HF-gerechter Aufbau eines akkubetriebenen Loop-Verstärkers

[Frank M. (Firma: Privatier) (fme)]

Hallo zusammen,

ich möchte euch ein HF-Projekt vorstellen, das mich über einen längeren 
Zeitraum begleitet hat.

Ausgangspunkt war ursprünglich eine passive YouLoop. Mit ihr war ich 
zwar grundsätzlich zufrieden, allerdings hätte ich mir ein noch besseren 
Empfang und etwas mehr Signalpegel gewünscht. Gleichzeitig wollte ich 
eine möglichst kompakte, netzunabhängige Lösung behalten.

Da ich damals keine für meine Anforderungen passende Elektronik gefunden 
habe, entstand schließlich eine eigene Entwicklung.

Die Eingangsstufe basiert auf dem bewährten LZ1AQ-Konzept mit einem 
matchenden Bipolartransistorpaar in Basisschaltung. Die nachfolgende 
Signalstufe wurde von mir mit einem Video-Differenzverstärker 
realisiert. Ziel war dabei vor allem eine geringere Verlustleistung bei 
gleichzeitig breitbandigem Betrieb.

Im Mittelpunkt dieses Beitrags soll aber weniger die eigentliche 
Verstärkerschaltung stehen, sondern vielmehr der mechanische und 
HF-gerechte Aufbau.

Da das Gerät aus einem integrierten Li-Ionen-Akku betrieben wird, musste 
aus den 3,7 V Batteriespannung eine Versorgungsspannung von 9V erzeugt 
werden. Dafür kommt ein DC/DC-Wandler zum Einsatz. Genau dieser Punkt 
hat mich bei der Entwicklung am meisten beschäftigt, denn 
Schaltnetzteile und empfindliche HF-Verstärker in einem gemeinsamen 
Gehäuse sind bekanntlich keine ideale Kombination.

Um gegenseitige Beeinflussungen möglichst auszuschließen, habe ich den 
Aufbau konsequent in zwei Bereiche aufgeteilt:
- eine “dirty”-Kammer für die DC/DC-Wandler-Schaltung,
- eine “clean”-Kammer für den eigentlichen HF-Verstärker.

Beide Bereiche sind mechanisch voneinander getrennt und abgeschirmt. 
Zusätzlich wurde die Versorgung mehrfach gefiltert. Die Leiterplatte 
entstand als 4-Lagen-Design mit durchgehenden Masseflächen, um sowohl 
die HF-Eigenschaften als auch die Schirmwirkung zu verbessern.

Als Antenne verwende ich eine Möbius-Loop aus einem Koaxkabel. Der 
Ausgang des Verstärkers wird über einen selbst gewickelten 
Breitbandübertrager (Balun auf Ferritring) angepasst. Den Balun habe ich 
mit einem nanoVNA messtechnisch überprüft.

Für eine vollständige Charakterisierung des gesamten Verstärkers (z. B. 
Frequenzgang, Rauschzahl oder Großsignalfestigkeit) fehlen mir jedoch 
professionelle HF-Messmittel. Deshalb möchte ich bewusst nur Aussagen 
treffen, die ich selbst nachvollziehen und belegen kann.

Mit dem praktischen Empfangsergebnis bin ich sehr zufrieden. Neben einem 
generell höheren Pegel beobachte ich einen 10dB größeren Abstand von 
Signalen zum Rauschen. Inzwischen nutze ich zwei dieser Geräte 
regelmäßig zusammen mit meinem SDR „Airspy HF+ Discovery“.

Der Beitrag soll keine Bauanleitung sein, sondern lediglich einen 
Einblick in das Projekt geben. Vielleicht ist der mechanische Aufbau 
oder die eine oder andere konstruktive Entscheidung ja auch für andere 
interessant.

Über Fragen und einen fachlichen Austausch zum Aufbau freue ich mich 
natürlich.

Bilder

Bild 1: Gesamtansicht des Gerätes von vorn und hinten
Bild 2: Prinzip der verwendete Möbius-Loop
Bild 3: Empfangsbeispiel am SDR (41-m-Band)
Bild 4: 4-Lagen-Leiterplatte
Bild 5: Innenaufbau mit getrennter “dirty”- und “clean”-Kammer
Bild 6: Baugruppe mit angeschlossenem Akku

Hinweis

Bei der Fertigung für den Eigenbedarf sind aufgrund von 
Mindestbestellmengen einige vollständig aufgebaute Geräte übrig 
geblieben. Wer sich dafür interessiert, findet im Marktbereich einen 
entsprechenden Beitrag.

[Hans W. (hanswieland)]

Frank M. schrieb:
> ich möchte euch ein HF-Projekt vorstellen,

Ohne Schaltplan?

Mir kommt das eher wie Schleichwerbung vir. Alle paar Jahre diskutiert 
jemand ziemlich lustlos über einen Nachbau und verkauft danach 
"zufällig" übrig gebliebene Produkte. Gerät dieses Wunderwerk sonst 
völlig in Vergessenheit?

> Wer sich dafür interessiert, findet im
> Marktbereich einen entsprechenden Beitrag.

War es zu anstrengend, auf den Beitrag zu verlinken?

[Schorsch M. (schorschm)]

Hans W. schrieb:
> Mir kommt das eher wie Schleichwerbung vir.

Deine Vermutung scheint sich zu bestätigen:
Beitrag "[V] 8x Aktiver Antennenverstärker für Magn. Loop (0,2-50 MHz, Li-Ion Akku, im Gehäuse, je 119€)"

[Hans W. (hanswieland)]

Bin gespannt, was du (Frank) diskutieren willst.

Mein Punkt wäre:
> Schaltnetzteile und empfindliche HF-Verstärker in einem
> gemeinsamen Gehäuse sind bekanntlich
> keine ideale Kombination.

Klingt plausibel. Ich finde seltsam, dass trotzdem ein Schaltwandler 
verbaut wurde. Warum nicht ein externes Netzteil oder eine Batterie, die 
direkt passt?

Noch ein Punkt:
> Ziel war dabei vor allem eine geringere
> Verlustleistung bei gleichzeitig
> breitbandigem Betrieb.

Macht das technisch überhaupt Sinn? Das widerspricht total meiner 
Ausbildung. Man will ja (wenn schon) nur das Nutzsignal verstärken, 
nicht die Störungen. Beides gleich zu verstärken ist sinnlos, weil es 
das SNR nicht verbessert. Im Gegenteil, der Verstärker fügt sein eigenes 
Rauschen hinzu. Ich bin kein HF Experte. Korrigiere mich bitte, wenn ich 
falsch liege.