SDRAmp für 50 MHz bis >1 GHz
von von Martin B.
1) SDRAmp1: LNA für 50MHz bis >1GHz aus 2012
Da
ein LNA am besten direkt an der Antenne und nicht nach einer
Dämpfungskette (Ableitung, Filter) angeordnet sein soll, habe ich mir
diesen einfachen LNA für Fernspeisung überlegt und aufgebaut:
Designziele:
* Betrieb ohne Filter am Eingang, somit Großsignalfestigkeit erforderlich
* rauscharm und trotzdem hoher IP3
* LNA abschaltbar/überbrückbar
* einfachstmöglicher Aufbau mit nicht allzuvielen exotischen Bauelementen und Standardgehäuse
* Fernspeisung über die Ableitung aus einer USB-Quelle (typischer USB-SDR mit Biasspeisung)
* geringer Stromverbrauch damit die USB-Quelle nicht überfordert ist: <50mA (gilt auch für die MagLoop1)
* 50 MHz bis L-Band
Datenblatt
IC1: 50 MHz - 4 GHz und Relais bis 3 GHz bei akzeptablen Daten. Die
obere nutzbare Frequenz ergibt sich somit eher aus dem Aufbau und der
Antenne an RF IN. Der Aufbau sollte auf einer Platine mit 50R
Streifenleitern sein, auch die Buchsen sind optimalerweise SMA-Buchsen
direkt auf diese Platine gelötet. Mein Aufbau ist in einem
Standard-Metallgehäuse mit normalen BNC-Buchsen plus kurzer
RG174-Verdrahtung zur Platine, das Relais ist frei verdrahtet und am
Eingang kommt es zu einer Teilung die wie ein Stub wirkt. Bei inaktivem
Chip liegt trotzdem das Eingangssignal an seinem Eingang an, was dieser
aber nicht übelnimmt und nur eine Zusatzdämpfung bewirkt.
Viel
später (2013) gab es eine kommerzielle Version mit selbem LNA-Chip und
Fernspeisung: LNA4ALL. Dieser hat aber keine Überbrückung/Abschaltung
via Fernspeiseleitung und muss modifiziert werden wenn man aus
USB-Quelle versorgen will.
Varianten
Normalvariante
A: LNA ist überbrückbar/deaktivierbar im selben Frequenzbereich,
Umschaltung via Fernspeisespannung welche auch den IC1 versorgt ->
Vollbestückung bis auf C1, C2.
Variante A2 = Normalvariante A plus C1 und C2 für Frequenzbereich ab ca. 100 kHz im unverstärkten Zweig.
Minimalvariante B: nur C5,C6,IC1,(D2): LNA nicht abschaltbar, dafür einfachstmögliche Schaltung.
Funktionsweise
Der
LNA (pHEMT) braucht am Eingang und am Ausgag eine 50-Ohm Last (bzw.
Quelle) und arbeitet auf eine Induktivität zur Versorgung, der Ausgang
ist eine Art Stromquelle mit Open-Kollektor. Diese Induktivität
befindet sich am anderen Ende der Ableitung im angeschlossenen Gerät
oder einem DC-Einspeiser. L1-L4 dienen nur zur Gewinnung der
DC-Spannung zur Steuerung des Relais und dürfen die Signalquelle nicht
allzu stak belasten. Da der LNA ca. 18 dB verstärkt (70 cm), sind
diverse Dämpfungen inkl. langer Ableitung kein Problem; die
Verpolschutzdiode D2 belastet die Leitung mit ihrer Kapazität und setzt
die obere Grenzfrequenz herunter, wenn man sich der Versorgung sicher
ist, kann man sie weglassen. R1/C10 dienen dem Stromsparen: Beim
Einschalten bekommt die Relaisspule die volle Spannung von ca. 4 V, im
Betrieb reicht eine Haltespannung von ca. 2 V.
Beobachtungen
Ergebnisse
hängen sehr stark von der verwendeten Antenne und dem Standort ab, ich
habe als Universalantenne eine gewöhnliche VHF/UHF LogPer.
Fernsehantenne (!) verwendet und in 45° Winkel schräg montiert und in
Richtung (...) ausgerichtet, dies hat Fernempfänge auf UKW gebracht
(für UKW sind die längsten Dipole noch viel zu kurz, somit wird sich
das Richtdiagramm aufweiten und auch die Fehlanpassung größer), NOAA
und 2m-Band, viel Betrieb auf 70 cm (und anderswo...) und als obere
Grenze habe ich ADS-B auf 1090 MHz mit Reichweiten von ca. 250 km trotz
hügeligem Gelände. Darüber hinaus geht gar nichts mehr da die
Fernsehantenne dort nicht mehr empfindlich ist und für L-Band
Sat-Empfänge man einen Halbrundstrahler nach oben braucht.
Angedachte Erweiterungen
* Ferngesteuerter Antennenumschalter für RF IN zur Auswahl von zumindest 3 Antennen.
* Möglichkeit zur Kopplung mit der MagLoop1 auf die selbe Ableitung
2) SDRAmp1b: LNA für 50MHz bis >1GHz plus weiterer Port zum Betrieb der MagLoop1 auf die selbe Ableitung (2015/2016)
Designziele SDRAmp1->SDRAmp1b
* HF IN: Zusatzschaltung und weitere BNC-Buchse im vorhandenen Gehäuse zum Betrieb der MagLoop1
* HF IN: keine Umschaltung sondern Combiner mittels Diplexer
* HF IN: keine gegenseitige Beeinflussung der Zweige
*
RF IN 2: weiterer Port mit BNC-Buchse (Platz im Gehäuse noch vorhanden)
und sinnvoll nutzen oder zum Testen: z.B. verschiedene Filter o.ä.
* billige Standardbauteile und einfacher Aufbau
* möglichst wenige Spulen zu wickeln bzw. vorhandene Fertigspulen kürzen
* keine aufwendige Frontplattengestaltung, Funktionalität geht vor Design
Funktionsweise
Der
Diplexer kombiniert via Hochpass- und Tiefpasszweig die
unterschiedlichen Frequenzbereiche der Magloop1 und des SDRAmp1
zusammen. Die Eckfrequenz ist ca. 58 MHz, das scheint ein guter
Kompromiss zu sein. Da der SPF5043Z eine DC-Versorgung an seiner
Ausgangsleitung braucht, wird der Hochpass-Teil des Diplexers mit
Drosselspulen überbrückt, diese müssen auch eine Sperre für die tiefen
Nutzfrequenzen der MagLoop1 bilden und sollen auch die Rauschanteile
<1 MHz des LNA möglichst stark dämpfen.
Der RF-Eingang des
SDRAmp1b muss mit einer 50-Ohm Quelle abgeschlossen sein, d.h. es muss
eine im Frequenzbereich des LNAs arbeitende Antenne angeschlossen sein,
andernfalls kann der LNA auf LF..<1MHz schwingen und die Nutzsignale
der MagLoop1 total überlagern. Vorgangsweise: zuerst 50 R
Abschlusswiderstand an RF IN 1 und auf < 1MHz das Signal der
Magloop1 beobachten und dann den 50 R Abschlusswiderstand durch die
Antenne ersetzen und gegentesten.
Angedachte Erweiterungen
* Ferngesteuerter Antennenumschalter für RF IN 1 zur Auswahl von mehreren Antennen.
* Einfachversion als Kombination mit der MagLoop1 auf einer Platine in einem Gehäuse
Korrektur:
Beim MagSDRAmp1 gehört als D3 eine SMAJ5.0A statt der 13er hin. Die
MagLoop alleine könnte auch mit >5V betrieben werden, der SPF5043Z
nicht.
