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Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern
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02.05.22 16:26
HB9 

WGF-Premiumnutzer

02.05.22 16:26
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

Hallo Walter,

um wieder zum Thema zu kommen:
Der BF959 eignet sich meiner Meinung nach gut als Breitbandverstärker bis 100MHz mit der geeigneten Schaltung. Ich nutze ihn als HF-Vorstufe in meinem KW-Transceiver, da gibt es nicht einmal andeutungsweise Intermodulation, ausser der Pegel ist so hoch, dass der Mischer übersteuert wird (Schottky-Diodenmischer). Allerdings ist die Ausgangsspannung natürlich kleiner, 100mV dürften für den Mischer bereits zu viel sein. Ich habe den Vorverstärker mit 2 Transistoren realisiert, der erste in Basisschaltung macht etwa 26dB Verstärkung und der zweite als Emitterfolger sorgt für niedrige Ausgangsimpedanz, die mit einem Seriewiderstand auf etwa 50 angehoben wird. Das Rauschmass ist für Frequenzen <30MHz mehr als ausreichend, gemessen habe ich es nicht, und die Verstärkung fällt erst weit über 100MHz ab. Für höhere Ausgangsspannungen kann man ja eine Stufe anhängen, die nicht mehr so rauscharm sein muss, aber dafür mehr Strom liefern kann.

Im Anhang habe ich die Schaltung noch angehängt (unten links mit den beiden Transistoren). Der Eingangstrafo transformiert 4:1, da die Eingangsimpedanz am Emitter nur etwa 12 beträgt. Als Kern dient ein K1-Doppellochkern von Epcos.

Gruss HB9

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HF Frontend Schema.pdf HF Frontend Schema.pdf (26x)

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02.05.22 16:30
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

02.05.22 16:30
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

Hallo HB9,

danke für die Infos zum BF959. Es ist leider so, dass für einen optimalen Betrieb eine ganze Grössenordnung mehr an Pegel nötig ist.

Hier die Wiedergabe eines Spektrums aus dem StemLab DSP/SDR auf Langwelle. Zwischen Dipol und dem Eingangsport waren die beiden 2N5109-Verstärker geschaltet. Das ist eine einfache Übung, die sich aber auf Mittelwelle in der Nacht ändert. Vor allem jetzt, wenn die Reflexionen an der E-Schicht stattfinden und die Pegel aus England innerhalb von nur 2 Wochen um mehr als 10dB gestiegen sind.




Gruss
Walter

Zuletzt bearbeitet am 02.05.22 16:39

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LW-Spektrum aus StemLab.jpg LW-Spektrum aus StemLab.jpg (4x)

Mime-Type: image/jpeg, 150 kB

03.05.22 07:53
HB9 

WGF-Premiumnutzer

03.05.22 07:53
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

Hallo Walter,

es gibt auch die Möglichkeit, mehrere Transistoren parallelzuschalten, um mehr Strom und damit mehr Ausgangsleistung zu bekommen. Durch die Parallelschaltung wird gleichzeitig auch das Rauschen reduziert, wenn auch nicht übermässig stark, aber immerhin. So kann man sich einen richtig guten Transistor mit mehr Leistung machen. Man muss einfach aufpassen, dass sich der Strom auch schön auf die Transistoren verteilt, somit sind individuelle Emitterwiderstände nötig, die sinnvollerweise mit Kondensatoren für HF überbrückt sind, damit das Rauschen der Widerstände abgeblockt wird. Je nach Toleranz macht es auch Sinn, die Transistoren auf Gleichheit der Kennlinien im Arbeitspunkt auszusuchen. Im NF-Bereich wird das ja schon lange so gemacht.

Wenn man sich auf LW und MW und untere KW beschränkt, kann man nach der rauscharmen Eingangsstufe auch einen AD8021-Opamp verwenden. Der hat eine Leistungsbandbreite >5MHz bei 10facher Verstärkung und ist sehr linear, so dass es keine Intermodulation gibt. Wegen dem höheren Rauschen eines OpAmps braucht es aber die diskrete Transistor-Vorstufe, die 10..20dB verstärken soll.
Ich nutze diesen für meine LMK-Signalverteilung schon seit Jahren. Am Ausgang hängen 8 Radios mit zum Teil langen Koaxkabeln dran, und es funktioniert sehr gut. Da die Antenne auf KW wesentlich mehr Signal als auf MW und LW liefert, habe ich einfach am Verstärkereingang noch einen LC-Tiefpass geschaltet, der die Pegel etwas angleicht, damit auf KW keine Übersteuerung auftritt.

Gruss HB9

04.05.22 10:29
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

04.05.22 10:29
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

HB9:

Wenn man sich auf LW und MW und untere KW beschränkt, kann man nach der rauscharmen Eingangsstufe auch einen AD8021-Opamp verwenden. Der hat eine Leistungsbandbreite >5MHz bei 10facher Verstärkung und ist sehr linear, so dass es keine Intermodulation gibt. Wegen dem höheren Rauschen eines OpAmps braucht es aber die diskrete Transistor-Vorstufe, die 10..20dB verstärken soll.


Hallo HB9,

wenn es um Nachtaufnahmen der Mittelwelle geht, benötige ich kaum mehr als 20dB Verstärkung. Das StemLab ist ein 14Bit-DSP, und die erwartbare, maximale Dynamik liegt bei 89 dB. Soviel wird kaum an einer Antenne zu erwarten sein. Bei ungefähr 60 dB ist bei meinem Dipol normalerweise Schluss. Benutze ich ihn auf Langwelle als Dipol, dann muss die vorgeschaltete Verstärkung 35 dB sein.

Heute habe ich einen Zweitontest gemacht, um zwei Dinge heraus zu finden:

1. Wie sind meine Verstärker im Vergleich zu bewerten
2. Wie hoch sollte der Strom in der zweiten 2N5109 Stufe sein.

Sucht man ein Optimum für meinen alten Spektrumanalyser in Bezug auf Pegelbeaufschlagung und Vordämpfung, dann liegt die Grenze für Intermodulationsmessungen bei etwa -70dB. Nun wollte ich aber der Zielgrösse 1Vss Ausgangssignal nahe kommen und stellte einen IMD3 von -55 dB ohne Verstärker fest. Der Vergleich fiel folgendermassen aus:



Nun sollte man annehmen, dass der AD811 ideal und besser als der 2N5109 ist. Er zeigte jedoch deutliche Kreuzmodulation beim Empfang der BBC auf 198 kHz durch dem Mainflinger EFR Sender auf 129,1 kHz. Eine Kaskadierung der beiden 2N5109 erbrachte jedoch lupenreinen Empfang ohne Störungen, obwohl die Gesamtverstärkung um 3 dB höher lag. Während sich der IMD3 bei einem Collectorstrom zwischen 10 und 20mA kaum unterschied, stieg er bei 35mA deutlich an (wie auch die Verstärkung).

Gruss
Walter

Nachtrag:

Unter IMD3 versteht man die Absenkung der Indermodulationsprodukte 3.Ordnung, also 2xf2-f1 und 2xf1-f2. Sie entstehen im gleichen Frequenzabstand wie dem der beiden Trägerfrequenzen f1 und f2. Kreuzmodulation dagegen gehorcht keiner direkten mathematischen Beziehung, obwohl auch sie an einer nicht linearen Übertragungskennlinie entsteht. Sie tritt meistens im Bereich der Aussteuerungsgrenze in der Nähe des 1dB-Kompressionspunktes auf.



Die mit StemLab aufgenommenen Dateien können auch mit SDR# dargestellt und angehört werden. Dazu muss sdr# mit den community plugins installiert werden und unter ...\plugins\rtl_433 von der github-Seite folgende 3 dlls hineinkopiert werden: GraphLib.dll, SDRSharp.rtl_433.dll und rtl_433.dll. Als Quelle muss der Baseband-Recorder von Vitalii aufgerufen werden. Die von Cohiradia erzeugten Dateien haben die Endung *.dat und sollten in *.raw umbenannt werden. Sämtliche Zahlenwerte, die im Dateinamen stehen, sollten vermieden werden, jedoch am Ende des Namens -xxxkHz für die Mittenfrequenz eingetragen werden. Als SBR-Wert nach Aufruf (Zahnradsymbol!) der Datei gilt die Bandbreite in Hertz.

SDR# erlaubt eine bequeme Analyse der Aufnahmen mit allen guten Eigenschaften, die das Prinzip eröffnet: maximale Dynamik, alle Sendearten mit Bandbreiten bis runter auf 10Hz. Allerdings funktioniert das Abspielen auf historischen Radios nur mit der Hardware StemLab in sinnvoller Weise.





Zuletzt bearbeitet am 14.05.22 09:39

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Zweiton.jpg Zweiton.jpg (9x)

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Intermodulation.jpg Intermodulation.jpg (4x)

Mime-Type: image/jpeg, 116 kB

VV17dB_2MHz-TP_Dipol_MW_150422_2357MEZ_lo1100_r1250_c0.txt VV17dB_2MHz-TP_Dipol_MW_150422_2357MEZ_lo1100_r1250_c0.txt (4x)

Mime-Type: text/plain, 10 kB

VV34dB_2MHz-TP_Dipol_LW_010522_1115MESZ_lo250_r500_c0.txt VV34dB_2MHz-TP_Dipol_LW_010522_1115MESZ_lo250_r500_c0.txt (4x)

Mime-Type: text/plain, 2 kB

Belegung_LW_Mittags_Mitte_April_2022_JO30qu.jpg Belegung_LW_Mittags_Mitte_April_2022_JO30qu.jpg (4x)

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Belegung_MW_Mitternacht_Mitte_April_2022_JO30qu.jpg Belegung_MW_Mitternacht_Mitte_April_2022_JO30qu.jpg (4x)

Mime-Type: image/jpeg, 586 kB

12.05.22 17:03
HB9 

WGF-Premiumnutzer

12.05.22 17:03
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

Hallo Walter,

da ich wieder mal auf die Tücken von OpAmps reingefallen bin, möchte ich es hier beschreiben, vermutlich ist das auch bei dir der Grund, warum der AD811 Intermodulation produziert.

Ein OpAmp-Verstärker ist ja bekanntlich ein stark rückgekoppeltes System, und hier ist der Hund begraben. Hat man am Eingang ein Signal mit ausreichend hoher Frequenz, so dass die OpAmp-Verstärkung nicht genügend gross ist, wird zu wenig Signal über die Gegenkopplung auf die Differenzstufe zurückgeführt mit dem Ergebnis, dass die Differenzspannung ansteigt und die Differenzstufe übersteuert. Dadurch verwandelt sich die Stufe in einen additiven Mischer, was Intermodulation erzeugt. Das ist ein bekanntes Phänomen, deshalb gibt es auch bei jedem ernstzunehmenden Hifi-Verstärker am Eingang einen Tiefpass, der diese hohen (unhörbaren) Frequenzen unterdrückt, damit sie nicht die Differenzstufe übersteuern.

Relevant für das Abschätzen der höchsten Frequenz, die ein Opamp noch verarbeiten kann, ist dabei nicht die Bandbreite, sondern die maximale Anstiegsgeschwindigkeit (Slew Rate) am OpAmp-Ausgang gemäss Datenblatt. Diese muss grösser sein als die tatsächliche Anstiegsgeschwindigkeit des verstärkten Signals, mit einem Faktor 2 liegt man meistens gut.
Nimmt man ein Sinussignal am Verstärkerausgang mit Amplitude A und Frequenz f der Form

A * sin(2*pi*f*t),

dann ist die maximale Anstiegsgeschwindigkeit die Ableitung im Nulldurchgang, also z.B. für t = 0:

maxSlewrate = 2 * pi * f * A,

die Einheit ist V/s, somit muss man den Wert durch 1e6 teilen, um die übliche Einheit V/us der Datenblätter zu erhalten.
Man sieht hier, dass neben der Frequenz auch die Amplitude des verstärkten Signals relevant ist. Nimmt man den AD811 mit 400V/us für realistische Ausgangssignale, kommt man auf etwa 30MHz bei 1V Ausgangsspannung und einem Faktor 2 als Reserve. Wenn aber ein starker UKW-Sender reinstrahlt, dürfte das Probleme geben. Abhilfe schafft ein einfacher L/C-Tiefpassfilter vor dem Verstärker. Weiter ist auch zu beachten, dass die maximale Slewrate vom OpAmp meistens mit steigender Belastung des Ausgangs absinkt.

Gruss HB9

13.05.22 11:59
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

13.05.22 11:59
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

Hallo HB9,

das sind interessante Zusammenhänge, die Du in Zusammenhang mit SAQ schon einmal angesprochen hast. Hier ging es aber nicht um den AD811. Nun, am angeschlossenen Spektrumanalyser habe ich eigentlich keine relevanten Signale oberhalb der Grenzfrequenz des Tiefpasses von 2 MHz gesehen.

Heute Nacht um 04:00 habe ich unter Einschaltung eines 300 kHz-Tiefpasses eine Aufnahme der Langwelle gemacht. Herr Scharfetter, der das Cohiradia Programm geschrieben hat, war an den isländischen Sendern interessiert, die ich tatsächlich einfangen konnte. Beim Abhören der Aufnahme haben mich aber dann zwei Dinge sehr erstaunt: Das Zeitzeichensignal aus Allouis auf 162 kHz war deutlich mit einem Datensignal moduliert. Das wäre ja nicht wirklich verwunderlich, wenn man die Nutzung des Senders bedenkt. Das gleiche Signal war schwächer auch auf der BBC auf 198 kHz zu hören. Alle übrigen Sender waren soweit klar und ohne Geräusche zu lesen. Hinter dem 300 kHz Tiefpass waren die beiden 2N5109-Verstärker mit einer Gesamtverstärkung von 37,5 dB geschaltet.



Nun erinnerten mich Geschwindigkeit und Shift an die Längstwellensender, und höchstwahrscheinlich ist es der bekannte Luxemburg-Effekt, diesmal allerdings mit den beiden Sendern aus Le Blanc 20,9 und 21,75 kHz. Apropos Luxemburg - der Sender war wegen der Stromkosten ausser Betrieb, genauso wie Algerien auf 252 kHz, der seit gestern wieder sendet und die irische Langwelle in Schwebung so stört, dass man beide Sender eigentlich nicht mehr vernünftig hören kann.

Für die folgende Längstwellen-Aufnahme erwies sich der AD811 Verstärker gefolgt mit dem 2N5109 (35mA, Gesamtverstärkung 35,5 dB) als die bessere Wahl. Das hat mit der Übertragungsfunktion des 4:1 Übertragers zu tun. Hier ist der Dipol als T bzw. 2xL und 243mH Spule über StemLab nach Masse geschaltet.



Der polnische Sender ist bei mir normalerweise nicht zu hören, weil die Senderantenne eine Nullstelle in meine Richtung hat. Nachts funktioniert der Empfang normalerweise gut. Der Träger war aber bei der Wiedergabe dauerhaft unterdrückt, was ich dem Aufnahmeprogramm und nicht einem selektiven Schwund zuschreibe. Ich hatte als Mittenfrequenz genau die Trägerfrequenz 225 kHz genommen, was man wohl vermeiden sollte.



Als letzten Versuch bis zum Alexanderson-Tag habe ich eine Aufnahme nur an 12V versucht, die auch erfolgreich war. Angeschlossen waren der 12V-Windows-10-Rechner, die beiden Vorverstärker und das StemLab. Vielleicht gelingen mir beim nächsten Stromausfall, von denen wir in den letzten Monaten schon 5 hatten (!) spektakuläre Aufnahmen, hier allerdings vorzugsweise in Amateurfunkbändern.


Gruss
Walter

Zuletzt bearbeitet am 13.05.22 16:55

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Luxemburg_Effekt_Allouis_Droitwich_durch_HWU.jpg Luxemburg_Effekt_Allouis_Droitwich_durch_HWU.jpg (3x)

Mime-Type: image/jpeg, 52 kB

HWU.jpg HWU.jpg (3x)

Mime-Type: image/jpeg, 62 kB

Konvolut_Cohiradia.jpg Konvolut_Cohiradia.jpg (3x)

Mime-Type: image/jpeg, 143 kB

13.05.22 12:53
HB9 

WGF-Premiumnutzer

13.05.22 12:53
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

Hallo Walter,

zur Phasenmodulation von BBC auf 198kHz: So viel ich weiss, überträgt der ebenfalls phasenmodulierte Zeitinformation so wie Allouis, somit wäre also alles in Ordnung. Bei mir ist momentan der Störpegel zu hoch, um ihn sinnvoll auswerten zu können, sonst hätte ich da mal gemessen.

Gruss HB9

13.05.22 13:14
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

13.05.22 13:14
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Historische Breitbandaufzeichnungen von AM-Bändern

Nein, nein HB9, das ist ein datenmodulierter Pfeifton, wahrscheinlich aus der Differenz der beiden Einzelsender, die man recht deutlich in AM, Bandbreite 9kHz hören kann. Die normale Modulation hört man nur mittels Überlagerung durch z.B. BFO.

In der Datei zuerst Marokko 171 kHz, dann 162 kHz, am Schluss kurz 198 kHz, aufgenommen mit 9kHz Bandbreite AM, Tonhöhe = 21,75kHz-20,9kHz=850Hz.

Von mir sind aus gesehen: Nador QTE 199, Allouis 220, Le Blanc 222 und Droitwich 280°. Entfernungen in etwa gleich, ausgenommen Nador/MRC mit 1874km.

Nachtrag: Beim erneuten Abhören der Aufnahme NDB Graz (AUT) in Schwebung mit ONL Lüttich (BEL) auf 290 kHz und Kaunas (LTU) auf 343 kHz identifiziert.

Einen Teil meiner Datensätze wurde unter https://cohiradia.radiomuseum.org/download/data/WB_2022A/ eingestellt.
Wer wissen will, wie sich die Mittelwelle nachts in Kalifornien so anhört, wird hier fündig: https://cohiradia.radiomuseum.org/download/data/SR_2022B/

Zuletzt bearbeitet am 18.05.22 09:54

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171-162-198kHz.mp3 171-162-198kHz.mp3 (7x)

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