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Selbstbau von HF-Generatoren 3; Wobbeln mit dem HF-Generator

Im zweiten Teil wurde ein HF-Generator vorgestellt, den man ganz einfach zu einem Wobbelgenerator ausbauen kann. Man benotigt nur eine kleine lusatzschaltung.

Diese erstreckt sich auch auf den HF-Generator selbst, ist aber dort, wie Bild 1 zeigt, minimal. Der 1-kOhm-Widerstand ist eigentlich schon alles. Gibt es Probleme mit den beiden Elkos an Pin 8 des ICs 1 wegen Spannungsumkehr durch die groBe Wobbel-NF-Spannung, sollte man bipolare Typen einbauen. Beim Muster gab es keine Schwierigkeiten, auBer bei der Anwendung eines SagezahnWobbelsignals infolge der kurzen Abfallzeit des Rücldaufs. Die Zufuhr der Wobbelspannung erfolgt fiber einen Durchführungskondensator an der Gehauserückwand.

Wie die ganze Sache funktioniert

Wie das Ganze dann funktionieren kann, zeigt sehr schon eine Spektrumanalyse. In Bild 1 sieht man das Ausgangsspelctrum ohne Wobbelspannung. Der Generator wurde auf 4,1 MHz eingestellt, die erste Oberwelle erscheint urn ca. 25 dB, die zweite urn ca. 30 dB abgesenkt.

Bild 1
Bild 1: So wird der HF-Generator "wobbelfähig".

Bild 2
Bild 2: Das ungewobbelte Ausgangsspektrum bei 4,1 MHz.

Bei Bild 3 wurde gewobbelt. Die Oberwellen waren hier nur durch einen sehr steilflankigen Tiefpass am Ausgang zu unterdrücken. Je groBer der Wobbelhub, um so schlechter gelingt das.

Bild 3
Bild 3: Das Spektrum bei Wobbelung urn +/- I MHz. Die Oberwellen erhalten entsprechend +/-2 MHz bzw. +/-3 MHz Hub.

Bild 4 zeigt eine Breitbandwobbelung mit 5 MHz Wobbelhub. Der Frequenzgang ist dabei im ganzen Bereich sehr schon linear.

Bild 4
Bild 4: Breitbandwobbelung mit 5 MHz Hub. Der Frequenzgang ist sehr linear.

NF-Wobbelgenerator

Der Wobbelgenerator muss eine relativ groBe Wechselspannung erzeugen, die über den l-kOhm-Widerstand die VCO-Spannung am Punkt 8 des ICs im Takt der NF-Wobbelspannung nach oben and nach unten verandert. Dadurch andert sich auch die HF-Ausgangsfrequenz und man erhalt den gewünschten Wobbeleffekt.

Man kann damit in den beiden Frequenzbereichen 0,1-30 MHz und 50-100 MHz des Generators wobbeln.

Verwendet man noch zusatzlich einen Frequenzverdoppler, verdoppelt sich darn natürlich auch der Wobbelbereich.

Der 20-µF-Kondensator halt den Punkt 8 frei von eventueller Offsetspannung des NF-Generators.

Die Wobbelspannung besteht fiblicherweise aus einer Sagezahnsparmung, die eine frequenzlineare Anderung der HF-Ausgangsfrequenz ermoglicht.

Bei unserem einfachen Wobbelgenerator wurde dagegen versucht, mit einer Sinusspannung zu wobbeln, da these leichter zu erzeugen ist. Das hat den Nachteil, dass die Wobbelung nicht 100-prozentig frequenzlinear erfolgt. Inwieweit dies storend ist, wurde untersucht.

Schaltungsbeschreibung

Bild 5 zeigt den kompletten Messaufbau als Blockschaltbild. Der NF-Generator soil von 20 Hz bis 300 Hz einstellbar sein. Desgleichen muss die Amplitude von 0 V bis 5 Vss, besser bis 10 V. stetig einstellbar sein. Nur dadurch erhalt man eine universelle Anwendung mit der Moglichkeit zum Breitbandwobbeln Ilk den Bereich von etwa +/- 7 MHz ober- und unterhalb der eingestellten Ausgangsfrequenz des HF-Generators.

Bild 5
Bild 5: Messaufbau zur Untersuchung verschiedener Steuersignale. Besitzt das Oszilloskop einen X-Eingangssteller, konnen Potentiometer und Festwiderstand entfallen.

Ein zweiter Generator kann zur Erzeugung einer Frequenzmarke gebaut werden, die man einfach fiber einen kleine Kapazitat nach dem Messobjekt einkoppelt. Man kann dazu auch einen vorhandenen HF-Generator benutzen. Die Ausgangsamplitude sollte aber etwa 1 V. betragen.

Der Frequenzgenerator erzeugt mit der gewobbelten HF eine Schwebung, die als Frequenzmarke am Oszilloskop sichtbar wird.

Urn ein stehendes Bild am Oszilloskop zu erhalten, wird die Wobbel-NF aber das 1- kOhm-Poti an die X-Platten gelegt. Dadurch kann man nach Umschaltung auf X-Betrieb starende Doppelbilder ausblenden, sowie die gewobbelte Durchlasskurve in der horizontalen X-Grosse verandem.

Vergleich von Sinus und Dreieckform

Im Augenblick des untersten Sinus-Scheitelpunkts ist die zu wobbelnde HF-Ausgangsfrequenz am tiefsten. Steigt nun die Spannung, steigt die gewobbelte HF und kommt in den Durchlassbereich des Bandpasses, des Messobjekts.

Bei weiterem Frequenzanstieg erhalt man in der Folge die Durchlasskurve, die in Bild 6 über dem ansteigenden Teil der Sinuskurve zu sehen ist.

Bild 6
Bild 6: Ergebnis beim Bandpass mit Sinusspannung 3 Vss, 200 Hz.

Steigt die Spannung weiter, wird der Durchlassbereich des Bandpasses verlassen. Die BF ist jetzt holier als die obere BandpassGrenzfrequenz.

Nach dem Scheitelpunkt beginnt das Spiel von neuem, jedoch mit abnehmender Frequenz. Die Durchlasskurve ist daher seitenverkehrt.

Bei dieser Wobbelung erfolgt keine line-are Frequenzanderung. Es kommt im Bereich der Minima- und Maxima der Sinuskurve zu Stauchungen entlang der Frequenzachse. Für eine Beurteilung der Durchlasskurve ist das von untergeordneter Bedeutung. Will man aber Prazisionsmessungen durchführen, wird man urn den Markengenerator nicht herumkommen, schon allein, urn den frequenzmaBigen Uberblick nicht zu verlieren.

Bei Wobbelung mit einem Dreieck laufen im Prinzip die gleichen Vorgange ab, jedoch kommt es nicht zum Stauchungseffekt (Bild 7). Mit den auftretenden Doppelbildern muss man in beiden Fallen leben, die kann man nur durch einen Sagezahn mit Rücklauf-Unterdrackung vermeiden. Da der Sagezahnrücklauf nicht unendlich kurz ist, erhalt man ohne Unterdrackung (Blanking) eine Spitze, welche die stark komprimierte rücklaufende Durchlasskurve darstellt. Dies ist in Bild 9 sehr gut zu erkennen.

Bild 7
Bild 7: Ergebnis beim Bandpass mit Dreieckspannung 3 Vss, 200 Hz.

Wobbelung eines Bandpasses

Verwendet wird ein 3,5-MHz-EigenbauBandpass in SMD-Technik. Bild 8 zeigt den Messaufbau. In der Folge wird (las Frequenzverhalten untersucht.

Bild 8
Bild 8: Mit sagezahnftirmiger Ansteuerung nähert man sich der Wirklichkeit am besten.

Bild 9
Bild 9: Messaufbau für Durchlasskurven. Links der Eigenbau-Gleichrichter, rechts der Bandpass.

Schritt 1:

Die Messschaltung wird ohne NF-Wobbelsignal betrieben. Der HF-Generator wird von Hand durchgestimmt. Dies bedeutet eine langsame manuelle Wobbelung. Es wird sich am Oszilloskop der Beginn und das Ende der Durchlasskurve zeigen.

Schritt 2:

Der HF-Generator wird auf die Mittenfrequenz des Durchlassbereichs eingestellt. Nun wird die Wobbelspannung angelegt and soweit erhaht, dass die Durchlasskurve sichtbar wird. Mit dem Markengenerator kann man jetzt sehr schon den Durchlassbereich mit der 3-dB-Bandbreite (Abfall der Spannung auf 71 %) markieren und ablesen. Hauptanwendung ist der Abgleich des Tiefpasses, urn die angestrebte Kurvenform zu realisieren.

Bild 10 zeigt die Durchlasskurve in optimaler Darstellung.

Bild 10
Bild 10: Bandpass-Durchlasskurve in günstiger Darstellung mit Frequenzmarke.

Untersuchung eines Tiefpasses

Der von R&S hergestellte Tiefpass (Bild 11) besitzt einen sauberen Aufbau in SMD-Technik. Die Spulen sind zum Erreichen hoher Güte in herkommlicher Schalenkerntechnik aufgebaut. Man erhalt damit die Moglichkeit, die Induktivitat zu verandern. Die Kondensatoren sind keramisch.

Bild 11
Bild 11: Der kommerzielle Tiefpass 7,5 MHz.

Besonders interessant ist natarlich der Verlauf der Flanke. Diesen erhalt man in optimaler Darstellung mit einer Schmalbandwobbelung.

Dabei wird die Flanke mit Hilfe des 1-kOhm-Potentiometers am X-Eingang des Oszilloskops gedehnt sowie der Wobbelhub entsprechend gering eingestellt.

Man kann dadurch den Verlauf der Flanke sehr detailliert darstellen (Bild 12). Eine Messung des Sperrbereichs kann nicht durchgeführt werden, da dazu der Dynamikbereich der einfachen Diodengleichrichtung ohne logarithmischen Verstarker nicht ausreicht.

Bild 12
Bild 12: Gedehnte Tiefpassflanke mit Marke bei 7 MHz.

Ermittlung einer Reflexionsdampfung

Ahnlich der Wobbelung des Amplitudenverlaufs kann auch das Anpassverhalten eines Messobjektes untersucht werden.

Dazu wird zusatzlich nur eine Messbrücke benotigt, wie sie z.B. in "funk" 9/99 beschrieben ist.

Bild 13 zeigt die Zusammenschaltung der erforderlichen Baugruppen und Gerate, Bild 14 den praktischen Messaufbau.

Bild 13
Bild 13: Aufbau zur Ermittlung der Reflexionsdampfung.

Bild 14
Bild 14: Aufbau mit Gleichrichtung. Links der zusatzliche Gleichrichter.

Bei der Wobbelung ergeben sick Minima und Maxima im Kurvenverlauf (Bild 15).

Bild 15
Bild 15: Anpassungsverlauf der Stationsantenne. Oben: direkte HF, unten: Richtspannung. Frequenzbereich 1...9 MHz, d.h. SWR 1 bei 3,6 MHz und SWR 1,2 bei 6,9 MHz.

Die Minima entsprechen der Annaherung an die 50 Ohm Systemimpedanz (Anpassung). Die Maxima bezeichnen die Punkte mit hohem SWR.

Man kann die Messung bei vorhandenem Oszilloskop mit hoher Grenzfrequenz direkt in der HF-Lage durchführen. Dies demonstriert Bild 18. Verwendet man den Eigenbaudetektor, dann reicht ein Billigoszilloskop mit geringer Bandbreite.

Bei der HF-Darstellung sind die Minima sehr schon zu erkennen, bei der gleichgerichteten Darstellung dagegen muss man den Nullpegel durch einen 50-Ohm-Abschluss an Stelle des Messobjekts markieren. Dabei nicht vergessen, das Oszilloskop auf die Betriebsart DC zu stellen!

Gezeigt wird der Anpassungsverlauf einer Windom-Stationsantenne, die direkt an die Messbrücke angeschlossen wurde. Dass die Richtspannung (unten) dem HF-Verlauf (oben) exakt folgt, wird mit der ZweistrahlDarstellung anschaulich demonstriert: Der "Bucker der HF entspricht genau dem Verlauf der Richtspannung.

Untersuchung einer Magnetantenne

Am Beispiel einer Loop für den 50-MHz-Bereich (Bild 16) sei gezeigt, wie Resonanz und Anpassung (Gamma Match) einfach und schnell eingestellt werden können.

Bild 16
Bild 16: Die 6-m-Magnetantenne.

Der Messaufbau erfolgt wie bei der Ermittlung der Anpassung, der 50-Ohm-Referenzwiderstand ist umschaltbar.

Bei der Anpassung einer Magnetantenne an 50 Ohm wird bekannterweise die Gamma Match, in diesem Fall realisiert durch zwei Klemmen, so weft verschoben, bis bei der gewünschten Resonanzfrequenz das SWR am geringsten ist.

Dabei wird die Summe aus Strahlungsund Verlustwiderstand der Antenne auf 50 Ohm transformiert. Dies erfolgt analog dem Spulenanzapfen bei einem Parallelschwingkreis.

Zur Ausführung: Im Bereich 2 des HFGenerators wird die ungefahre Resonanz (hier ca. 51 MHz) eingestellt. Nach Erhohung des Wobbelhubs zeigt sich dann der Anpassungsverlauf der Antenne.

Durch Umschaltung auf den 50 Ohm Referenzwiderstand erhalt man die Basis-Referenzlinie firs SWR 1.

Die Anpassung an diese Linie erfolgt dann durch Verandem des Klemmenabstands an der Antenne.

Erreicht die Kurve die Referenzlinie, hat man Anpassung. Andemfalls ist die transformierte Widerstandssumme groper oder kleiner als 50 Ohm.

Mit der Frequenzmarke konnen dann Mittenfrequenz und Bandbreite ermittelt werden (Bild 17).

Bild 17
Bild 17: Anpassungsverlauf der 6-m-Antenne mit Marke bei 51 MHz.

Zusammenfassung

Der Wobbelzusatz ist eine sehr sinnvolle Erganzung zum HF-Generator und sowohl für Schmal- als auch Breitbandwobbelung geeignet.

Bei tolerierbaren Stauchungen kann ein einfacher NF-Generator verwendet werden.

Hervorzuheben ist die hohe Ausgangsspannung von 2 Vss, die eine Anzeige des SWRs mit einem normalen Diodengleichrichter ermoglicht.

DJ1UGA, Hans Nussbaum.