Hallo
ich möchte einen 430 MHz Verstärker für eine Antenne bauen.
Ich frage mich jetzt, in welcher Reihenfolge ich was einbauen soll:
- Limiter mit PIN-Dioden, damit der Verstärker vor zu grossen Signalen
geschützt wird (brauche ich das überhaupt?)
- Bandpassfilter für den gewünschten Frequenzbereich
- MMIC oder diskret.
Habe schon bei QSL.net und hier
http://www.qsl.net/va3iul/Homebrew_RF_Circuit_Design_Ideas/Homebrew_RF_Circuit_Design_Ideas.htm
paar Ideen gesammelt, aber weiss noch nicht so genau wo ich anfangen
soll. Habt ihr paar Tipps?
Ich würde bei Antennenverstärker ( also Verstärker, die direkt das
Signal der Antenne verstärken sollen ) immer eine Selektion am Eingang (
also Bandpass ) anordnen.
Limiter wird bei einen Antennverstärker eher nicht gebraucht.
MMICs rauschen meist mit 3-6db. Da gibt es bessere Lösungen.
Galium-Arsenid Feldeffekttransistoren z.B. Eventuell auch normale
Dualgate Mosfets. BF981 wäre so ein Kanidat für den Bereich unter
200MHz.
Ralph Berres
Roberto schrieb:> danke für die schnelle Auskunft. BF981 ist Dualgate. Da wäre es> theoretisch möglich mit dem 2. Gate die Verstärkung zu variieren, oder?
Ja aber ich würde den auf höchste Verstärkung einstellen, wenn man mit
dem zweiten Gate die Steilheit des Transistors reduziert, verschlechtert
sich die Rauschzahl und das Großsignalverhalten. Wenn man unbedingt die
Verstärkung regeln will, dann eher mit einen Pindioden-Pi Glied am
Eingang des Verstärkers. Dann verbessert sich das Großsignalverhalten,
mit zunehmender Abregelung. Ich hatte immer den Tda1053 dafür verwendet.
Man kann es aber auch mit drei einzelenen Pindioden machen.
Noch was kontrolliere erst mal ob der BF981 sich auf 70cm auch noch so
rauscharm verhält.
Ralph Berres
Roberto schrieb:> Wenn ich am Eingang ein Bandpassfilter> verwende. Wie lege ich fest, welche Ordnung dieses haben soll?
Mit der Anzahl der Filterelemente. Je mehr, desto hoeherer Ordnung
entspricht das Filter. Wieviel Du brauchst, haengt von Dienen
Anforderungen ab.
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Ja klar, das ist mir bewusst :-) meine Hauptforderung ist, dass ich
möglichst wenig Rauschen will. Daher brauche ich ganz sicher ein
Eingangsfilter, denn dieses begrenzt ja dann auch die Rauschleistung.
Wenn die Bandbreite schmaler wird, dann wird auch die Rauschleistung
kleiner.
Aber wie entscheide ich, ob mein Bandpass jetzt 2., 3. oder 4. Ordnung
sein soll? die unterscheiden sich ja nur in der Steilheit. Entscheidet
man das etwa einfach anhand des Aufwands?
Anhand des Aufwandes entscheidet sich eher nichts. Eher entscheidet, was
Du machst. Ich selbst kenne den Begriff n-ter Ordnung nur von R-C
Filtern.
Bei einem schmalbandigem Antennenverstaerker nimm einen Schwingkreis am
Eingang und einen am Ausgang.
Beide dürfen nicht koppeln.
Bei Bandpaessen braucht man mehr Schwingkreise, z.b. 3.
Spätestens bei der Auswahl eines geeigneten Transistors läuft es jedoch
auf eine ganze
Konstruktion hinaus, da kannst Du einmal schauen, was bereits von
Amateurfunkern erdacht wurde.googlen
Du solltest ein 2 kreisiges Helixfilter am Eingang verwenden, welches
eine möglichst geringe Durchlassdämpfung hat. Jedes FB Durchlassdämpfung
am Eingang verschlechtert dir deine Rauschzahl.
Man könnte auch ein einkreisiges Filter ( welches man eh zur Anpassung
braucht am Eingang verwenden und ein zweikreisiges Filter am Ausgang.
Das bringt eine bessere Rauschzahl und trotzdem noch ausreichende
Weitabselektion.
Ich hatte vor Jahren mal mit den BF907 ein 70cm Vorverstärker mit
Topfkreise an Ein und Ausgang aufgebaut. Die Kreise waren ca 5cm lange
5mm Messingrohre mit einen Rohrtrimmer am Ende. Ein Kreis am Eingang ein
Bandfilter am Ausgang. Da hatte ich eine schöne 10MHz breite
Durchlasskurve hinbekommen. Es könnte sein das ich den Vorverstärker
noch irgendwo liegen habe. Verstärkung war irgendwas um 16db. Rauschzahl
konnte ich nie messen. Dieser Vorverstärker war für ATV auf 70cm in
Einsatz.
Ralph Berres
Roberto schrieb:> Aber wie entscheide ich, ob mein Bandpass jetzt 2., 3. oder 4. Ordnung> sein soll? die unterscheiden sich ja nur in der Steilheit. Entscheidet> man das etwa einfach anhand des Aufwands?
Wozu dient das Ganze am Ende? Was willst Du empfagne? Welche Antenne
verwendest Du? Wo wohnst Du (auf einem Berg, in einem Tal, im Keller)?
Wo steht die Antenne? Welchen Gewinn hat die Antenne?
Dient die Antenne dem Empfang von Amateurfunk waehrend ganz in Deiner
Naehe vielleicht mehrere ISM Anwendungen genutzt werden ist eine hohe
Flankensteilheit des Eingansbandpasses anzuraten. Allerdings erhoeht
sich die Rauschzahl auch mit jedem passiven Bauelement am Eingang.
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Dieser Mensch hier hat zwei gute Pläne für 433 und 1296 MHz:
http://oz2oe.dk/radio/atf54143/54143.html
Die sind mit dem ATF54143, kostet so vier Euro pro Stück. Theoretisch
kommt man damit wohl so bis 0.6 dB NF. In der Praxis ist das schwer
nachzumessen natürlich :-)
Bandpassfilter und Limiter würde ich wenn irgendwie möglich unbedingt
nach dem Vorverstärker einbauen. Die beeinträchtigen die Signalqualität
schon stark wenn man sie davor macht (Limiter weiß ich jetzt nicht so,
halte ich vor dem Preamp eh für Unsinn [wie sollen denn irgendwie mehr
als +10dBm in deinen Preamp kommen?], aber Bandpass auf jeden Fall). Ich
würde mich wegen des Limiters auf den Standpunkt stellen, wenn ein so
extremes Ereignis passiert dass dein Preamp am Eingang überlastet ist,
dann baust du dir halt einen neuen. Das wird m.E. sowieso nie passieren.
Sven B. schrieb:> Bandpassfilter und Limiter würde ich wenn irgendwie möglich unbedingt> nach dem Vorverstärker einbauen. Die beeinträchtigen die Signalqualität> schon stark wenn man sie davor macht
Naja aber ein Schwingkreis für die Weitabselektion würde ich schon am
Eingang noch anordnen, sonst wird jeder Fernseh und Rundfunksender den
Verstärker schon weit aussteuern. Zumal ja am Eingang eh ein
Schwingkreis zur Impedanzanpassung Antenne > FET notwendig ist.
Ralph Berres
Wie du sagst ist ja da sowieso der Input Matching-Schaltkreis, der eine
gewisse Selektion macht. Die Selektion ist meiner Erfahrung nach bei
diesem Typ von Verstärker nach unten (niedrigere Frequenzen) recht
scharf und fällt nach oben eher langsam ab. Man muss sich eben
überlegen, ob man in dem Bereich, in dem der Verstärker noch ordentlich
Gain hat, extrem starke Störer erwartet oder nicht. Wenn nicht würde ich
nach wie vor dazu raten auf den Bandpass vor dem Preamp zu verzichten.
Wenn der Bandpass nur 1.5dB Insertion Loss hat, ist das schon so als ob
dein Vorverstärker 2dB NF statt 0.5dB NF hat. Hinter dem Vorverstärker
hingegen hat der Bandpass keinerlei Einfluss auf die Signalqualität.
Sven B. schrieb:> Wenn der Bandpass nur 1.5dB Insertion Loss hat, ist das schon so als ob> dein Vorverstärker 2dB NF statt 0.5dB NF hat
Naja so niedrige Rauschzahlen machen allenfalls bei Sattelitenempfang
oder EME wirklich Sinn. Bei normalen Terrestrichen Verbindungen ist das
Atmosphärische Rauschen und vor allem das Rauschen durch Müll aus
sonstigen Geräte größer als die 2-3 dB.
Ralph Berres
Ok, von terrestrischen Verbindungen weiß ich nicht viel :-)
Warum ist da das atmosphärische Rauschen wichtiger als bei
Weltraum-Kram? Weil die optische Weglänge durch die Atmosphäre größer
ist?
Nur wenn du an einen Ort wohnst, wo garantiert keine durch technische
Geräte verursachtes Rauschen zu erwarten ist, würde eine Verringerung
der Gesamtrauschzahl auf unter 3db was bringen. Aber schon in
dörflichen Wohngebieten ist der Störnebel sehr viel größer, da due die
Antenne ja nicht in den Himmel richtest, und dadurch auch solche
Störungen aufnimmst.
Was anderes ist das, wenn du die Antenne in den Himmel richtest, ( nicht
in die Sonne !! ).
Du hast weiterhin im Frequenzbereich bis ca. 800MHz mit starken Rundfunk
und Fernsehsender zu tun, welches die Antenne natürlich auch mehr oder
weniger stark empfängt. Diese Signale liegen auch am Eingang deines
Vorverstärkers und verursachen auf Grund der nicht idealgeraden
Kennlinie des Vorverstärkertransistors Intermodulationsverzerrungen und
Mischprodukte, die dann Geistersignale produzieren können.
Da die Rundfunk und Fernsehsender oft im zweistelligen Kilowattbereich
senden, sind die Feldstärken an deiner Antenne dementsprechend höher,
als das schwache 430MHz Signal was du empfangen willst.
Übrigens gibt es noch CB-Funker, Funkamateure, und nicht öffentliche
bewegliche Landfunkdienste , und behördliche Sicherheitsfunkdienste (
BOS also Feuerwehr Polizei usw. ), welches sich warscheinlich auch in
deiner Nähe befinden, und dir Ärger machen können.
Schon deswegen ist es ratsam am Eingang wenigstens einen Einzelkreis
vorzusehen, welches diese Signale abschwächt. Im Extremfall, wenn der
50KW Sender der auf 470MHz sendet in nur ein paar Kilometer Entfernung
steht, must du sogar richtige Geschütze zur Eingangsselektion auffahren,
weil sonst der Vorverstärker hoffnungslos übersteuert ist.
Nicht umsonst schreibt die Bundesnetzagentur in Hausantennenanlagen vor
, das Verstärker an die eine Antenne direkt angeschlossen werden soll,
Selektionsmittel zur Bandbegrenzung eingebaut sein müssen.
Ralph Berres
Hallo zusammen
o.k. danke erstmal für eure Tipps.
Ich lass den Bandpass erstmal weg und werde es ohne versuchen.
Allerdings stehe ich gerade etwas auf dem Schlauch, wie ich den
Verstärker mit dem BF998 dimensionieren soll.
Ich möchte eine Source Schaltung verwenden.
Als erstes habe ich mir das Datenblatt geladen:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BF998.pdf
und dann in die Diagramme geguckt. Offenbar muss ich für maximale
Steilheit das Gate 2 mit ca. 4 V ansteuern. Dort könnte ich meines
Erachtens noch eine Art AGC einbauen, ja? also die Ausgangsamplitude
irgendwie messen und dann da eine Rückführung. (Siehe Figur 6 im
Datenblatt.)
O.K. soweit so gut. Und dann habe ich mir noch überlegt, anhand von
Figur 5, wo ich den Arbeitspunkt legen soll. Ich will eine Source
Stromgegenkopplung. Dort habe ich als Faustregel mal gelesen, dass über
dem Source Widerstand ca. 1 Volt abfallen soll. Und der Arbeitspunkt
muss im rechten Teil der Kennlinien liegen, dort wo ID nicht weiter
ansteigt mit steigendem VDS, ja?
So komme ich auf einen Arbeitswiderstand von 250 Ohm. Das ist recht
wenig, vor allem wird mein Gain sehr klein bei einem solch kleinen
Drainwiderstand. Soll ich den weg lassen und stattdessen einen
Schwingkreis einbauen?
Hallo Ralph Berres,
ich habe noch MGA-62563, für die hatte ich mal für eine 2m Vorverstärker
einem anderen OM einige Platinen abgetreten.
Er war mit dem MGA-62563 sehr zufrieden.
Wie schätzt Du den Einsatzbereich des MGA-62563 für 70cm ein ?
Vdd = 5V und Idd = 0,06A.
An welchen Filtertpye denkst Du am Eingang ?
- Bandpass, SAW-Filter, oder andere Topologien?
- TP Filter
- HP Filter
- HP - TP Filter
Sven B. wrote:
>Dieser Mensch hier hat zwei gute Pläne für 433 und 1296 MHz:>http://oz2oe.dk/radio/atf54143/54143.html>Die sind mit dem ATF54143, kostet so vier Euro pro Stück. Theoretisch>kommt man damit wohl so bis 0.6 dB NF. In der Praxis ist das schwer>nachzumessen natürlich :-)
Genau den hatte ich mir vor etlichen Jahren auch mal gebaut.
Funktioniert wunderprächtig, und das Antennenrauschen hört man auch
drausen in der Wildnis (wo der Störnebel also eher gering ausfällt).
Rauschzahl ist damit also niedrig genug.
Da es sich hier aber um einen 12GHz-Transistor handelt, sollte man sich
ziemlich genau an die Anleiztung halten, sonst hat man auch schnell
einen Oszillator gebaut.
@ Ralph Berres (rberres)
>Nur wenn du an einen Ort wohnst, wo garantiert keine durch technische>Geräte verursachtes Rauschen zu erwarten ist, würde eine Verringerung>der Gesamtrauschzahl auf unter 3db was bringen. Aber schon in
Würde ich so nicht sagen. Zumindest bei mir in dörflicher Umgebung
scheint der Störnebel offensichtlich noch rel. gering zu sein, daß
irgendwelche 0815 Verstärker (die lt. Anleitung so ein paar dB NF
hatten) schon als rel. unempfindlich zu betrachten waren (da war nix von
Antennenrauschen zu spüren), während obengenannter Vorverstärker eine
deutliche Verbesserung brachte (Rauschen nahm deutlich zu, wenn Antenne
angesteckt wurde).
Die von Dir genannten 3dB dürften eher für 2m gelten (optimistischere
Angaben gehen von 2dB auf 2m aus, unter denen es keinen Sinn mehr macht,
soweit ich mich noch richtig erinnern).
Aber Achtung: paar m RG58 zw. Antenne und Verstärker machen dessen
niedrige Rauschzahl wieder zunichte (im praktischen Test hört man dann
kein Antennenrauschen mehr - also unempfindlicher).
Ja, ich würde auch empfehlen den Vorverstärker wenn irgendwie möglich
direkt hinten an die Antenne zu schrauben, ohne Kabel dazwischen.
Re. Antennenrauschen: bei einem guten™ Setup würde ich erwarten, dass
das Rauschen bei Anstecken der Antenne abnimmt (gegenüber "Eingang mit
50 Ohm terminiert"), wenn die Antenne Richtung Himmel zeigt. Richtung
Boden oder im Zimmer sollte das Niveau ungefähr gleich sein wie mit der
Terminierung. Hier ist das jedenfalls der Fall.
Sven B. schrieb:> Re. Antennenrauschen: bei einem guten™ Setup würde ich erwarten, dass> das Rauschen bei Anstecken der Antenne abnimmt (gegenüber "Eingang mit> 50 Ohm terminiert")
Das must du mir mal erklären, wieso der Fusspunktwiderstand von 50 Ohm
einer Antenne weniger Rauschen soll als das thermische Rauschen eines 50
Ohm Widerstand.
Betreibst du deine Antenne in flüssigen Stickstoff?
Ralph Berres
Ralph Berres schrieb:> Sven B. schrieb:>> Re. Antennenrauschen: bei einem guten™ Setup würde ich erwarten, dass>> das Rauschen bei Anstecken der Antenne abnimmt (gegenüber "Eingang mit>> 50 Ohm terminiert")>> Das must du mir mal erklären, wieso der Fusspunktwiderstand von 50 Ohm> einer Antenne weniger Rauschen soll als das thermische Rauschen eines 50> Ohm Widerstand.
Die Antenne ist nicht gekühlt.
Ich bin mit dem Konzept des Fußpunktwiderstandes leider nicht vertraut
und kann dir deshalb auch nicht so aus dem Stand sagen, wie das ist. Ich
schau's mir mal an. Tatsache ist aber, dass man auch mit einem
Empfangssystem komplett auf 290K Antennentemperaturen deutlich unter
diesem Wert erreichen kann. Bei Radioteleskopen ist auch meist nicht die
Antenne gekühlt, nur die Verstärker, und dort hat man
Antennentemperaturen deutlich unter 290K (z.B. 60K, und die kommen
großteils von der Atmosphäre o.ä.). Das muss irgendwie daran liegen,
dass die Impedanz der Antenne kein realer "Widerstand" ist, sondern nur
so ein Ersatz-Bauteil und deshalb auch kein Rauschen nach der
Nyquist-Formel erzeugt.
Ich denke sogar dass die ideale Antenne mit dem idealen Verstärker
dahinter in einem strahlungsfreien Raum eine Antennentemperatur von 0K
hätte, auch bei Zimmertemperatur. Bin mir aber nicht sicher. Andersherum
wüsste ich eben nicht, welche Komponente in dem Setup das Rauschen
konkret erzeugen soll.
Wenn du mir nicht glaubst, kann ich aber auch gerne nochmal ein paar
konkrete Messungen machen und die hier posten. Wobei ich die
Antennentemperatur nicht absolut bestimmen kann, nur die Änderung
relativ zum terminierten Zustand.
Viele Grüße,
Sven
Sven B. schrieb:> Bei Radioteleskopen ist auch meist nicht die> Antenne gekühlt, nur die Verstärker, und dort hat man> Antennentemperaturen deutlich unter 290K (z.B. 60K, und die kommen> großteils von der Atmosphäre o.ä.). Das muss irgendwie daran liegen,
Ich bin mir jetzt auch nicht ganz sicher. du könntest recht haben.
Die Antenne kann man als eine Art Transformator ansehen, welches die 377
Ohm Freifeldwiderstand in die 50 Ohm Fusspunktwiderstand transformiert.
Auf jeden Fall ist eine Leistungsanpassung des Empfängereinganges an den
Freifeldwiderstand angestrebt, um die Freifeldleistung maximal in den
Empfänger zu bekommen.
Der 377 Ohm Freifeldwiderstand rauscht im Weltall natürlich mit seinen
3 Kelvin Hintergrundrauschen. Da macht es dann auch Sinn, den
Vorverstärker zu kühlen.
Aber auf der Erde sind es ca. 293 Kelvin mit der der Freifeldwiderstand
rauscht. Dieses Rauschen wird auf den Fusspunktwiderstand von 50 Ohm
transformiert. Hier bringt der gekühlte Vorverstärker m.E. nichts.
Hinzu kommt das Hintergrundrauschen, welches durch den technischen
HF-Müll von uns Erdlingen selbst produziert wird.
Das ist heute selbst im Dorf nicht mehr vernachlässigbar. Auch im Dorf
werden Energiesparlampen , Steckdosenwanzen PCs Schaltnetzteile aller
Art benutzt, die erheblich zum Störnebel beitragen.
Ich hoffe das ich hier jetzt richtig liege.
Ralph Berres
Ralph Berres schrieb:> Die Antenne kann man als eine Art Transformator ansehen, welches die 377> Ohm Freifeldwiderstand in die 50 Ohm Fusspunktwiderstand transformiert.
Ich denke auch, dass so etwas die bessere Betrachtungsweise ist.
> Aber auf der Erde sind es ca. 293 Kelvin mit der der Freifeldwiderstand> rauscht.
Das ist m.E. nicht ganz richtig. Die 293 K sind das, was man sieht, wenn
man auf den Boden schaut. Schaut man in den Himmel, so sieht man _ein
bisschen_ Atmosphäre mit 293 K -- die ist aber teilweise durchsichtig.
Nur wenn die Atmosphäre quasi jedes Photon von außen absorbieren würde
und alles neu abstrahlt würde man die 293 K sehen. Das ist aber bei
weitem nicht der Fall, weil sie so optisch dünn ist (bei diesen
Wellenlängen). Deshalb sieht man die Strahlung von außen (3K Hintergrund
+ eventuelle Signale) überlagert mit einem geringen (je nach Wellenlänge
auch weniger geringen) Prozentsatz der 293 K Wärmestrahlung.
Ich glaube, ein guter anschaulicher Beleg für diese Sichtweise ist,
dass ja auch im Weltraum ein bisschen Materie ist (dünnes Gas) mit
teilweise sehr niedrigen, teilweise aber auch unglaublich hohen
Temperaturen. In über 100km Höhe steigt die Temperatur zum Beispiel
erstmal sehr stark an [1] und bleibt längere Zeit so. Könnte man die
optische Dicke vernachlässigen, so müssten ja die ganzen
Weltraumteleskope die über 1000 K sehen, die da eingezeichnet sind --
das ist aber nicht so, eben weil das Gas so dünn ist.
> Hinzu kommt das Hintergrundrauschen, welches durch den technischen> HF-Müll von uns Erdlingen selbst produziert wird.
Das ist sicherlich ein Problem. Wenn hier der Fernseher an ist, sehe ich
gar nichts mehr. Deshalb bauen die Radioastronomen ihren Kram auch immer
im tiefsten Tal, was sie finden können.
Grüße!
_______
[1]
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e1/Atmosph%C3%A4re_Temperatur_600km.png
Ralph Berres schrieb:> Auf jeden Fall ist eine Leistungsanpassung des Empfängereinganges an den> Freifeldwiderstand angestrebt, um die Freifeldleistung maximal in den> Empfänger zu bekommen.
Für die Ankopplung einer Antenne im Empfangsweg ist auf UKW nicht
Leistungsanpassung, sondern Rauschanpassung wichtig. Diese kann von der
Leistungsanpassun ( ZAntenn = ZVerstärkereingang) abweichen.
Dual Gate FETs wurden zwar häufig verwendet, sind aber in Bezug auf das
Großsignalverhalten nicht optimal. Hier sind rauscharme hochlineare
Cable-TV Transistoren der neueren Generation oder rauschoptimierte MMIC
der neuen Generation vorzuziehen.
Nachbausichere Vorschläge für Low-Noise-Amplifier mit Messungen und
Vergelichen findest du hier:
http://www.qsl.net/yu1aw/LNA/bfp196peng.htm
Grüße
