Antennenverstärker für Radio UKW

      Fernspeisung

      Wir kennen es von Sat-Antennen, da geht üblicherweise die Betriebsspannung über das Antennenkabel.
      Das kann man hier auch machen, im Bild die Prinzipschaltung:



      Man muss lediglich HF und DC voneinander trennen, geht ganz einfach mit Spulen und Kondensatoren.
      Die meisten von mir vorgestellten Schaltungen arbeiten mit 12 Volt, einfaches Steckernetzteil.
      Manche Schaltungen sind für 9 V vorgesehen, bei 12 V hat man dann 3 V Differenz für einen 7809.

      Die Spannung DC geht vom Netzteil über 4,7 µH durch das Antennenkabel.
      Direkt vor dem Mastverstärker wird die Spannung vom Netzteil wieder über 4,7 µH herausgeführt.
      Über die Kondensatoren 444 pF geht die HF, durch diese kann keine Gleichspannung gelangen.
      Man nimmt natürlich nicht 444 pF, in den meisten Fällen passt ein Kondensator 470 pF bestens.
      Ist schon z.B. der Verstärkerausgang DC-getrennt, entfällt natürlich dort der Koppelkondensator.
      Der Widerstand 222R symbolisiert den DC-Eingang des Verstärkers, also kein reales Bauteil.
      Rechts der Port 75 Ω steht für die Antennendose oder Eingangsbuchse des Radios.

      Man muss nicht 4,7 µH nehmen, ist nur ein sinnvoller Vorschlag.
      Die Spulen sollten mindestens 1 µH haben und nicht viel mehr als 10 µH.
      Ich denke da an übliche Spulen, die ähnlich wie bedrahtete Widerstände aussehen.
      Bei Spulen wesentlich größer 10 µH kann es Probleme mit dem Ferritmaterial geben.
      Auch muss man da mit dem Strom aufpassen, die Spulen sollten für mindestens 200 mA taugen.
      Mit 4,7 µH ergibt sich ein Blindwiderstand von ca. 3 kΩ bei 100 MHz, schöner Wert.

      Andreas, DL2JAS
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      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com
      Mein Testaufbau des Verstärkers lief zuerst mit einer separaten DC-Speiseleitung. Parallel zu Andreas' Vorschlag im vorhergehenden Post hier hatte ich mich schon schlau gemacht, wie andere eine Fernspeisung realisiert haben und habe da etwas aufgebaut. Auch hier, die alten RFT-Antennenverteilerkästchen eignen sich sehr gut für solche Zwecke. Die Anschlussstücke sollte man aber tunlichst nachlöten, sie sind nur mit einem Lötpunkt befestigt, der sehr oft gebrochen ist. Aus den ursprünglichen Innereien kann man bei Bedarf noch einen Balun bauen, es ist ein dafür geeigneter Ferrit drin.



      So sieht bei mir der Aufbau aus. Speiseseitig habe ich zwei Drosseln in Serie geschaltet, um auch niedrigere Frequenzen vom System fernzuhalten. Für UKW ist eigentlich nur die kleinere Induktivität notwendig. Sie stammt von einer Altplatine eines Satellitenreceivers und besitzt ca. 16 µH und ist damit etwas größer als von Andreas vorgeschlagen. Außerdem habe ich direkt am DC-Eingang noch einen kleinen Elko spendiert.
      Der Einbau lässt sich problemlos fliegend erledigen.



      Im Verstärker sind einige Bauteile dazu gekommen. Andreas erwähnte die Möglichkeit, die BF1009-Variante per Fernsteuerung in der Verstärkung einstellbar zu gestalten. Er schickte mir dazu auch einen Bauvorschlag. Dazu wird der Spannungsteiler für Gate 2 des BF1009 etwas abgeändert. Von Plus kommt erst eine Zenerdiode von 6,8 V, dann ein Widerstand, bei mir sind es 47 kOhm. Dem Widerstand parallel liegt ein Kerko von 1 nF. Vom Knoten nach der Zenerdiode wird die Spannung über einen relativ großen Widerstand an G2 geführt. Andreas schlug 1 MOhm vor. Damit gab es schon einen Spannungsabfall von ca. 0,5 V, deshalb habe ich ihn auf 100 kOhm verringert. Das filtert noch immer das Zenerrauschen gut weg, die Spannung am Gate 2 bricht jedoch nicht so stark ein.
      Wenn man nun die Betriebsspannung absenkt, folgt die Spannung an G2 dieser Änderung und bei 8-9 V sinkt sie so weit ab, dass die Verstärkung auf 0 dB absinkt. Das klappt einwandfrei. Da ich aber in meiner Empfangslage keine Sender abschwächen muss, habe ich die Zenerdiode letztlich wieder mit einem Widerstand ersetzt, aber den Rest drin gelassen.



      Etwas hatte mich noch genarrt. Ich vergaß zunächst die Induktivität am Ausgang des Verstärkers zum Spannungsversorgungspunkt der Schaltung. Ich lötete nur eine dünne Litze von ca. 6 cm Länge ein. Die Schaltung funktionierte damit, aber die Verstärkung war bei einigen Frequenzen deutlich geringer als vorher. Hätte ich mal auf Andreas' Vorschlag geschaut. Die Induktivität von 4,7 - 10 µH im Verstärkerteil ist wichtig, da sie einen HF-Kurzschluss vom Verstärkerausgang über die Spannungsversorgung verhindert.
      Ich habe noch viele RFT-UKW-Drosseln herumliegen. Die haben ca. 20 µH, also mehr als von Andreas empfohlen, sollten aber von ihrem Ferritmaterial für diesen Einsatzzweck geeignet sein.



      Was macht es für einen Unterschied, ob das Verstärkerkästchen direkt an der Antenne oder nahe am Empfänger platziert wird? Auf den Pegel hat es keinen Einfluss, wohl aber auf das Rauschen bei schwachen Sendern. Eine kleine Rechnung dazu:

      Wenn an der Antenne ein Sender mit 15 dB µV anliegt, die Leitung bis zum Radio 4 dB schluckt und der Verstärker 22 dB aufholt, ergibt sich bei einer Anordnung nahe des Radios folgende Kette:
      15 dB - 4 dB = 11 dB am Verstärkereingang
      11 dB + 22 dB = 33 dB am Empfänger

      Mit Verstärker direkt an der Antenne sieht die Rechnung so aus:
      15 dB + 22 dB = 37 dB am Verstärkerausgang
      37 dB - 4 dB = 33 dB am Empfänger

      Letzterer Fall ist günstiger, da das Signal am Verstärkereingang in dem Fall noch etwas stärker ist, was den Signal-Rauschabstand verbessert.
      Das war durchaus hörbar bei einem Test. Schwache Sender profitieren hinsichtlich des Rauschens von so einem Mastverstärker.

      So langsam wird es Zeit, dass sowohl Verstärker als auch Antenne von ihrem Provisoriumsaufbau erlöst werden. Die derzeitige Konstruktion aus Dachlatte und Restholz hat sich durch abwechselnde Nässe und Sonne schon ordentlich verzogen. Die Antenne bekommt einen Mast aus Metall, einen Beam aus Alu, ordentliche Elementhalter und einen korrosionsfesten Anschluss für die Bandleitung. Balun und Mastverstärker brauchen dann noch eine solide Befestigung und einen Witterungsschutz. Dann darf der "Ochsenkopf" - so der Spitzname dieser Antennenkonstruktion aus Vorwendezeiten, auch bleiben.

      Viele Grüße,
      Christian
      **************************************************
      2 + 2 = 5 (für extrem große Werte von 2)
      Christian, freut mich, daß es gut funktioniert!

      Christian und ich tüftelten an der Idee mit der Zenerdiode im Spannungsteiler.
      Bei Zenerdioden muss man aufpassen, gute Rauschquellen.
      Ich sah schon mehrere Schaltungsvorschläge, wie man mit Zenerdioden Rauschgeneratoren baut.
      Deshalb da aufpassen, keinesfalls die Kondensatoren am Teiler und G2 vergessen!
      Ich würde bei der ZD 6,2 Volt nehmen, näher an den vorgeschlagenen 5,5 V dran.

      Christian zeigte, daß Verstärker direkt hinter der Antenne wesentlich günstiger ist, gut hörbar.
      Ich will es mal einfach erklären, ganz ohne Formel.
      In der Analogtechnik kann man ein Signalrauschverhältnis nie verbessern, kann nur schlechter werden.
      Zwar nicht stark, aber auch ein Antennenkabel ist eine Rauschquelle.
      Dämpfe ich ein ohnehin schon schwaches Signal und addiere Rauschen hinzu, ist das ungünstig.
      Verstärke ich ganz am Anfang rauscharm, spielt das Antennenkabel danach fast keine Rolle mehr.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com
      Anbei ein rauschendes Beispiel!

      Nicht nur für Hochfrequenz gibt es im www schöne Helferlein online.
      Hier ein Beispiel, was beim Kaskadieren unterschiedlich rauschender Verstärker passiert:
      minicircuits.com/applications/microwave_calculator.html
      Gegebenenfalls noch rechts auf "Cascade Noise Figure" klicken.
      Die Voreinstellung sieht so aus:



      Jetzt vertauschen wir die beiden Verstärker in ihrer Reihenfolge.
      Die Verstärkung bleibt gleich, NF ändert sich jedoch erheblich.



      Man sieht, NF steigt von 3,6 auf 6,1 dB, schon beträchtlich.
      Deshalb ist es sinnvoll, direkt am Anfang rauscharm zu verstärken, nicht hinten.

      Mit Antennenkabel, oder allgemein Dämpfungsgliedern, war ich am überlegen.
      Soweit ich mich erinnere, entspricht in einfacher Näherung NF der Dämpfung.
      Da ist das thermische Rauschen vernachlässigt, was sich mit kT (Boltzmann) ergibt.
      Oberhalb des absoluten Nullpunkts ist somit das Rauschen noch höher.
      Ich bin mir da nicht mehr ganz sicher, muss ich eventuell noch mal nachschlagen.

      Nehmen wir Christians Anordnung, 4 dB Dämpfung beim Antennenkabel.
      Der Verstärker 20 dB mit NF = 1 dB sitzt an erster Stelle, danach das Antennenkabel.
      Wir kommen dann bei Total NF auf harmlose 1,1 dB.
      Drehen wir um, also erst Antennenkabel und Verstärker danach, direkt vor dem Radio.
      Total NF steigt dann auf 5, sehr unschön.
      Da merkt man deutlich den Unterschied, also hier 3,9 dB Differenz, hörbar bei schwachem Sender.

      Andreas
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