Kurzwellenampfänger mit den CD2003       

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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.
 



Download VFO3Ch.zip

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 gedämpteren Klang mit dem HW-Filter besser.




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