazitäten bewirken die Grob-Bereichsumschaltung. Der Ausgangspegel nach dem Trennverstärker beträgt "0" dBm ±2 dB. Der Oberwellengehalt ist unwesentlich. Der so aufgebaute Oszillator weist einen größeren Temperaturbeiwert auf als ein solcher mit Kapazitätsdiode; der weite Regelbereich der Induktivität und das "gute Einfangen" in der PLL-Regelschleife macht diesen Tk-Beiwert bedeutungslos. Die Frequenzkonstanz hängt ausschließlich von der Frequenzstabilität des Referenzoszillators ab.
SBN-Messungen als solche wurden leider nicht durchgeführt, in Ermangelung eines Meßplatzes nach DJ7VY (cq-DL 12/76, Seite 418, Abb. 1). An Stelle dessen wurde Relativbeurteilung der Rauschverhältnisse mit einem guten KW-Empfänger durchgeführt und erschienen als zufriedenstellend. Eine winzig kleine 50-Hz-Einstreuung wurde mit Hilfe eines Permalloy-Schutzringes beseitigt. Hochstabile Speisespannung ist allerdings Voraussetzung. Auf Abb. 3 ist der konstruktive Aufbau der magnetisch gesteuerten Induktivität dargestellt. Die Spule ist auf einem Ferrit-Ringkern F81 (Polfer) 10 x 6 Ø x 4 mm gewickelt und besteht aus 8 Windungen versilberter Kupferfolie 1,2 x 0,03 mm, blank, mit einer Anzapfung an der 2. Windung vom "kalten" Ende. Die Flachwindungen sind am Ringkern mit Polystyrol festgeklebt, die Anschlüsse axial herausgeführt. Dieser bewickelte Kern wurde zwischen zwei weitere gleiche Ringkerne straff zusammengeklebt. Dieser "3-Kernsatz" wurde in einem verlängertem FerritTopfkern 35 Ø x 40 mm F1001 (Polfer) eng eingebettet, wobei eine gleichfalls verlängerte Magnetisierungsspule, 5500 Windungen 0,15 Cu-Lr, die Induktivitätssteuerung hervorruft.
Abb. 3. Magnetisch gesteuerte Induktivität
Abb. 4. Oszillator mit PLL-Regelkreis
Laut Abb. 4 kann ein einfacher PLL-Rastregelkreis aufgebaut werden, der zusammen mit dem beschriebenen Oszillator einen quarzfrequenzstabilen Ausgangspegel liefern kann. Die Regelstufen sind vom Auflösungsvermögen der Teilerkette abhängig.
Abb. 5. Steuerverstärker
Der Steuerverstärker zwischen Phasendiskriminator und Magnetisierungsspule ist auf Abb. 5 dargestellt. Dieser besteht aus 2 Verstärkerstufen, unterteilt durch 2 Notchfilter, die für die Vergleichsfrequenz, z. B. 1 kHz, und deren zweite Harmonische abgestimmt sind. Die Ausgangsstufe des Verstärkers wurde zwecks guter Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Speisespannung als "Emittergrund"-, "Emitter-folger"-Stufe mit unterteilter Magnetisierungsspule ausgelegt. Die Vorteile einer solchen Schaltung sind: großer Eingangswiderstand, 6 dB Verstärkung, gute Linearität bei einer Spannungsänderung am Verstärkereingang zwischen 1 bis 4 Volt.
Weiterentwicklung
Basierend auf diesem Konzept wurden weitere Arbeiten unternommen und zwar:
- eine Regelschaltung für analog-digitale Grobabstimmung je 1 MHz mit VFO-Feinabstimmung in den 1-MHz-Bereichen
- eine Regelschaltung für digitale Einknopffeinabstimmung ähnlich zum ESH 2 von Rohde & Schwarz
Darüber in späteren Beiträgen.
Literatur
- Martin, Michael; DJ7VY: Rauscharmer Oszillator für ein Empfängereingangsteil mit großem Dynamikbereich. cq-DL 12/76, Seite 418.
- Martin, Michael; DJ7VY: Empfängereingangsteil mit großem Dynamikbereich und sehr geringen Intermodulationsverzerrungen. cq-DL 6/75, Seite 326.
- Martin, Michael; DJ7VY: Kurztestbericht: Empfänger Trio-Kenwood R-1000. cq-DL 9/80, Seite 402.
- Hayward, Wes; W7ZIO / Krüger, Otto; DJ2EU: Der dynamische Bereich eines Empfängers. cq-DL 3/77, Seite 93.
- Moltrecht, Eckart; DJ4UF: Die Empfindlichkeit eines Empfängers. cq-DL 1/76, Seite 10.
- Schwarzbeck, Günter; DL1BU: SSB-QRM. cq-DL 7/1975, Seite 386.
- Schwarzbeck, Günter; DL1BU: PLL-Kurzwellenempfänger Sony CRF 320. Beschreibung und Testbericht. cq-DL 7/77, Seite 250.
- Waxweiler, Dr. Richard; DJ7VD: Hochfrequenz-Zweitongenerator. cq-DL 9/80, Seite 412.
SP9RG, Ginter Pawel Kaniut.