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Erweiterte Fassung eines Vortrags auf der VHF-UHF 76 in München.
1. Einführung
Bis vor kurzem wurde fast die gesamte Amateurfunk-Tätigkeit im 10-GHz-Band von britischen Amateuren getragen. Bild 1 zeigt, daß die beteiligten rund 50 Amateure recht erfolgreich waren. Erwähnenswert sind besonders die Verbindungen zwischen Schottland (GM) und England (G) - mit 521 km gegenwärtiger Weltrekord - zwischen Schottland und Wales (GW) über 322 km, zwischen England und den Niederlanden (PAO) über eine Entfernung von 306 km, sowie Funkverbindungen von England nach Frankreich (F), zur Insel Jersey (GC), und nach Belgien (ON), die zumindest von englischen Funkamateuren als nichts Außergewöhnliches angesehen werden. Viele Verbindungen finden unter Kontestbedingungen statt, wobei G3KSU bislang der Erfolgreichste war: er erreichte von der Insel Wight aus 12 Stationen bei einer einzigen Gelegenheit.
Bild 1: Einige der 10-GHz-Funkverbindungen von britischen Funkamateuren. Die 521-km-Verbindung ist wahrscheinlich Weltrekord.
Besonders erfreulich bei all diesen Aktivitäten ist, daß fast alle Funkverbindungen bislang mit sehr einfachen, und vollständig selbstgebauten Geräten zustande kamen. Die Sendeleistung liegt meist nur zwischen 1 mW und 20 mW; die Verbindungen wurden aber sehr sorgfältig geplant, und mit viel Ausdauer und Fingerspitzengefühl durchgeführt. Überraschend ist im übrigen, daß einige der erfolgreicheren Funkamateure nicht die geringste Erfahrung im Mikrowellengebiet hatten.
Es ist die Mühe wert, zu untersuchen, wie es zu dieser Situation kam. In den späten 60er Jahren begannen sich britische Funkamateure besonders für die Mikrowellen-Bänder zu interessieren, und sie versuchten die Gründe für die geringe Aktivität herauszufinden. Schuld schien vor allem die Einstellung zu sein, daß der Mikrowellenbereich einfach eine Fortsetzung des VHF-UHF-Bereiches sei. Aus dieser Sicht konnte es nur so erscheinen, daß die höheren Frequenzen zunehmend schwieriger zu erarbeiten seien. Nachdem diese Vorstellung erst einmal in Frage gestellt worden war, wurde klar, daß Mikrowellentechnik ebensowenig eine Fortsetzung der VHF-Technik ist wie VHF-Technik eine Fortsetzung der Kurzwellentechnik ist. Man erkannte, daß es unsinnig ist sich selbst Hindernisse in den Weg zu legen, indem man beispielsweise an der Schmalbandtechnik gedankenlos festhielt. Diese Technik ist fraglos auf den überfüllten niederfrequenten Bändern notwendig, aber nicht wenn über 1 GHz mehr als 1000 MHz an "Frequenzraum" zur Verfügung stehen. Außerdem dürfte der konventionelle Lösungsweg mit Quarzoszillator und Vervielfacherkette bei den höheren Mikrowellenbändern in Hinblick auf das Verhältnis Aufwand zu Nutzen eine unterlegene Technik darstellen. So erlangten Breitband-Techniken plötzlich praktische Bedeutung.
Ein weiterer Grund für die schleppende Entwicklung war die Annahme, daß die Reichweite von Funkverbindungen mit wachsender Frequenz immer kleiner werden würde, um schließlich vielleicht nur noch wenige Kilometer zu betragen. Als man sich jedoch fragte, was für Geräte Amateure ohne besondere Möglichkeiten bauen könnten, und was für Reichweiten damit maximal erzielbar seien, gaben Berechnungen eine sehr ermutigende Antwort: es zeigte sich nämlich, daß mit Antennen von mäßigem Gewinn für jeden beliebigen hindernisfreien Ausbreitungsweg in der Welt bei jeder beliebigen Frequenz Sendeleistungen im µW- oder mW-Bereich ausreichen. Da jeder praktisch ausgeführte Sender wesentlich höhere Leistungen erzeugt - wie schlecht auch sein Wirkungsgrad sein mag - ist der Erfolg über hindernisfreie Strecken praktisch garantiert! Da freie Ausbreitungswege je nach geografischen Gegebenheiten mehrere hundert Kilometer lang sein können, warteten Entfernungsrekorde dieser Größenordnung geradezu darauf genommen zu werden. Mit anderen Worten:
Mikrowellen-Funkverbindungen über derart große Entfernungen hängen nicht in erster Linie von der Größe und Wirksamkeit der Geräte ab, sondern von der Anstrengung und der Erfahrung, lange, hindernisfreie Strecken zu finden. Weitere Berechnungen zeigten darüber hinaus, daß für Funkverbindungen über perfekte "Ducts' noch weit geringere Sendeleistungen erforderlich sind.
Diese Überlegungen - die für alle Frequenzen gelten - waren der Ausgangspunkt für die rasche Zunahme des Interesses am 10-GHz-Band in England (U.K.). Warum nun 10 GHz ?
Dafür gibt es mehrere Gründe:
Da war die Herausforderung einer neuen Technik, die bequeme Größe der Geräte, die Tatsache, daß einige "Surplus"-Teile erhältlich waren, und der in frequenzmäßiger Hinsicht große Abstand von VHF, der eine technische Voreingenommenheit verhinderte. Der beste Grund 10 GHz zu wählen war jedoch, daß sich schwerlich ein Grund dagegen finden ließ.
Die Absicht dieses Artikels ist es, Leser die an Versuchen im 10-GHz-Band interessiert sind, davon zu überzeugen, daß es viel einfacher ist als sie befürchten - falls sie auf die Erfahrung der britischen Funkamateure vertrauen wollen. Auf jeden Fall ist die Beschäftigung mit 10 GHz ganz anders als mit tieferen Frequenzen, und sie dürfte für Viele lohnender als jede andere Amateurfunk-Tätigkeit sein. Dieser Artikel versucht, die gesammelte britische Erfahrung in technischer und betrieblicher Hinsicht weiterzugeben. Ein großer Teil dieser Information wurde von der RSGB ab 1970 in "Radio Communication" veröffentlicht. Außerdem enthält die 3. Auflage des "VHF-UHF Manual" der RSGB (Ausgabe Mai 1976) alles was bis Ende 1974 veröffentlicht wurde.
2. Ein einfacher 10-GHz-Transceiver
Bild 2 zeigt schematisch die wohl einfachste Form einer Ausrüstung. Sie ist nicht übermäßig wirkungsvoll, doch sie ermöglicht einen Anfang ohne zu viel Aufwand oder Anstrengung. Alle Teile dieses Duplex-Transceivers können später zusammen mit anderen beschriebenen Baugruppen für ein wirkungsvolleres System verwendet werden. Der 10-GHz-Teil besteht einfach aus einem Gunn-Oszillator kleiner Leistung, der sowohl Sender wie auch selbstschwingender Mischer ist. Zwei ähnliche Einheiten benutzen die gleiche Zwischenfrequenz, und erlauben so vollen Duplex-Betrieb nach dem gezeigten Frequenzbeispiel. Die maximal zu erwartende Reichweite über hindernisfreie Strecken liegt bei etwa 50 km mit 20-dB-Antennen, und sie kann bis zu mehreren hundert Kilometern betragen, wenn Parabolspiegel-Antennen mit 50 cm Durchmesser verwendet werden. Details zum Nachbau einzelner Baugruppen folgen in den nächsten Abschnitten.
Bild 2: Gunn-OsziHator als Sender und selbstschwingender Mischer in einem Duplex-System
2.1. Einfacher Gunn-Oszillator für 10 GHz
Bild 4: Ein einfacher, aber zuverlässiger Gunn-Oszillator mit dielektrischer Abstimmung
Ein Gunn-Oszillator besteht aus einem Hohlraum-Resonator, in welchem sich eine sogenannte Gunn-Diode befindet. Die Diode ist kein Gleichrichter, sondern sie hat die Eigenschaft, daß bei Anlegen einer Gleichspannung von 7 bis 10V ein gleichmäßiger Strom von rund 150 mA fließt, dem Impulse überlagert sind. Bei einem Gunn-Halbleiter, der für den Betrieb im 10-GHz-Bereich vorgesehen ist, treten rund 1010 Impulse pro Sekunde auf. Bei Betrieb in einem Hohlraumresonator bestimmt dessen Resonanzfrequenz die Impulsrate, und die Impulse werden zu Sinusschwingungen. Mit der erwähnten Gleichstrom-Eingangsleistung, die für Kleinleistungs-Gunn-Dioden typisch ist, erhält man Ausgangsleistungen im Bereich von 1 bis 20 mW. Es gibt Hochleistungsdioden, die bis zu 1 W erzeugen, aber sie bieten im Gebrauch verschiedene Probleme. Beispielswelse ist es sehr schwierig, die aufgrund des schlechten Wirkungsgrades entstehende hohe Verlustleistung abzuführen.
Der Bau des Hohlraumresonators erfordert Sorgfalt, doch scheint die Herstellung für die meisten die es versuchen möglich zu sein. Wichtig ist nicht Genauigkeit als solche, sondern mechanische Zuverlässigkeit. Man muß bedenken, daß das Signal aus der Empfänger-Bandbreite läuft, wenn die Oszillatorfrequenz sich bei einer ZF-Bandbrelte von 100 kHz um mehr als 1 × 10-5 ändert. Praktisch bedeutet dies, daß die mechanische Stabilität des Hohlraum-resonators, und insbesondere des Abstimm-Mechanismus, ganz außerordentlich hoch sein muß. Kommerzielle Oszillatoren sind in dieser Hinsicht Oft einfach nicht gut genug; sie können deshalb für den Amateurgebrauch nicht immer empfohlen werden.
Die bis jetzt im Amateurfunk erfolgreichste aus einer großen Anzahl von Konstruktionen ist in Bild 5 gezeigt. Sie arbeitet hervorragend und kann doch sogar mit Handwerkzeugen in wenigen Abenden aufgebaut werden. Der Hohlraumresoriator wird aus einem kurzen Stück Standard-Hohlleiter WG16 (WR90 oder R100) mit den Außen-Abmessungen 1" × 0,5" (25,4 mm × 12,7 mm) bei einer Wanddicke von 0,05" (1,27 mm) hergestellt. Die Diode überbrückt die Schmalseite des Hohlleiters von einem Stempel aus. Die höchste Schwingfrequenz wird durch die Länge des Hohlraumresonators bestimmt, gle wird zwischen der Mittellinie dieses Stempels und der Frontfläche des Befestigungsflansches, gegen welche die Iris geschraubt wird, gemessen. Die Länge liegt nahe bei der halben Hohlleiterwellenlänge, also λH/2. Die folgenden ausgerechneten Werte mögen als Anhaltspunkt dienen:
| Oszillatorfrequenz GHz | Länge L mm |
|---|---|
| 10,0 | 19,8 |
| 10,2 | 19,2 |
| 10,4 | 18,6 |
Bild 5: Konstruktionseinzelheiten eines Oszillators für die Dioden der Serie CXY 11 (Philips, Mullard, Valvo), DC 1251 (AEI)
2.1.1. Aufbau-Hinweise
Als erstes ist auf der Mittellinie der Hohlleiter-Breitseite, etwa 22 mm von einem Ende entfernt, ein 2,4-mm-Loch durch obere und untere Wandung in einem Arbeitsgang zu bohren. Die untere Bohrung wird auf 4 mm erweitert, und mit M5-Gewinde versehen. Nun befestigt man eine M5-Mutter mit einer Schraube, steckt einen Standard-Flansch auf das Hohlleiter-Ende, und stellt die oben angegebene Länge L ein.
Anschließend werden Flansch und Mutter in einem Arbeitsgang festgelötet. Das Gewinde schneidet man notfalls nach. Das überstehende Hohlleiter-Ende feilt man vorsichtig ab. Zuletzt stellt man eine plane, glatte Flansch-Oberfläche her, indem man sie auf angefeuchtetem Schmirgelpapier reibt, welches auf einer Glasplatte liegt.
Der HF-Kurzschluß im Hohlleiter sollte vorzugsweise ein gut sitzender Schleifkontakt sein. Dies kann durch Feilen bis kurz vor das Endmaß und abschließendes Einschleifen auf einer Schmirgelfläche erreicht werden. Wenn der Kurzschluß nicht richtig fest sitzt, sollte er durch Schrauben durch die Hohlleiterwände fixiert werden, sobald die optimale Position bekannt ist.
Es ist wichtig, im Inneren des Hohlraumresonators alle Flußmittelreste und alles überschüssige Lötzinn zu entfernen, da diese Materialien bei der hohen Arbeitsfrequenz verlustreich sind. Ebenso sollten Grate entfernt werden, und zwar vor allem von allen Berührungsgebieten mit Isoliermaterial, von den Kontakten für die Diode, und von den Berührungskanten der Iris.
Es ißt außerdem wichtig, daß die Bohrung in der M5-Befestigungsschraube für die Gunn-Diode exakt zentrisch ist, weil andernfalls die Gefahr besteht, daß die Diode beim Drehen der Schraube abgeschert wird. Die Mitte in einem Gewindestab zu bestimmen ist schwierig, und wenn diese Arbeit nicht in einer Drehbank ausgeführt werden kann, versieht man die Schraube mit einer Mutter und einer Kontermutter, und benutzt diese als Referenz zum Anreißen und Körnen.
2.1.2. Inbetriebnahme und Abgleich
Bei dieser Leistungsklasse ist die Wärmeableitung kein Problem, so daß die Diode in der einen oder anderen Richtung eingesetzt werden kann. Man muß aber darauf achten, daß die Spannungsversorgung nicht falsch herum angeschlossen wird, da dies die Diode zerstören kann.
Der HF-Kurzschluß wird zum Anfang auf ein paar Millimeter Abstand vom Diodenstempel eingestellt, und eine Spannung von 7 V (maximal 200 mA) angelegt. Die Spannung wird nach und nach erhöht (wenn der Strom fallen sollte), bis sich der Oszillator zuverlässig abstimmen läßt, und bei jedem Anlegen der Betriebsspannung sicher anschwingt. Abschließend ermittelt man die optimale Stellung des HF-Kurzschlusses und sichert ihn dort.
Die Abstimmschraube stellt man vorzugsweise aus PTFE (Teflon) her; es läßt sich jedoch auch Nylon, Pertinax oder sogar Glas verwenden. Auf jeden Fall ist eine dielektrische Abstimmung wesentlich zuverlässiger als eine noch so gut hergestellte Metall-Abstimmung. Mit der angegebenen M 5-Schraube aus PTFE bekommt man eine Abstimmsteilheit von ungefähr 100 MHz pro Umdrehung, was gerade ideal ist, wenn man einen 6 : 1 -Feintrieb einbaut.
Als Alternative läßt sich eine dünnere Schraube mit Feingewinde zusammen mit einem Feintrieb der einen Umdrehungszähler besitzt, einsetzen. In beiden Fällen muß man der Zuverlässigkeit und der Präzision des Antriebsmechanismus ebensoviel Aufmerksamkeit widmen, wie man es bei einem VFO für VHF tun würde; die Anforderungen sind etwa die gleichen.
Der Abstimmbereich kann mehrere hundert MHz betragen, und die Abstimmkurve verläuft ziemlich linear, außer wenn die dielektrische Abstimmschraube gerade in den Hohlraum-resonator eintaucht und wenn sie kurz vor der gegenüber liegenden Wand steht. Im Gegensatz dazu bekommt man mit metallischen Abstimmschrauben eine sehr unlineare Abstimmkurve.
Dieser große Abstimmbereich bedeutet, daß die Länge des Hohlraumresonators zunächst nicht so kritisch ist. Wenn jedoch die Resonanzfrequenz zu niedrig ist, läßt sich die Frequenz durch vorsichtiges Abschleifen der Flanschfläche erhöhen. Falls dagegen die Resonanz zu hoch liegt, läßt sie sich durch eine Abstandsplatte aus Metall zwischen Flansch und Iris erniedrigen. In beiden Fällen liegt die Frequenzänderung in der Größenordnung von 300 MHz pro Millimeter.
Die Oszillatorfrequenz kann auch durch Ändern der Dioden-Betriebsspannung um einige MHz verändert werden. Die Frequenzänderung hängt von der Güte des Hohlraumresonators und vom Arbeitspunkt der Diode ab. Üblicherweise liegt sie im Bereich von 1 bis 20 MHz/V. Diese Eigenschaft wird benutzt um das Ausgangssignal zu modulieren. Es entsteht eine Mischung aus AM und FM, die von sehr guter Qualität sein kann. Über die Betriebsspannung läßt sich aber auch eine Feinabstimmung und automatische Frequenznachstimmung (AFC) durchführen. Alternativ kann für die genannten Zwecke auch eine Kapazitätsdiode eingesetzt werden. Davon wurde jedoch von Amateuren bis jetzt kaum Gebrauch gemacht, weil der Aufbau komplizierter wird, und weil der maximale Abstimmbereich bei Resonatoren mit hohem Q auf einige zehn MHz beschränkt sein kann.
Der Lochdurchmesser in der Iris ist ein Kompromiß. Eine größere Öffnung ergibt im allgemeinen eine höhere Ausgangsleistung, doch können Stabilität und Abstimmbarkeit des Oszillators leiden. Andererseits kann die Stabilität eines unsicheren Oszillators durch Verkleinern der Irisöffnung oft verbessert werden. Es ist zu bedenken, daß ein unstabiler Oszillator wenig nützt, auch wenn er eine hohe Leistung abgibt; dagegen mag auch sogar eine drastische Reduzierung der Ausgangsleistung in der Praxis wenig negativen Effekt auf die Weitverkehrsmöglichkeiten des Geräts haben, wenn es nur stabil wird. An erster Stelle steht Stabilität, nicht Ausgangsleistung.2.2. Spannungsversorgung/Modulator
Die Spannungsversorgung sollte wenigstens 200 mA liefern können, und die Spannung sollte im Bereich von 7 bis 10V einstellbar sein. Eine Stabilisierungsschaltung ist vorteilhaft, aber nicht unbedingt nötig, außer bei unzuverlässigen Oszillatoren, die oft recht empfindlich auf Spannungsänderungen reagieren.
Die Spannung sollte mit einem Ton und mit Sprache modulierbar sein, und zwar mit einem Pegel bis zu einigen hundert mV. Die Tonmodulation ist beispielsweise in einem EmpfängerOszillator günstig, um unmodulierte Signale eines Spektrumgenerators hörbar machen zu können.
Die Kombination Spannungsversorgung/Modulator/Oszillator sollte sorgfältig auf parasitäre Schwingungen untersucht werden, da diese neben anderen Problemen die sie verursachen auch das Signal modulieren können. Stabilisierte Spannungsversorgungen scheinen besonders anfällig gegen Schwingen im VHF-Bereich zu sein.
Gunn-Dioden neigen als Bauelemente mit negativem Widerstand dazu, mit (Streu-) Induktivitäten zu schwingen. Es ist deshalb gut, wo immer möglich ein Dämpfungsglied an den Spannungsversorgungs-Anschlüssen des Gunn-Oszillators anzubringen. Dies kann aus der Serienschaltung eines Kondensators mit 10 nF und eines Widerstandes von 10 bis 100 Ω bestehen. Darüberhinaus ist zur Sicherheit eine Z-Diode mit einer Spannung von 0,5 V über der maximalen Betriebsspannung des Oszillators einschließlich Modulations- und Abstimmspannung angebracht.
Zur probeweisen Inbetriebnahme ist jede passend einstellbare Spannungsversorgung verwendbar. Die einfachste Form ist sicherlich eine Z-Diode mit der optimalen Betriebsspannung der Gunn-Diode über die Anschlüsse des Oszillators gelötet, mit einem für den Auto-Akku passenden Vorwiderstand. Bild 6 zeigt die Schaltung einer typischen Spannungsversorgungs-/Modulator-Einheit, die mit unstabilisierten 12V gespeist werden kann. Sie enthält einen einstufigen Mikrofonverstärker, einen Tongenerator (Multivibrator), und einen als veränderbaren Widerstand arbeitenden Transistor für die Betriebsspannung der Gunn-Diode. Dieser Leistungstransistor wird von einem integrierten Verstärker gesteuert, der seinerseits zum einen eine einstellbare, stabilisierte Spannung, zum anderen die Modulationsspannung zugeführt bekommt.
Bild 6: Typische Spannungsversorgungs-/Modulator-Einheit für Kleinleistungs-Gunn-Dioden
Die in Bild 6 wiedergegebene Schaltung einer typischen Spannungsversorgungs-/Modulatoreinheit für Kleinleistungs-Gunn-Dioden weist einen Fehler auf, der bereits im Original, nämlich im VHF-UHF-Manual, enthalten ist: Der Eingang 3 des Operationsverstärkers muß mit der Z-Diode C5V6 (und natürlich mit der NF) verbunden werden; Eingang 2 dagegen mit dem Schleifer des 10-kΩ-Potentiometers.
2.3. Zwischenfrequenzverstärker
Wie schon betont wurde, ist es unwahrscheinlich, daß die erzielbare Reichweite durch schwache Stellen im System beeinträchtigt wird, wenn es sich nur um ein dB hier und dort handelt. Eine Konsequenz daraus ist, daß die Wahl der Zwischenfrequenz statt nach strengen technischen Gesichtspunkten einfach nach der bequemsten Realisierbarkeit vorgenommen werden kann. Es gibt allerdings eine Ausnahme: Wenn zwei Stationen nach dem Duplex-System arbeiten, wie es in Bild 2 gezeigt wurde, dann müssen sie die gleiche ZF benutzen, um ständiges Nachstimmen zu vermeiden.
Die Entwicklung zuverlässiger Oszillatoren die über einen weiten Frequenzbereich abstimmbar sind, zusammen mit Geräten die kaum jemals fernbedient werden müssen, hat dazu geführt, daß Einfachsuper am gebräuchlichsten wurden. Die Alternative wäre ein erster Oszillator mit fester Frequenz, und eine abstimmbare Zwischenfrequenz. Dieses System hat sich aber kaum durchgesetzt, weil es viel schwieriger ist, ein über einen weiten Frequenzbereich (mindestens 100 MHz) abstimmbares, rauscharmes ZF-Teil zu realisieren, und dabei ZF-Durchschlag - vor allem bei Betrieb von erhöhten Standorten - zu vermeiden. Deshalb sind die folgenden Arten von ZF-Verstärkern am weitesten verbreitet:
Normaler UKW-Rundfunkempfänger, abgestimmt auf eine freie Frequenz (zwischen 100 und 108 MHz). Manchmal wird die Platine ausgebaut, und zur Abschirmung in ein Metallgehäuse eingebaut. Die automatische Nachstimmspannung (AFC) wird verschiedentlich zur Steuerung des Gunn-Oszillators benutzt.
Ein 30-MHz-ZF-Teil aus modifizierten 10,7-MHz-Filtern, üblicherweise aus den Einzelteilen extra aufgebaut. Manchmal wird jedoch auch ein UKW-Rundfunkempfänger verwendet, dessen Eingangsteil auf 30 MHz umgebaut wurde, mit entsprechender Änderung des Oszillators. Diese ZF scheint besonders bei denen beliebt zu sein, die Gegentaktmischer verwenden.
Manchmal wird auch eine 10,7-MHz-ZF verwendet, doch die Möglichkeit der Fehlabstimmung wegen des geringen Frequenzabstandes zwischen Signal- und Spiegelfrequenz, sowie die störenden Rauschseitenbänder des Oszillators, haben diese Zwischenfrequenz weniger beliebt werden lassen.
ZF-Verstärker aus Fernsehgeräten werden ebenfalls benutzt, wobei der Frequenzbereich durch Parallelschalten von Kondensatoren zu den Schwingkreisen auf 30 MHz verschoben wird. Diese Art der Änderung verringert gleichzeitig die unnötig große Bandbreite.
Schließlich können gewöhnliche Schmalband-AM-Empfänger verwendet werden, um tonmodulierte Breitband-Signale mit nur einem geringen Wirkungsgrad-Verlust aufzunehmen. Dazu muß nur die ZF-Bandbreite des Empfängers größer sein als die Tonfrequenz (üblicherweise 1 kHz).
2.3.1. ZF-Vorverstärker
Üblicherweise wird ein ZF-Vorverstärker eingesetzt, der unmittelbar am Mischer montiert ist. Der Vorverstärker übernimmt die Anpassung zwischen dem Mischer und dem (möglicherweise entfernt angebrachten) ZF-Teil, und beseitigt Probleme hinsichtlich Impedanz und Potentialtrennung. Die Bilder 7 und 8 zeigen die Schaltung je eines typischen abgestimmten und eines typischen unabgestimmten Vorverstärkers.
Bild 7: Einfacher unabgestimmter Vorverstärker.
Drossel zwischen 100 µH bel 10 MHz und 3µH bei 150 MHz
Bild 8: Einfacher abgestimmter Vorverstärker für 100 - 150 MHz
L1: 5 Wdg. auf 6-mm-Körper mit UKW-Kern, Ankopplung: 2 Wdg. isol. Draht.
L2: 6 Wdg., sonst wie L1.
3. Antennen
Eine interessante Eigenschaft von 10-GHz-Antennen ist, daß Amateure - wahrscheinlich zum ersten Mal - so hohe Gewinnwerte realisieren können, daß sie nicht mehr mit den Problemen fertig werden, die aus den zugehörigen kleinen Öffnungswinkeln der Strahlkeule resultieren. Möglicherweise sind tatsächlich mehr Funkverbindungen wegen zu hohem Antennengewinn nicht zustande gekommen, als wegen zu niedrigem Gewinn. Glücklicherweise kommt man meist mit verhältnismäßig kleinen Antennen aus, wobei die allereinfachste Form sicherlich das offene Ende des Hohlleiters ist. Dieses hat einen Gewinn von rund 5 dB, was für 10-GHz-Verhältnisse sehr wenig ist. Trotzdem lassen sich damit in Verbindung mit den vorher beschriebenen Geräten Entfernungen von einigen zehn Kilometern überbrücken.
Es muß erwähnt werden, daß in der IARU-Region I im 10-GHz-Band horizontale Polarisation als Standard angenommen wurde. Sie wird erzielt, wenn die Breitseite des Hohlleiters senkrecht angeordnet ist.
Die wahrscheinlich günstigste Antennenform für den Anfang ist das große Horn. Einzelheiten für diese Antennenform zeigt Blld 9. Man kann sich diese Antenne als Aufweitung des Hohlleiters in beiden Ebenen zu einer rechtwinklig trichterförmigen Anordnung vorstellen. Diese Antennenform hat mehrere Vorteile. Erstens wird die Funktion der Hornantenne auch durch verhältnismäßig große Fehler in der Konstruktion recht wenig beeinträchtigt.
Bild 9: Hornantenne mit Hohlleiterflansch
Zweitens stellt sie ohne irgendwelche Abgleichmaßnahmen eine gut angepaßte Last dar. Diese Eigenschaft ist besonders wertvoll, wenn der Sender freischwingende Oszillatoren, wie Gunn-Oszillatoren oder Reflexklystrons benutzt, da deren Stabilität manchmal von der Anpassung abhängt.
Ein dritter Vorteil ist, daß der Gewinn eines Horns auf etwa 1 dB genau aus den Abmessungen vorherbestimmt werden kann. Dieser Gewinnwert ist nützlich, um mit Hilfe weiterer bekannter Daten wie Leistung oder Freiraumdämpfung, unbekannte Werte und schließlich die Güte der Gesamtanlage zu überprüfen. Außerdem kann das Horn später als Referenz benutzt werden, um den Gewinn anderer Antennen abzuschätzen. Der folgenden Tabelle können die Werte für einige gebräuchliche Hornantennen entnommen werden.
| Gewinn Nennwert bei 10,368 GHz | 3-dB-Öffnungswinkel | Abmessungen mm | ||
|---|---|---|---|---|
| A | B | L | ||
| 15 dB ± | 15° | 70 | 57 | 57 |
| 20 dB ± | 8° | 128 | 104 | 189 |
| 25 dB ± | 5° | 220 | 180 | 568 |
Die Herstellung einer Hornantenne ist nicht allzu schwierig, wenn man die grundlegenden Prinzipien einmal begriffen hat. Eines davon ist, daß ein Pyramiden-Körper, der so aussieht als bestünde er aus lauter rechten Winkeln, kaum welche hat. Aus diesem Mißverständnis heraus kommen die Meisten bei ihrem ersten Versuch in große Schwierigkeiten. Es ist deshalb empfehlenswert, erst einmal einen Versuch mit Pappe zu machen, bevor man zu Weißblech, Messing oder Kupfer übergeht. Aluminiumblech wird in dieser Anwendung kaum benutzt, weil es sich nur unter Schwierigkeiten zuverlässig löten läßt.
Etwas schwierig ist der Übergang zwischen dem eigentlichen Horn und dem Hohlleiter zu konstruieren. Hier ist - mit Ausnahme der allerkleinsten Hörner - immer eine Versteifung erforderlich. Dies kann mit Blechstreifen geschehen, die erst mit Messingschrauben an den Wänden von Horn und Hohlleiter befestigt und dann angelötet werden. Diese Streifen haben außerdem die Funktion als Lehre beim Zusammenlöten der Teile zu dienen.
Es ist wichtig, daß alle Schraubenenden, die ih däe Innere des Horns ragen, sorgfältig weggefeilt werden. Ebenso ist der Übergang zwischen Horn und Hohlleiter innen zu verrunden. Bild 10 zeigt verschiedene Möglichkeiten für die Konstruktion einer Harnantenne. Falls man die Möglichkeiten dafür hat, kann man 2 oder 3 Seiten des Horns in einem Arbeitsgang hartlöten, dann die Nähte säubern, und schließlich die restlichen Verbindungen weichlöten. Es soll noch einmal betont werden, daß guter elektrischer Kontakt in allen Ecken und Fugen wichtig ist, daß aber andererseits jegliche Flußmittelreste und alles überflüssige Lötzinn entfernt werden sollten, da diese Materialien ziemlich verlustreich sind.
Bild 10: Verschiedene Konstruktionsmethoden für Hornantennen
G3RPE, Dr. Dain Evans.