Einleitung
Dieser Artikel beschreibt einen Microtransceiver für das 14MHz-Band (20m) der mehr oder weniger die Abmessungen einer Zigarettenschachtel hat. Es ist die überarbeitete Version eines Vorgängers, der leider beim Sturz vom Regal so schwer beschädigt wurde, dass Teile des Gehäuses neu angefertigt werden mussten. Hier nun das Ergebnis.
Das Gerätchen hat die Abmessungen 100x52x30mm. Es besitzt ein Mini-OLED-Display (64×32 Pixel, SSD1306 Chipsatz), einen Si5351 Synthesizer und einen Arduino Pro Mini (ATmgea168) zur Steuerung des Displays, des Si5351, zur Auswertung von Messwerten etc. Die Ausgangsleistung liegt bei 4Watt PEP.
Die Schaltung
Das Schaltbild ist einigermaßen einfach. Es wird wieder die bekannte Schaltung mit 2 Mischern (SA602) verwendet die im Empfangsfall als RX-Mischer und Produktdetektor und im Sendefall als DSB-Generator und als Sendemischer dienen. Der Sender ist dreistufig, um Platz zu sparen ist die Sendeendstufe diesmal als Eintaktstufe ausgeführt.
Signalwege
Der NE602 hat einen symmetrischen Ausgang. Beim Mischer Nr. 1 wird nur einer davon verwendet. Wenn eine höhere Verstärkung gewünscht wird, könnte am Ausgang ein Breitbandtransformator (oder noch besser ein abgestimmter LC-Schaltkreis) eingesetzt werden, um Pin 4 und 5 (die beiden Mischerausgänge) im Gegentaktmodus zu verbinden. Ich habe das nicht getan, um den Transformator (und damit Platz) einzusparen.
Die Signalwege lassen sich aus der kommentierten Schaltung erkennen:
Signalweg beim Empfangen
Vom Antennenrelais (nicht eingezeichnet) läuft die HF-Energie durch ein 2-poliges LC-Filter für 14 MHz. Die Spulen sind auf kleine TOKO-Spulenkörper (5mm-Raster) gewickelt, alle zugehörigen Daten sind im Schaltplan angegeben. Die Kopplung erfolgt lose über einen 3,3-pF Kondensator um den Empfängereingang bei hohen Signalstärken nicht zu übersteuern und das Bandfilter hinreichend selektiv zu halten.
Die nächste Stufe ist ein HF-Vorverstärker für 14 MHz mit Breitbandausgang. Das verstärkende Element ist hier ein Dual-Gate-MOSFET.
Nachdem das Signal diese Stufe durchlaufen hat, wird 470-pF-Kondensator passiert und erreicht den ersten Mischer. Dieser dient im Sendefall s als DSB-Gegenrator, insofern müssen HF und NF getrennt werden. Dies ist die Aufgabe des 470pF-Kondensators. Er hat einen hohen Widerstand für Niederfrequenzen und einen niedrigen für HF-Hochfrequenz, denn es gilt die Funktion:
XC = 1/(2 * PI * f * C).
Das Signal wird dann zusammen mit dem Audiosignal vom Mikrofon (bei Sendebetrieb) in den Eingang des Mischer Nr. 1 an dessen Pin 1 eingespeist. Der 1k-Widerstand verhindert, dass die HF-Energie aus dem Empfänger in die Mikrofonbeschaltung abfließt. Die beiden Signale werden durch einfaches Ausnutzen von Reaktanz und Widerstand auf ziemlich clevere Weise voneinander getrennt ;-).
Beim Empfang ist der Si5351A Taktchip so programmiert, dass am Ausgang CLK0 das VFO-Signal (23 MHz) anliegt. Es wird über eine kleine Kapazität dem Mischer Nr. 1 zugeführt, um eine Übersteuerung des Mischers zu vermeiden. Das Breakout-Board Si5351A liefert etwa 3 Vss. Taktsignal, also muss dieser auf ca. 200mVpp reduziert werden. Ein 5,6-pF-Kondensator ist hier passend.
Das erzeugte Signal wird in das SSB-Filter (ein 9MXF24D) geleitet, das parallel mit 1 kOhm und 20 pF abgeschlossen ist. Am Ausgang des Filters liegt dann das gewünschte SSB-Signal an.
Die nächste Stufe ist der Zwischenfrequenzverstärker, der mit einem Dual-Gate-MOSFET-Halbleiter ausgestattet ist. Dieser ist mit der AGC-Schaltung verbunden, beim Empfang wird eine variable Spannung an Gate 2 angelegt (Bereich 0 bis 6 V), beim Senden wird diese AGC dann mit voller Spannung versorgt, um eine maximale Verstärkung zu gewährleisten.
Als nächstes kommt Mischer Nr. 2, welcher beim Empfang der Produktdetektor ist. Das Signal (9MHz +/- Seitenbandverschiebung) wird an Pin 6 angelegt. Da dieser Mischer auch als Sendemischer dient, werden die beiden Signale von den beiden Mischerausgängen an Pin 4 (dient als Audioausgang) und Pin abgenommen 5 (dient als HF-Ausgang zum Senden). Hier trennen sich die Signalwege also final.
Zwei Audioverstärker (Vorverstärker und Endstufe) liefern einen ausreichenden Signalpegel für einen 8-Ohm-Lautsprecher oder einen Kopfhörer.
Als Lautsprecher habe ich die winzigen Schallwandler für Smartphones mit gutem Erfolg ausprobiert. Lediglich die Lautstärke war eher gering. Dann fand ich einen anderen Lautsprecher in einem alten Spielzeug meiner Tochter, der sich sehr gut für diesen Transceiver verwenden ließ. Sein Durchmesser beträgt etwa 3 cm (1,2 Zoll) und passt gerade so in das Gehäuse.
Signalweg beim Senden
Das Mikrofon in diesem Gerät ist ein Elektretmikrofon. Der Vorteil dabei ist, dass diese Mikrofone einen internen Vorverstärker haben, der mit einem Feldeffekttransistor bestückt ist. Die Ausgangsspannung ist ziemlich hoch, etwa 1 Vpp. wenn man in normaler Lautstärke hinein spricht. Daher ist ein Audio-Vorverstärker obsolet. Das Mikrofonsignal wird direkt in Pin 1 des ersten Mischpults eingespeist. Beim Senden wird der Signalgenerator Si5351 so geschaltet, dass das 9MHz (+/- Seitenbandverschiebung) Signal in Pin 6 eingespeist wird. Das SSB-Filter eliminiert das unerwünschte Seitenband, der Zwischenfrequenzverstärker hebt das SSB-Signal auf einen angemessenen Pegel. Der TX-Mischer wird mit dem 23-MHz-Signal gespeist, was zu einem 14- und 37-MHz-Signal führt. Der TX-Bandpassfilter bereinigt das Signal von der unerwünschten 37-MHz-Komponente, die aus dem Mischprozess resultiert.
HF-Leistungsverstärker
Der Leistungsverstärker ist eine 3-stufige Schaltung. Stufe 1 (Vorverstärker) hebt das Signal auf etwa 10 mW PEP. Dieses wird ohne weitere Impedanzanpassung über eine Kapazität von 0,1 uF in die Treiberstufe eingekoppelt.
Die nachfolgende Treiberstufe erhöht den Signalpegel auf etwa 200mW. Die lineare Verstärkung wird hier (wie auch in der vorherigen Stufe) durch Gegenkopplung im Kollektorkreis und Emittergegenkopplung mit einem nicht überbrückten Widerstand gegen GND hergestellt. Ein Ausgangsübertrager (Wicklungsverhältnis 4:1, Impedanzverhältnis also 16:1) senkt die Impedanz von einigen 100 Ohm auf wenige 10 Ohm, die am Eingang der Verstärkerendstufe anliegen.
Der Endverstärker erzeugt dann ein Signal von 4 Watt PEP. Diese Stufe läuft sich im AB-Modus, die entsprechende Vorspannung wird erzeugt, indem der 1k-Widerstand auf +12 V TX gezogen wird und der Strom über die Siliziumdiode auf GND abfließt, wobei eine Restspannung von 0,7V stehen bleibt. Diese Diode muss thermisch mit dem letzten Transistor verbunden werden, um die Vorspannung zu stabilisieren. Wenn sich der Transistor erwärmt, erhöht die Siliziumdiode den Strom durch und verringert somit die Vorspannung zum Transistor.
Der 68-Ohm-Widerstand dienen zwei Zwecken: Erstens verhindert er, dass das Eingangssignal der Stufe durch den Ableitkondensator in der Vorspannungsschaltung kurzgeschlossen wird, und er stabilisiert das HF-Verhalten der Stufe, indem er die Verstärkung begrenzt, da ein bestimmter Betrag der Eingangsleistung auf Masse geleitet wird. Dies verhindert Eigenschwingungen der Stufe.
Der Gleichstrom am Kollektor wird durch eine Hochfrequenzdrossel geleitet, um zu verhindern, dass HF in die Gleichstromleitung fließt. Die erzeugte Hochfrequenz wird direkt in das Tiefpassfilter eingespeist. Die Ausgangsimpedanz dieser Stufe beträgt ungefähr 50 Ohm, sodass der Filter eine 50-Ohm-Schaltung mit einer Grenzfrequenz von etwas über 14 MHz sein kann.
Der VFO
Der hier verwendete Taktchip Si5351A verfügt über drei frequenzvariable Ausgänge, die individuell genutz werden können. Alle 3 können Frequenzen (Rechtecksignale) im Bereich von 8kHz bis 16MHz erzeugen. In diesem Funkgerät werden nur CLK0 und CLK1 verwendet. Der Si5351A-Chip wird wie folgt per Software programmiert:
- Empfangen: CLK0 ist der VFO, CLK1 ist der BFO.
- Senden: CLK0 ist der BFO, CLK1 ist der VFO.
Der Mikrocontroller liest dabei den tx/rx-Status über einen PIN und schaltet die Frequenzen entsprechend um.
Konstruktion/Praktischer Aufbau
Das Gerät ist fast vollständig mit SMD-Teilen erstellt. Spulen, Filter etc. sind allerdings in Durchstecktechnik realisiert. Die gesamte Schaltung ist auf einer doppelseitigen Lochrasterplatine im 2,54mm-Raster gebaut. Die Platinengröße beträgt 7×5 cm.
Die kleine Platine neben dem SSB-Filter ist die AGC-Schaltung. Auf der linken Bildseite sieht man den Abstimmknopf mit einem Drehgeber und das Lautstärkepoteniometer. Dazwischen befidnen sich dei Anschlüsse für das OLED und den EIN/AUS-Schalter.
Praxis
Das Gerät macht Spaß! 🙂 Die weiteste Verbindnung vor der Erstellung dieses Artikels war mit R2DLS in Moskau (ca. 3000km von meinem QTH entfernt), wobei ich einen “59”-Report erhielt. Das Gerät wurde dabei an eine Deltaloop für das 20m-Band betrieben die recht hoch aufgehängt ist (Speisepunkt 12m über Grund).
Vy 73 de Peter (DK7IH)