SAQ Empfang durch DJ3EI, 24.12.2010

Mehrere Freunde, davon einer ich, versuchten 2010, die Weihnachtsbotschaft von SAQ zu empfangen. Hier mein Bericht von damals.

Testsender

Am 23.12. Abends hatte ich einen astabilen Multivibrator (aus einem TL061 OpAmp) gebastelt, der um 17,2 kHz herum schwingt, durch ein Trimpoti abstimmbar.

Filter/Verstärker

In der Bastelkiste fand ich einen letzten TL072. Das ist ein rauscharmer Doppel-OpAmp mit (verhältnismäßig) hoher Grenzfrequenz (Übriggeblieben von einem meiner ersten Selbstbauprojekte, 1990/1991).

Aus dem dann einen doppelten Bandpassfilter gebaut. Laut Berechnung hat jede Stufe eine Spannungsverstärkung von 6.5, was etwa 16 dB Gewinn entspricht, zusammen also 32 dB Verstärkung.

Da ich nicht riskieren wollte, dass das zu viel Verstärkung ist, habe ich ein Lautstärkepoti vorgeschaltet. Ein Lautstärkepoti hat eine undefinierte Ausgangsimpedanz, die Bandpassfilter brauchen aber was definiertes. Daher noch einen Transistor, der zusammen mit dem folgenden ersten OpAmp die Spannungsverstärkung 6,5 bringen soll (wenn ich mich nicht verrechnet habe).

Schaltung des hinzugekommenen Teils insgesamt (in der oberen rechten Ecke muss man sich +5 V Speisespannung angeschlossen denken):

Davor muss man sich noch einen einzelnen Transistor in Basisschaltung denken, der die unabgestimmte Rahmenantenne auf Soundkartenimpedanz bei knapp 1 kΩ bringt. Den hatte ich noch vom letzten Versuch. An den Ausgang ist eine Soundkarte angeschlossen.

Die Rahmenantenne ist quadratisch aus Holzlatten 90x90 cm gewickelt, 26 Windungen Kupferlackdraht. Der gemessene Gleichstromwiderstand ist 6,2 Ω bei 1,5 mH. Bei 17,2 kHz entspricht das rechnerisch (ohne Skin-Effekt) einer Impedanz von 6,2 + j162 Ω, was auf eine Güte von etwa 26 hinausläuft.

Lief nicht

Für die Kondensatoren der Filter habe ich 470pF SMD genommen. Beim Anlöten des Gegenkopplungskondensators (Ausgang/Eingang) der ersten Stufe hatte ich einen Kurzschluss produziert. Das hat vielleicht eine Stunde gedauert, bis ich das lokalisiert hatte. Glücklicherweise war der Transistor so freundlich, darauf mit völlig falscher Gleichspannungseinstellung zu reagieren.

Lief doch

So gegen 4 Uhr morgens am 24.4. lief der Verstärker dann.

Gemessen

Das über einen 6 MΩ eingespeiste Rechtecksignal von 3,3 Vpp ergab ein Ausgangssignal von 210 mV in einen hochohmigen Abschluss (Oszilloskop). Bei einer Frequenz von 16194 Hz erreichte die Ausgangsspannung ihr Maximum von 280 mV. Also hatte ich den Filter nicht vollkommen richtig dimensioniert, aber genau genug.

Optisch war das 210 mV Ausgangssignal ein schöner Sinus.

Eine nachträgliche Messung ein paar Tage später ergab den Eingangspegel von 3,3 Vpp.

Verstärkung ausgerechnet

Das zugeführte Rechtecksignal hat einen Anteil bei der Grundwelle und verschiedene Oberwellen. Das Filter dämpft die Oberwellen bzw. verstärkt sie nicht. Die Grundwelle eines symmetrischen Rechtecksignals hat eine etwas höhere peak-peak Amplitude, der Faktor ist 4/π. Mein Rechtecksignal von 3,3 Vpp entspricht also einer Sinuswelle von 3,3 * 4/π = 4,2 Vpp. Das entspricht 1,48 V.

Ich habe gemessen mit einem massiven Spannungsteiler 6 MΩ / 22 kΩ am Eingang. Es ergeben sich nur 5,4 mV am Eingang meiner Schaltung.

Am Ausgang hatte ich 210 mVpp gemessen, das entpricht 74 mV. Die reine Spannungsverstärkung betrug also nur 13,7 (wenn man die unterschiedlichen Impedanzen außer acht lässt). Das entspricht einer Verstärkung von 23 dB an Stelle der erwarteten 32 dB. Anders ausgedrückt: Die einzelne Stufe hat nur eine Spannungsverstärkung von 3,7 gebracht, nicht die erwartete von 6,6.

Warum, weiss ich nicht.

Möglichkeiten, die Verstärkung zu erhöhen.

In dieser Schaltung wird an mindestens zwei Stellen Verstärkung mutwillig weggeworfen. Die eine dieser Stellen ist der Eingangstransistor: Ich kann den Emitterwiderstandes von 15k auf z.B. 1,5k verringern (bei entsprechend niedrigerer Basisspannung). Die andere ist der Übergang vom ersten zum zweiten OpAmp.

Empfang

Ich habe die neue Schaltung mit Heißkleber neben den vorhandenen ein-Transistor-Verstärker (in Basisschaltung) auf meine 90x90 cm Rahmenantenne montiert.

Die Antenne war im Zimmer, etwa zwei Meter vom Computer entfernt, in Nord/Süd-Richtung aufgehängt. Lautstärkepoti voll aufgedreht.

Am Morgen des 24.12. sah ich dann in Spectrum Lab im Wasserfall, dass bei 17,2 kHz ein Signal war. 9 Uhr kommt immer näher. Ich fummele hier ich fummele da, Hektik Hektik. Aber, ich kriege es nur im Wasserfall zu sehen, nicht zu hören.

Immerhin habe ich die Aufnahmefunktion aktiviert. Frustriert mache ich erst mal Pause. Aufnahme läuft weiter.

Von der Verstärkung her ist laut Wasserfall übrigens noch eine Menge “Platz”. Weder im Nachbereich noch über das ganze Spektrum sind Übersteuerungen zu sehen. Ein starkes Signal findet sich bei genau 16 kHz.

Nachträgliche Auswertung

Nachträglich kann ich aus der Aufnahme das Telegrafiesignal extrahieren. Allerdings wird im Rahmen dieses Extraktionsprozesses dann doch übersteuert (ein Softwareproblem). Sowohl meine hektische Fummelei als auch meine nachträglichen Extraktionsversuchen liefen mit der Software Spectrum Lab.

Und, wirklich schade: Vor Anfang der eigentlichen Botschaft wird die Aufnahme chaotisch und unlesbar. Scheinbar habe ich bei meinem Fummeln kurz vor 9 Uhr das Programm so verstellt, dass der restliche Teil der Aufnahme dann nicht mehr zu gebrauchen ist.

Immerhin: Das Tunen ist aufnehmbar. Hörprobe als Ogg-Datei.

Wie gesagt, beim Heruntermischen von 17200 auf 800 Hz entsteht leider ein übersteuertes Signal.