VLF converter

VLFtx

VLFtx Nu de herfst in dit jaar al in juli begonnen is, is dat een goed excuus om maar weer de shack in te duiken en te gaan knutselen. Of je partytent moet echt stormbestendig zijn natuurlijk. Dit keer een leuke, niet te moeilijke schakeling die een voor amateurs zo goed als ontgonnen gebied ontsluit: het spectrum van ongeveer DC tot 510kHz.

 

 

Leeft daar wat dan? Oh jawel. Om te beginnen natuurlijk de lange golf; niet in de laatste plaats de 137kHz amateurband. Maar interessanter zijn de frequenties onder de 100kHz. De meeste amateur ontvangers gaan niet zo laag (mijn FT857D in elk geval niet) en daardoor is het gebied onder de 100kHz voor veel amateurs onbekend terrein. Om dat stukje frequentiegebied hoorbaar te maken, wordt hier een converter beschreven die het spectrum van 0 – 510kHz omhoog mengt naar 4.000 – 4.510kHz. Schematisch ziet dat er zo uit:

Blokschema

Er wordt gebruik gemaakt van een eenvoudige loop-antenne (waarover later meer) en een converter die het signaal omzet naar een gebied wat wél door elke ontvanger bestreken wordt. Het complete schema ziet er dan als volgt uit:

Schematic

De onderdelenlijst:

C1, C2, C5, C6, C10 — 0.1 μF keramische condensator.
C3 — 100 pF keramische condensator.
C4, C12 — 68 pF keramische condensator.
C7 — 0.01 μF keramische condensator.
C8 –– 27 pF keramische condensator
C9 — 330 pF keramische condensator.
C11 — 3.3 μF, 16 V electrolytische condensator
D1 — 1N5818 Schottky diode (anti-hufter diode).
DS1 — LED, groene LED.
J1 — 4-polige connector.
J2 —BNC chassisdeel met geïsoleerde massa.
J3 — Voedings connector.
L1, L4, L5 — 510 μH spoel.
L2, L3, L6 — 100 μH spoel.
Q1 — J310 N-channel JFET of gelijkwaardig type.
R1 — 3.9 kΩ, 1⁄4 W, 5% weerstand.
R2, R4 — 3.3 kΩ, 1⁄4 W, 5% weerstand.
R3, R5 — 1.5 kΩ, 1⁄4 W, 5% weerstand.
R6 — 330 Ω, 1⁄4 W, 5% weerstand.
R7 — 220 Ω, 1⁄4 W, 5% weerstand.
R8 — 820 Ω, 1⁄4 W, 5% weerstand.
R9 — 100 kΩ, 1⁄4 W, 5% weerstand.
R10 — 100 Ω, 1⁄4 W, 5% weerstand.
S1 — DPDT (schuif)schakelaar.
S2 — SPST schakelaar.
T1 — Transformator. FT50A-77 ringkern, primair: 21 windingen 0,5mm, secondair: 4 windingen 0,5mm.
T2 — Transformator. FT37-61 ringkern, primair: 22 windingen 0,25mm, secondair: 2 windingen 0,5mm.
U1 — SA602AN mixer (of NE602 of NE612).
U2 — TL317CLP regelbare spanningsregelaar (of 78(L)06).
Y1 — 4 MHz kristal.

Het gebruik van een TL317 (regelbare spanningsregelaar) doet een beetje primitief aan, vooral omdat deze vastgezet is op 6V. Dan kan je er beter meteen een 7806 inzetten. Een enkel SA602 IC, U1, dient als actieve mixer. Het prototype maakte gebruik van de ingebouwde lokale oscillator (LO) op de SA602 chip, maar daardoor ontstonden nogal wat ongewenste signalen. Doug DeMaw, W1FB (SK) suggereerde dat het beter is om een aparte, externe oscillator te gebruiken, omdat het daarmee mogelijk is om enige controle over het LO signaal te houden dat in de mixer geïnjecteerd wordt, waardoor het aantal LO harmonischen sterk gereduceerd wordt. In het schema is te zien dat er gebruik gemaakt wordt van een enkele JFET Pierce oscillator — en dat gaf een hoop verbetering in de spurious signalen.

Condensator C8 wordt zo gekozen dat het signaal op pin 6 van U1 tussen de 200 en 400 mVpp uitkomt. De aparte oscillator maakt het geheel iets complexer, maar de verbetering in prestaties maakt dat meer dan de moeite waard.

Uitgangstransformator T1 transformeert de gebalanceerde 1500 Ω uitgangsimpedantie van de mixer naar 50 Ω, wat een goede aanpassing geeft voor de meeste communicatie ontvangers.

De SA602 mixer heeft een aantal aantrekkelijke voordelen. Om te beginnen houdt hij het ontwerp zeer eenvoudig. Ten tweede: in tegenstelling tot bijvoorbeeld een passieve ring-diode-mixer, zorgt hij voor ongeveer 18 dB versterking. Ten derde is hij dubbel gebalanceerd waardoor er maar heel weinig energie van de oscillator op de uitgang terecht komt.

Aan de andere kant staat de SA602 nou niet direct bekend voor zijn groot dynamisch bereik. Met andere woorden: zijn derde-orde intercept point (IP3) is een beetje laag, waardoor hij gevoelig is voor oversturing door sterke signalen van buiten de band. Om daar wat aan te doen zijn de volgende maatregelen genomen:

  • Een vijf-polig elliptisch low-pass filter aan de ingang met een afsnijfrequentie van ongeveer 550kHz om de omroepband buiten de deur te houden
  • Een inschakelbare 12dB verzwakker, eveneens aan de ingang.

Als de verzwakker ingeschakeld wordt, verdwijnen de meeste spurious signalen netjes. Op die manier wordt geen geweld gedaan aan de o zo belangrijke signaal-ruisverhouding, omdat bij deze lage frequenties atmosferische en door de mens opgewekte storingen vele malen sterker zijn dan de ruis die door het frontend veroorzaakt wordt. Het gevolg is wel dat signaal en storing evenveel verzwakt worden. Zit je in een gebied waar de aanwezigheid van sterke zenders niet aan de orde is, dan heb de je verzwakker waarschijnlijk helemaal niet nodig. Merk ook op dat er geen preselector is om de gewenste signalen door te laten: het volledige spectrum van bijna 0 tot 510kHz wordt bestreken zonder afstemming.

Bij golflengten van 600 meter en meer (bijvoorbeeld 2200 meter op 137 kHz) hebben niet veel amateurs de ruimte voor een kwart-golf antenne. Maar loop antennes doen het daar goed, en vooral voor ontvangst zijn ze makkelijk te maken.

loop antenne

Op de foto zie je een ruitvormig uitgevoerde loop antenne, met zijden van 75 cm, met in totaal 14 windingen draad. Omdat het hier een antenne voor uitsluitend binnenshuisgebruik betreft, werd gebruik gemaakt van een stuk van 3m computer bandkabel met 14 aders, gewikkeld op een lichtgewicht houten  frame. Die kabel werd voorzien van de bijbehorende 2×7 pens bandkabel connectors. Op een stukje experimenteerprint zijn de contra-connectors geplaatst die zo bedraad zijn dat de 14 aders in serie geschakeld worden tot 14 windingen.

Gebalanceerde loop antennes reageren op de magnetische component van het inkomende elektromagnetische veld (daarom worden ze ook wel magnetische antennes genoemd) en ze zijn grotendeels ongevoelig voor het elektrische veld. Dat is een voordeel omdat veel door mensen geproduceerde storingen — zoals hoogspanningsleidingen en de elektrische bedrading in huis — in de categorie "dichtbijgelegen bronnen" vallen, ofwel dichterbij dan 1 λ, waar het electrische veld het sterkst is en het magnetische veld zwak.

Een verdere verbetering van de storingsgevoeligheid kan soms bereikt worden door de loop af te schermen. Dat voorkomt dat capacitief gekoppelde common-mode signalen de ontvanger bereiken. Omdat de antenne toch alleen maar binnen gebruikt wordt, kan je gewone aluminiumfolie gebruiken. Laat wel een opening over bij de top van de antenne, want anders fungeert het aluminium als kortgesloten winding. Door het aluminium te aarden wordt een merkbare verbetering van de signaal-ruisverhouding bereikt.

Zoals bij elke loop antenne, is er een scherpe dip in het antenne patroon, wat je kunt gebruiken om de richting van een onbekend station te bepalen of om een storingsbron te reduceren. Maar ook een ferrietstaaf met een berg windingen voldoet prima als antenne. De ferrietstaaf concentreert de magnetische veldlijnen en vergroot het effectieve ontvangstbereik.

Printje

De constructie is niet kritisch. Hier is de ontvanger op een stukje gaatjesprint gemonteerd. Uiteraard kan je 'm in een fraai (metalen) kastje onderbrengen. En heb je 'm met succes gebouwd, dan kan je deze converter meteen gebruiken bij de volgende uitzending van de Zweedse machinezender SAQ op 17,2kHz! Kan je zo lang niet wachten, dan vind je hier , hier en hier lijsten met stations die op deze lage frequenties uitzenden. Veel plezier met het verkennen van dit onbekende stukje spectrum!

 

Eén gedachte over “VLF converter”

Geef een reactie