Rauschbrücke
Mit einer Rauschbrücke lassen sich viele Meßpobleme beim Selbstbau von Antennen beispielsweise auf recht einfache Weise lösen. Derartige Brücken sind preiswert aufzubauen, dabei aber trotzdem sehr leistungsfähig. Wir stellen in diesem und im nächsten Heft ein derartiges Gerät vor, das sich gut für den Selbstbau eignet. Die Schaltung ist dem Buch "KW-Drahtantennen - selbst gebaut" von Eric T. Red entnommen.
Genau den umgekehrten Weg geht man bei der Rauschbrücke in Bild 1 b: Hier dient ein breitbandiges Rauschspektrum, in dem alle Frequenzen bis zu einer durch die Schaltung vorgegebenen oberen Grenzfrequenz enthalten sind, als Anregung für die Brücke, während jetzt in der Diagonalen ein hochempfindlicher selektiver Indikator liegt, nämlich ein auf die jeweils gewünschte Frequenz abgestimmter Empfänger.
Diese Anordnung ist für den Funkamateur wesentlich vorteilhafter, da er in der Regel über einen entsprechenden Empfänger verfügt, so daß kein zusätzlicher Generator benötigt wird.
Die Schaltung der Rauschbrücke
Bild 2 zeigt den Stromlaufplan der Rauschbrücke, die mit akzeptablen Toleranzen im Bereich vpn 0,4 bis 80 MHz eingesetzt werden kann. Als aktive Komponenten werden zur Vereinfachung des Aufbaus zwei integrierte Schaltungen verwendet. Bei IC1 handelt es sich um ein Transistor-Array mit fünf monolithischen Transistoren (IT1 bis IT5), von denen IT5 in bekannter Weise als Zenerdiode mit etwa 5,7 V Arbeitsspannung geschaltet ist. Er erzeugt ein breitbandiges, gleichförmiges sogenanntes weißes Rauschen, dessen Pegel in den nachgeschalteten Transistoren IT4 bis IT2, die als Breitbandverstärker arbeiten, entsprechend angehoben wird.
Um das Rauschsignal im Empfänger leichter identifizieren zu können, wird es zusätzlich vom Timer 555 (IC2) mit einer Frequenz von ca. 800 Hz getaktet. IT1 dient als niederohmiger Emitterfolger mit etwa 50 Ohm Abschlußwiderstand (am Knoten R12, 13, 15), über den das Signal (Punkte 4/04) in die Brücke eingespeist wird. Die Parallelschaltungen der Widerstände R13/R14 sowie R15/R16 bilden die beiden oberen Brückenzweige, die Serienschaltung aus den abgleichbaren C 10 und R10 (am Punkt 3) sowie die Parallelschaltung aus C9a und C9b (Punkte 2/02) in Serie mit dem U-Port die unteren Zweige. Am U-Port kann beispielsweise als Meßobjekt ein Antennenkabel angeschlossen werden. Am M-Port schließlich muß der als Indikator dienende Empfänger liegen.
Wie arbeitet eine Rauschbrücke?
Rauschbrücken sind eine spezielle Variante der sogenannten Wechselstrombrücken, mit denen nicht nur die Blindwiderstände einzelner Induktivitäten oder Kapazitäten gemessen werden können, sondern auch komplexe Widerstände, bestehend aus Kombinationen der beiden Bauteile mit zusätzlichen ohmschen Widerständen. Sind in dem unbekannten Meßobjekt induktive und kapazitive Bauteile vorhanden, so lassen sich freilich nicht die einzelnen Komponenten bestimmen, sondern es kann nur der resultierende Blindwiderstand festgestellt werden, sei er nun induktiv oder kapazitiv. Wegen der Frequenzabhängigkeit der Blindwiderstände müssen die Messungen jeweils bei der gewünschten Frequenz vorgenommen werden.
Bild la zeigt das Prinzip einer derartigen Brücke. Sie wird von einem Generator gespeist, der auf die Frequenz abgestimmt ist, bei der die Blindwiderstände ermittelt werden sollen. Die Brücke ist dann abgeglichen, wenn die Spannungen über den beiden unteren Brückengliedern nach Betrag und Phase gleich sind. Nur dann wird die Diagonalspannung der Brücke zu Null. Als Null-Indikator in der Brückendiagonalen dient meist ein breitbandig arbeitendes Drehspulinstrument mit Gleichrichter. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß man einen abstimmbaren Generator benötigt, außerdem ist ein einfaches Drehspulinstrument mit Gleichrichter als Indikator denkbar ungeeignet, da es gerade im Bereich des Nullpunktes am unempfindlichsten ist, so daß man entweder eine geringe Meßgenauigkeit in Kauf nehmen, oder aber sehr hohe Speisespannungen verwenden muß.
C9a und C9b haben zusammen den halben Kapazitätswert des Drehkondensators, nämlich 75pF. Auf diese Weise lassen sich mit dem Drehkondensator bis zum halb eingedrehten Plattenpaket induktive Blindkomponenten messen, die zu einer Verringerung des kapazitiven Blindwiderstandes der beiden Festkondensatoren führen, darüber hinaus dann kapzitive Komponenten.
Als Buchsen für BU 1 und BU2 werden BNC-Ausführungen verwendet, während es sich bei C10 um einen Drehkondensator mit Halbkreisplatten und einer Endkapazität von 150 pF, bei R10 um ein möglichst kapazitätsarmes (vorzugsweise gehäuseloses) Potentiometer handeln sollte, dessen Wirkwiderstand einen Bereich überstreichen muß, der dem des Prüflings entspricht, also z.B. 150 Ohm bei Messungen an Antennen. Der Übertrager Ü ist ein 1:1-Balun in Leitungsausführung, der den unsymmetrisch ausgeführten M-Port der Brückenstruktur entsprechend symmetriert.
Nach diesen einleitenden Erklärungen zur Funktion und der Schaltung kommen wir im nächsten Heft zur praktischen Ausführung der Rauschbrücke. Wir haben für Laborbetrieb eine Version mit großen Skalen in einem entsprechenden Gehäuse mit Netzteil aufgebaut, jedoch sind auch kompaktere Varianten mit Batteriebetrieb in beliebigen bereits vorhandenen Gehäusen möglich.
Teil 1 - Teil 2
Eric T. Red.