
Kurzwellenampfänger mit dem CD2003
Wie kann man einen möglichst einfachen Kurzwellen-Empfänger
bauen, das war die Ausgangsfrage. Am einfachsten ist ein Direktmischer.
Einen Direktmischer mit einem CD2003 habe ich zuletzt in meinem FT8-Transceiver eingesetzt. Das IC wird auch in meinem Fledermaus-Detektor als Direktmischer eingesetzt. Und ich habe es mal seinem ursprünglichen Zweck entsprechend als AM/FM-Radio verwendet. Den integrierten Empfänger CD2003 gibt es bei Modul-Bus sowohl im DIL-Gehäuse als auch als SMD-Baustein.
Ich konnte gerade keinen finden und habe ihn deshalb aus einer
Fledermaus-Platine ausgebaut. Auf der Adapterplatine war noch Platz,
und deshalb wurde auch gleich ein Audioverstärker LM386 aufgelötet.
Der Plan ist, dass ein möglichst universeller Empfänger daraus werden
soll. Im ersten Ansatz wird ein Drehko zur Abstimmung verwendet. Es
brauchte nur ein keramisches ZF-Filter, um auch einen normalen
AM-Empfänger aufzubauen. Damit hat man eine gute Trennschärfe und die
automatische Verstärkungsregelung des Empfängers. Mit dem Endverstärker
und einer externen Lautsprecherbox bekam die Kurzwelle einen
wunderbaren Klang. Und es braucht nur einen Umschalter in Form eines
Jumpers, um auch einen Direktmischer für den Empfang von CW und SSB
daraus zu machen.
Für die ersten Versuche ist die Drehko-Abstimmung gerade richtig.
Aber die genaue Abstimmung für SSB und CW ist damit schwierig. Ich
konnte zwar CW und SSB im 40m-Band empfangen, aber für eine genaue
Abstimmung müsste ich eine Bandspreizung einbauen. In einer späteren
Ausbaustufe soll auch ein PLL-VFO mit dem SI5351 eingesetzt werden, wie
ich es auch beim FT8-Transceiver
gemacht habe. aber diesmal soll der 3 Kanal HF-Generator von Modul-Bus mit dem SI5351 und einem Tiny85 verwendet werden, den man auch mit einem Encoder
bedienen kann. So hat man alle Möglichkeiten von der Drehkobstimmung
bis zum Betreib mit einem PC. Als Fernziel will ich versuchen, auch den
KW-Superhet mit ZF-Filter mit einem BFO auszustatten, der über einen
Kanal des HF-Generators gebildet werden sollte.
Bei den ersten Versuchen mit Drehkoabstimmung wird auch der
Eingangskreis mit abgestimmt. Dabei bin ich auf ein Problem gestoßen.
Wenn HF vom Oszillatorkreis zu stark in den Eingangskreis einkoppelt,
kann dies den Vorverstärker und den Mischer im CD2003 verstopfen. Nur
noch starke Sender kommen dann durch, mit Verzerrungen in den
Übergängen. Weil ich mit einer langen Antenne arbeite und ohnehin zu
viel HF am Eingang liegt. habe ich einfach den Eingangskreis mit einem
Widerstand von 100 Ohm stark bedämpft. Die Antenne wird jetzt über 47
pF direkt ans heiße Ende des Kreises gekoppelt. Damit ist das Problem
provisorisch gelöst. Der genaue Abgleich des Eingangskreises ist nicht
mehr nötig, und die Empfindlichkeit des Empfängers passt zur
Außenantenne.
Noch weitere Aufgaben sind zu lösen. Derzeit ist der Empfänger in der
Betriebsart AM sehr laut, aber als Direktmischer sehr leise, weil der
ganze ZF-Verstärker umgangen wird. Der LM386 kann aber in seiner
Verstärkung um 20 dB angehoben werden. Das soll mit einem Jumper
wählbar eingebaut werden. Ein anderes Problem im AM-Bereich ist, dass
die Verstärkung auf leeren Frequenzen zu stark hochgeregelt wird. Da
könnte ein Poti helfen, mit dem man die ALC beliebig vorspannen kann,
um das Hintergrundrauschen zwischen den Stationen zu reduzieren. So
etwas gibt es bei meinem Kurzwellen-Transceiver TS-520S, und ich
benutze es gern, um das Hochlaufen des Rauschens in SSB-Sprachpausen zu
unterdrücken.
Mein Fernziel ist die Entwicklung einer Platine, die all diese Optionen
erlaubt, und mit der jeder seinen Wunschempfänger auf der Basis des
CD2003 bauen kann. Ich stehe noch ganz am Anfang, sodass es sich nicht
lohnt, ein Schaltbild zu zeichnen. Vorläufig möchte ich nur auf das
Schaltbild aus dem Datenblatt verweisen, das einen ganz normalen
AM/FM-Empfänger zeigt. Daran kann sich jeder bei eigenen Experimenten
orientieren.
Ausbaustufe 2
Inzwischen ist der VFO mit seinem Encoder
hinzugekommen. Der Ausgangskanal Clk1kann über einen Jumper
abgeschwächt auf den Oszillatorkreis gekoppelt werden. Die Einstellung
am PC oder die Abstimmung über den Encoder bestimmen dann die
Empfangsfrequenz. Die Eigenschwingungen des Oszillators im CD2003
werden damit unterdrückt. Aber der Oszillatorkreis hilft noch bei einer
gewissen Oberwellen-Unterdrückung. Auch der Eingangskreis ist weiter
aktiv und arbeitet jetzt als einstellbarer Preselector oder auch als
Abschwächer. Wenn sich an einer langen Antenne Anzeichen von
Übersteuerung oder Kreuzmodulation zeigen, stellt man die Eingangskreis
tiefer ein und erreicht damit die nötige Abschwächung. Bei geöffnetem
VFO-Jumper arbeitet der Empfänger wie gehabt mit reiner
Drehko-Abstimmung. Auch das ist angenehm wenn man sich einen schnellen
Überblick verschaffen will, welche Bänder gerade belegt sind und starke
Signale liefern.
Die ALC benötigt nur einen Elko am Pin 4. Intern wird die Regelspannung
aus dem ZF-Signal gewonnen. Man kann messen, dass die Spannung am
ALC-Pin bei starken Sendern bis weit über 1 V ansteigen kann. Umgekehrt
sinkt sie auf 0, wenn kein Signal anliegt. Die Verstärkung des
Empfängers wird damit um geschätzte 60 dB geregelt. Das bedeutet aber
auch, dass schwache Störsignale hochgeregelt werden. Das
Antennenrauschen und andere Breitbandstörungen werden dabei sehr laut.
Im Fall von starkem Fading kann es passieren, dass eine kurzzeitige
vollständige Trägerauslöschung aufritt. Dabei entstehen laut
hochgeregelte Verzerrungen, die das Ohr des Zuhörers beleidigen. All
diese Probleme löst eine über einen Trimmer einstellbare Vorspannung.
Man stellt sie so ein, dass das Hintergrundrauschen nur noch leise
hörbar ist. Die echten Nutzsignale auf den Bändern verstecken sich dann
nicht länger in den Nebengeräuschen, sondern treten klar hervor. Sehr
starke Sender werden immer noch abgeschwächt, erscheinen
aber bei starkem Fading etwas leiser. Einem Audion sagt man nach,
dass es einen besonders angenehmen Klang hat. Das liegt einerseits an
der begrenzten Flankensteilheit der Selektion und andererseits an der
kaum vorhandenen ALC. Dieses Radio klingt nun ähnlich gut, vor allem
wenn eine gute Lautsprecherbox angeschlossen wird. Musik aus aller
Herren Länder wird zu einem echten Erlebnis.
Mit dem Auswahl-Jumper AM/CW kann der Empfänger in Stellung CW als
reiner Direktmischer betrieben werden. Das funktioniert auch schon mit
der Drehkoabstimmung, besonders wenn man den Abstimmbereich mit einer
Bandspreizung begrenzt. Ein reiner Amateurfunkempfänger für das
40m-Band ist mit geringem Aufwand machbar. Meist ist es sinnvoll, dann
auch den +20dB-Jumper zu stecken, weil er Direktmischer weniger NF
liefert. CW und SSB sowie die digitalen Betriebsarten im Amateurfunk
brauchen einen möglichst exakten und stabilen VFO. Mit dem
SI5153-Generator und einer PC-Abstimmung ist der Empfang deshalb sehr
viel einfacher.
Für den Empfänger wurde die Anwendersoftware noch einmal angepasst.
Insbesondere kann man für den AM-Betrieb die ZF-Ablage von 460 kHz
einschalten. Der VFO liegt dann immer um 460 kHz oberhalb der
Empfangsfrequenz. Außerdem wurde der im KW-Rundfunk übliche
Kanalabstand in die große Schrittweite der Hauptabstimmung und in die
Scan-Funktion übernommen. Man klickt z.B. in das 31m-Band und startet
dann Scan+. Die Abstimmung wandert dann langsam durch alle Kanäle. Aber
anders als bei anderen Radios hält der Scan nicht bei jedem starken
Sender an, sondern man stoppt den Suchlauf erst dann, wenn man eine
interessante Station entdeckt hat. Für die Anwendungen als
Direktmischer im Amateurfunk arbeitet man ohne die ZF-Ablage. Der obere
Schieber dient dann zur Feinabstimmung. Zwei Ausgänge des Oszillators
sind noch frei. Man kann sie z.B. als BFO oder für einen zweiten
Mischer einsetzen.
Auch ein Test mit FT8 war erfolgreich. Der Direktmischer wurde auf 7074
kHz eingestellt und das Audiokabel zur Soundkarte direkt an den
Lautsprecherausgang angeschlossen. Das Signal musste dann sehr leise
gedreht werden, um die Soundkarte nicht zu übersteuern. Die
Empfangsergebnisse unterscheiden sich kaum von denen mit wesentlich
aufwendigeren Empfängern.
ZF-Filter
Bisher habe ich nur ein einfaches ZF-Filter mit 460 kHz verwendet, wie
es in preiswerten Taschenradios verwendet wurde. Diese Typen sind kaum
noch zu bekommen. Und ich konnte eine Schwäche in der Weitab-Selektion
sehen. Wenn am Abend sehr starke Rundfunksender im 41m-Band erscheinen,
können sie zeitweise in das 40m-Band durchschlagen. Auf der Suche nach
gut erhältlichen ZF-Filtern bin ich auf eine chinesische Firma
gestoßen. Bei Ebay habe ich 6 Stück LTM455HW, LTM455EW, LTM455GW, 455
kHz ZF Keramikfilter mit 2 kΩ Impedanz gefunden. Diese Filter sind
vermutlich sechspolig, d.h. sie entsprechen einem Bandfilter mit drei
LC-Kreisen. Die drei Typen unterscheiden sich in der Bandbreite.

LTM455EW

LTM455GW

LTM455HW
Für diese Messungen habe ich das Elektor SDR-Shield verwendet und die
Filter mit 2 kOhm an den Eingang gelegt. Als Rauschquelle diente der
Außenleiter des Antennenkabels, das auf dem Weg durch das Haus alle
Arten von Breitbandstörungen einsammelt. Das reicht für diesen Zweck.
Die Einkerbung in der Mitte stammt nicht von den Filtern sondern vom
SDR. Das schmalste Filter dürfte für AM-Empfang passen, oder auch das etwas breitere GW-Filter. Das breiteste
könnte im Zusammenhang mit einem BFO für einen SDR mit einer Breite von
20 kHz eingesetzt werden. Das breite Ausgangssignal wird dann der
Soundkarte übergeben und mit SDR# verarbeitet.
Ein Test mit einem
GW-Filter zeigte, dass die Abstimmung mit dem Drehko etwas einfacher
war. Die größere Bandbreite passt auch zu machen Ausstrahlungen auf
Kurzwelle, bei denen die Modulationsbandbreite 5 kHz weit überschritten
wird, sodass man schon nahe an die UKW-Qualität kommt. Subjektiv
empfinde ich jedoch den etwas gedämpften Klang mit dem HW-Filter
besser.
Das Innere eines ZF-Filters
Bei
der Arbeit an einer bestückten Platine ist mir dieses ZF- Filter kaputt gegangen.
Eine gute Gelegenheit, den Aufbau zu studieren. Es gibt drei Resonatoren in
Form der dickeren Scheiben und zwei dünne Scheiben, die vermutlich zur Kopplung
dienen. Dazu mehrere Metallplatten, die für innere Verbindungen und für die
Anschlüsse nach außen dienen. Alles wird mit Federkraft zusammengehalten.
Die Platine RX2003
Inzwischen habe ich mit Taget 3001 eine Platine mit den Maßen 100 mm x
80 mm entworfen, die möglichst alle Optionen offen hält. Für einen
Empfänger mit manueller Abstimmung werden der Drehko und die beiden
Spulen bestückt. R3 und R4 bleiben frei. Wenn man die Platine als
Direktmischer mit einem externen Oszillator verwenden will, kann man D3
und R4 mit 470 Ohm oder alternativ mit Festinduktivitäten bestücken.
Die beiden Lochrasterfelder bieten noch viele Möglichkeiten für eigene
Erweiterungen.
Die Platine habe ich bei JLCPCB in Auftrag gegeben. Ob am Ende alles fehlerfrei ist, bleibt spannend.
Zum ersten Mal habe ich auch die Bestückung mitbestellt. Es werden nur
die SMD-Teile aufgelötet, die die Firma im Lager hat. Es fehlt dann
noch der CD2003, den ich selbst einlöten muss. Filter, Stecker, Drehko,
Potis usw. werden nach Bedarf eingebaut. Denkbar ist auch, dass man die
Bedienelemente in eine Frontplatte setzt und mit Drähten verbindet.
Eine freundliche Dame der Firma JLCPCB schrieb mir dann noch eine Mail,
dass die beiden Elkos nicht auf die Pads passen. Anfängerproblem, ich
hatte die Platine mit Target3001 gezeichnet und dann nachträglich erst
die passenden Bauteile von JLCPCB ausgesucht, wobei mir die Footprints
der Elkos unklar waren. Die Lösung ist jetzt erstmal, dass die beiden
Elkos nicht automatisch bestückt werden, dass ich sie also von Hand
einlöte.
10.12.22: Platine angekommen
Heute kamen meine bestückten Platinen an. Ich habe sofort die
fehlenden Bauteile eingelötet und alles getestet. Das Ergebnis war
erfreulich. Alles funktioniert wie in meinem Prototyp. Als nächstes
will ich nun die vielem möglichen Empfängertypen und Varianten damit
ausprobieren.
Die Platine ist inzwischen auch bei AK Modul-Bus erhältlich: https://www.ak-modul-bus.de/stat/vorbestueckte_platine_zum_kw_empfaenger_.html
Alle Versuche dazu sind in diesem Buch beschreiben: Kurzwellenempfänger im Eigenbau