2m-Peilsender
Ein kleiner Fuchsjagdsender für das 2m-Band
Für Messzwecke und als Fuchsjagdsender für automatischen Betrieb braucht man einen zuverlässigen kleinen Sender. Der hier vorgestellte kleine 2m-Sender zeichnet sich durch Quarzbetrieb aus und er arbeitet über einen grossen Spannungsbereich zuverlässig. Er kann in A1A oder F1A eine CW-Kennung und Telemetriedaten ausgeben. Fällt seine Versorgungsspannung unter einen Grenzwert, so wird in einen stromsparenden Notbetrieb umgeschaltet. Der Totalausfall eines Fuchses kann dadurch verhindert werden.
Für einen Peilsender im 2m-Band, der für Portabelzwecke eingesetzt werden soll, ergeben sich folgende Randbedingungen:
- Sendeleistung 1 - 100mW
- Batteriebetrieb über 6 Stunden
- Kennungsgeber nach IARU-Vorgaben
- A1A- und F1A-Tastung
- Kleines unauffälliges Gehäuse
Mit diesen Vorgaben wurde zur Stromversorgung eine 9 V Blockbatterie und ein Alu-Druckgussehäuse mit den Abmessungen 6x11cm gewählt. Nimmt man eine Batteriekapazität von 200 mAh an, so ergibt sich bei 6-stündigem Dauerbetrieb bei 50 %iger Entladung der Batterie eine maximale Stromaufnahme von 17 mA. Nimmt man einen Gesamtwirkungsgrad von 33% an, so wäre die maximal erreichbare Ausgangsleistung etwa 50 mW. Für den Entwurf wurde die Ausgangsleistung auf 10mW festgelegt.
Der Oszillator ist eine Colpits-Schaltung (siehe /1/, Seite 258), deren Auskopplung jedoch im Kollektor erfolgt. Die Wahl der Quarzfrequenz erfordert die Berücksichtigung divergierender Bedingungen. Für eine einfache Frequenzmodulierbarkeit sollten Grundwellenquarze verwendet werden. Dies erfordert aber eine hohe nachfolgende Vervielfachung mit geringem Wirkungsgrad und schlechter Oberwellenunterdrückung. Die Wahl fiel auf einen Kompromiss, bei der der Oszillator auf 1/5 der Endfrequenz (28,8 bis 29,2 MHz) schwingt. Quarze arbeiten hier üblicherweise im dritten Oberton. Für Schmalband-FM reicht die Modulierbarkeit dann noch aus. Die Spule im Oszillator kann als Filterbausatz Neosid 7TIS (20...60 MHz) mit einem AL-Wert von 5,5 nH oder mit der Filterspule Neosid BV5036 realisiert werden.
Der Modulator kann vom Controller abgeschaltet werden. Hierrüber wird der Standby-Betrieb realisiert, der bei Unterschreitung einer minimalen Versorgungsspannung automatisch aufgerufen wird.
Als 5-fach Vervielfacher arbeitet der BF981 etwa im B-Betrieb. Auch er kann vom Controller abgeschaltet werden. Hiermit wird die A1A-Tastung bei weiterhin durchlaufenden Oszillator realisiert. Am Ausgang der Stufe liegt ein Bandfilter für das 2m-Band mit dieser Charakteristik:
Das Filter unterdrückt die 6. Harmonische der Quarzfrequenz um über 55 dB. Die Spulen des Bandfilters kann als Filterbausatz Neosid 7VIS (50...200 MHz) mit einem AL-Wert von 4,5 nH oder mit der Filterspule Neosid BV5063 realisiert werden. Kleine Änderungen der parallel liegenden Schwingkreiskondensatoren im Bereich 6,8...10pF (im Mittel also 8,2 pF) sind je nach Aufbau durchaus möglich. Achtung: Die Kerne brechen sehr leicht ab. Unter keinen Umständen mit einer Metallschraubendreherklinge abgleichen! Unbedingt Kunststoffmaterial verwenden.
Der Koppelkondensator im Bandfilter liegt im Bereich 0,8...1 pF. Er kann durch zwei über 3 Windungen verdrillte CuL-Drähte von ca 0,4 mm Durchmesser realisiert werden. Dies ergibt eine Verdrillunglänge von etwa 5-7 mm:
Obwohl es im Bild nicht danach aussieht, die beiden verdrillten Drähte sind nicht blank! Sie müssen natürlich gegeneinander isoliert sein. Es ist 0,3mm dicker CuL-Draht.
Oszillator und Vervielfacher werden mit nur 5 V betrieben und liefern über den gesamten Betriebsspannungsbereich eine konstante Ausgangsleistung für die Endstufe.
Die Endstufe arbeitet mit einem BFR90 im AB-Betrieb. Der Arbeitspunkt wird durch die stabilisierte Spannung von 5 V konstant gehalten. Die kleine Gegenkopplung durch den 12 Ohm Emitterwiderstand begrenzt und stabilisiert die Ausgangsleistung auf +10 dBm (10 mW). Im Kollektorkreis liegt eine auf einen 1,5 kOhm Widerstand gewickelte, bedämpfte Drossel von ca 550 nH. Ausgekoppelt wird die HF über ein 2-stufiges Pi-Filter, mit dem sich insgesamt eine Oberwellenunterdrückung von besser als 55 dB ergibt (Messung hier an 50 Ohm rell):
Zusammen mit der resonannten Antenne wird die resultierde Oberwellenunterdrückung noch um mindestens 20 dB besser. Die ebenfalls dargestellte 4. Harmonische wird sogar noch stärker unterdrückt. Insgesamt kann man über alles von einer Unterdrückung von etwa 80 dB ausgehen.
Die Stromversorgung wird beim Anschluss einer Antenne automatisch eingeschaltet. Dazu muss die Antenne selbst eine galvanische Verbindung zwischen ihren Anschlüssen haben. Eine HB9CV hat dies z.B. nicht! Der BC327-400 hat einen so geringen Reststrom, dass die Batterie ohne angeschlossene Antenne mit weniger als 100 nA belastet wird. Dies ergibt bei einer 200 mAh-Batterie eine 50 %ige Entladung erst nach 1000000 Stunden (über 114 Jahre). Die Eigenentladung der Batterie ist jedoch um einige Größenordnungen höher, so dass diese Schaltung keinen Nachteil darstellt. Verwendet man eine 9 V Alkali- oder sogar eine 9 V Lithium-Batterie, so hat man eine gesteigerte Kapazität von 800 mAh bis 1200 mAh. Selbst bei diesen modernen Batterien ist die Eigenentladung immer noch höher, als die Belastung der hier verwendeten Schaltung.Die Batteriespannung wird mit dem low-drop-Regler LM2936Z-5 (Datenblatt hier: /2/) stabilisiert. Dieser Regler hat gegenüber den Standard-Reglern 78L05 einen erheblich reduzierten Eigenstrombedarf, was dem Gesamtwirkunsgrad zu Gute kommt. Die 5 V werden für den Oszillator und Vervielfacher, für die konstante Basisvorspannung der Endstufe und für den Controller benötigt. Der Controller zeigt das Einschalten über eine blinkende LED an. Das Blinkverhältnis liegt bei 0,1 s zu 2 s, so dass der Stromverbrauch auch hier gering gegenüber dem der HF-Stufen ist.
Als Controller arbeitet ein ATtiny2313-10 (Datenblatt hier: /3/) mit internen 1 MHz-Takt. Um Strom zu sparen, befindet sich der Prozessor zu mehr als 99,99% im Idle-Zustand. Die sich dadruch ergebende mittlere Stromaufnahme liegt bei etwa 1 µA. Bei der Programmierung müssen die Config-Bits wie folgt eingestellt werden:
- CLKDIV : einschalten
- CLKSEL : 0100
- SUT : 10
- BOD : 111
Das Programm selbst arbeitet als synchroner Automat mit 80 ms Taktzeit. Alle Ein- und Ausgaben sind an dieses Zeitraster gebunden. Die CW-Kennung hat daher eine Punkt- und Pausendauer von 80ms und eine Strichdauer von 240 ms. Insgesamt ergibt dies eine Geschwindigkeit von etwa 60 Bpm. Mit einem zweiten Timer wird ein 1 kHz-Signal erzeugt, das über ein zweistufiges RC-Filter etwas geglättet und bei Auswahl von F1A direkt der Basisspannung des Oszillators überlagert wird. Der daruch sich ergebende Frequenzhub ist völlig ausreichend.
Der Controller kann die IARU-Kennungen MOE bis MO5 erzeugen. Die MO Pre-Kennung kann auch abgeschaltet werden. Die Kennung DL0SP kann ebenfalls ausgewählt werden. Eine weitere Stellung selektiert einen besonders stromsparenden Mode, in dem nur alle 50 s die Kennung HOME für die Dauer von 10 s gesendet wird. Alle Änderungen der Jumper können ohne Neustart durchgeführt werden. Sie werden jedoch erst nach der nächsten Ausgabeaktivität des Controllers gültig!
Der Controller enthält eine Sonderfunktion, mit der er die Batteriespannung überwacht. Sinkt diese Spannung unter 7,7 V, so schaltet der Controller in einen Sparmode um und sendet alle 30 s nur noch für 30 s. Die Kennung wechselt dann jede Minute zwischen der voreingestellten Kennung und der Alarmkennung LV (steht für low voltage). Ein verantwortungsvoller Fuchs, der seinen Sender selbst abhört, kann darauf schnell reagieren und die Batterie wechseln, noch bevor es zu Problemen bei den Jägern kommt.
Die Schaltung des Peil-TX ist auf einer zweiseitigen Leiterplatte mit den Maßen (8,5x5,5) cm untergebracht. Die Oberseite ist durchgängig mit Masse verbunden und dient der Abschirmung zwischen den Stufen. Die Leiterplatte passt in ein Alu-Druckgußgehäuse mit den Maßen (111x61x31,3) mm (z.B. bei Conrad unter der Bestellnummer 540846 erhältlich). Die Leiterplatte wird an der einen Seite mit Drähten an Lötösen befestigt, die innen an der PL-Buchse montiert sind. Am anderen Ende sollte die Leiterplatte mit einen 5 mm Sechskantbolzen befestigt werden, der mit Uhu-Plus am Gehäuseboden festgeklebt ist. Im verbleibenden Innenraum passt nun noch eine 9 V Blockbatterie.
Der Gehäusedeckel des Alu-Druckgussgehäuses muss an der Seite der PL-Buchse und auf der anderen Seite der 9 V-Batterie innen leicht ausgefeilt werden (siehe Bild oben), sonst kann man den Deckel nicht wieder vollständig schliessen.
Die Ausgangsleistung des kleinen Peilsenders beträgt über einen weiten Batteriespannungsbereich etwa 10 mW. Dies reicht für Portabelfuchsjagden in einem Radius von 1 km ganz sicher aus, sofern die Fuchsantenne nicht auf dem Boden liegt. Der Stromverbrauch beträgt bei 9 V nur 20 mA im aktiven Betrieb und 4mA im stand-by Mode. Mit modernen 9 V Lithium-Batterien kann man damit durchgängig bis zu 2 Tagen (48 Stunden) Betrieb machen. Im Sparmodus sind Betriebszeiten bis zu 1 Woche problemlos möglich. So lange sollte wohl keine Fuchsjagd wirklich dauern ;-)
Als Erweiterung kann man einen Mikrofonvorverstärker in den Fuchssender einbauen (senkrechte SMD-bestückte Leiterplatte im Bild oben). Der Fuchs hat dann die Möglichkeit auch etwas Spass zu haben, indem er die Gespräche der suchenden Jäger im Nahbereich mitverfolgen kann.
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/1/ Das große Quarzkochbuch; Neubig, Briese; Franzis Verlag, ISBN3-7723-5853-5, (zu laden bei DK1AG)
/2/ Datenblatt LM2936Z-5 bei National Semiconductor
/3/ Datenblatt ATtiny2313 bei Atmel
[1] Gesamtschaltung V2.3 (PDF-Format)
[2] Layout V2.3 in 600Dpi (PNG-Format)
[3] Bestückung von oben (PNG-Format)
[4] Bestückung von unten (PNG-Format)
[5] Durchlasskurve des Bandfilters im Treibers (PNG-Format)
[6] Ausgangsspektrum mit 4. bis 6. Oszillator-Harmonischen (PNG-Format)
[7] Ausgangsspektrum schmalbandig (PNG-Format)
[8] Übersetztes Programm für den ATtiny2313-10 (HEX-Format)
2m-Peil-TX – Ein Fuchsjagdsender für das 2m-Band / Version 2.3 / 20091104 / © DC7GB (E-Post)
