Hochgeschwindigkeitstelegrafie ohne Tastklicks

Originaltitel: SM 5 BSZ - Telegrafi utan nyckelknäppar
(July 2 1997) translated by Wolfram, DO 2 JOY (01.02.2000)

published in Radio & Television Nr.2 / 1982

Für Amateurfunksender gilt gemäß der Bestimmung B:90 des schwedischen Televerket : “Sender dürfen nicht unnötig große Bandbreite einnehmen. Bei Telegrafie sollen Zeichen wohlabgerundet sein, sowohl am Anfang als auch am Schluß des einzelnen Zeichens.”

Viele kommerziell erhältliche Tranceiver erfüllen leider das hier Geforderte nicht . Der Artikel erörtert die Ursache für Tastklicks und wie man diese beseitigen kann.

Nach unserem Wissen gibt es keinen komerziell erhältlichen 2m -Tranceiver der perfekte CW-Tastung aufweist. Eine perfekte Tastungen bedeutet, im Bereich von wenigen kHz frei von Tastklicks und erlaubt Tastgeschwindigkeiten von 1000 Buchstaben pro Minute (z.B. bei Meteorscatter). Sie ist zudem frei von Rückwirkungen.

Obgleich sich eine langsame Tastung ohne Klicks einfach realisieren läßt, legen die Gerätehersteller oftmals wenig Wert auf diese Eigenschaft. Etwas schwieriger sind die Verhältnisse bei der Hochgeschwindigkeitstastung, besonders dann, wenn man eine gute Rückwirkungsunterdrückung erzielen möchte.

Der Yaesu FT 221 als Beispiel

Am Beispiel des Yaesu FT 221 soll gezeigt werden, wie man perfekte Tastung erzielen kann. Wir hoffen, daß der Text so ausführlich ist, daß ähnliche Modifikationen auch an anderen Geräten damit problemlos durchgeführt werden können.

Im FT 221 erfolgt die Tastungen über die Emitter zweier Transistoren, Q1107 und Q1101; beide Stufen befinden sich auf dem MicAmp Board und arbeiten bei 10,7 MHz (s. Abbildung 1). Im ungetasteten Zustand ist das Signal zwischen 55 und 65 dB schwächer im getasteten. Dies ist beim DX -Betrieb mehr als ausreichend, kann sich aber im Nahfeld bereits störend auswirken. Durch  zusätzliche (Emitter-) Tastung einer auf 144 MHz arbeiteten Stufe  (Q503) lassen sich zusätzliche 25 dB Abschwächung erreichen.

Abbildung 1 ist zu entnehmen, wie sich die zusätzliche Emittertastung von Q503 (auf den "Exciter Board) einfach realisieren läßt. Durch den Einbau von zwei Drosseln und zwei Kondensatoren läßt sich das Koax, das die 10,7 MHz-ZF vom "MicAmp Board" zum "Exiter Board" leitet  für die Tastung mitverwenden.

Abbildung 1: Aus der Zeichnung geht hervor wie die Tastung beim FT 221 erfolgt. Die Modifikation (die dickeren Linien), bewirkt u.a. die Tastung  einer zusätzlichen Stufe. Siehe Text

Damit Tastungen schnell und dennoch frei von Klicks ist, ist es wichtig, daß sämtliche getasteten Stufen bei ungefähr derselben Spannung verstärken. Da sich die Gerätehersteller um derartige Details nicht kümmern, muß der interessierte Amateur dies selbst tun.

Die getasteten Stufen müssen synchron arbeiten

Ältere FT 221 besitzen überhaupt keinen Tastfilter. Am besten ergänzt man zunächst einen solchen gemäß Abbildung 3. Das Ergebnis dieser Maßnahme ist Abbildung 2 zu entnehmen. Oben ist der Spannungsverlauf in der Tastleitung dargestellt; im unteren Teil der Abbildung sieht man, daß das resultierende HF-Signal sich in zwei Schritten aufbaut, was eine unnötig große Bandbreite mit sich bringt und die maximale Tastgeschwindigkeit begrenzt. Die Ursache ist nicht schwer zu verstehen: die zwei getasteten Transistoren Q1107 und Q1101 beginnen bei unterschiedlichen Emitterspannung zu arbeiten - die Spannung in der Tastleitung ist zirka 0,6 V unter der Emitterspannung, respektive der Basisspannung. Wie man aus Abbildung 1 erkennen kann, beginnt Q1107 bei zirka 3 V in der Tastleitung zu arbeiten, während Q1101 dies erst  bei 0,7 V verstärkt.

Modernere Versionen des FT 221 sind in dieser Hinsicht bereits etwas besser. Man hat dort R1103 auf 6k8 und R1102 auf 1k geändert. Mit diesen Werten beginnt Q1101 bereits bei 2 V in der Tastungsleitung zu arbeiten. Bei dieser Werksmodifikation hat sich jedoch ein unabsichtlicher Fehler eingeschmuggelt: Die auf dem Board  aufgedruckten R1139 und R1140 haben den Platz getauscht, mit dem Resultat, daß die Widerstände jetzt fehlmontiert wurden! Da sie nun aber ähnliche Werte besitzen, spielt der Fehler keine größere Rolle, es gilt aber genau hinzusehen wenn man Änderungen vornimmt. Der Widerstand an der Basis von Q1107 auf +8 V muß auf 12k geändert werden und es kann also entweder  als R1139 oder R1140 auf dem Board bezeichnet sein.

Abbildung 2: Die doppelte Zeitkonstante entsteht durch die verschiedene Charakteristik der beiden getasteten Stufen. Die Spannung in der Tastleitung ist oben dargestellt. Unten sehen wir das Ausgangssignal zur Antenne. Mit dem Filter gemäß Abbildung 4 bekommt man eine Rückflanke gemäß der gestrichelten Kurve, die das Tailing im HF-Signal beseitigt.

Abbildung 3: Einfachst möglicher Tastfilter. Leider ergibt er oftmals sehr unterschiedliche Anstiegs- und Anfallzeiten.

Untersuchung Stufe für Stufe

Will man erreichen, daß alle getasteten Stufen bei derselben Spannung in der Tastleitung ihre Arbeit beginnen, muß man zunächst die Leitungen zur einer Stufe auftrennen, während man die übrigen - im Normalfall mitgetasteten -  Stufen erdet, also aktiv macht. Bei der zu untersuchenden Stufe wird die "Taste" nun durch ein 1k- Potentiometer ersetzt (zwischen Masse und Emitter geschaltet). Die Spannung, bei der die untersuchte Stufe zu arbeiten beginnt, wird mit einem Voltmeter über dem Poti verfolgt. Durch gleichzeitiges Beobachten der Ausgangsleistung - eventuell zusätzlich durch Abhören des Senders -  bekommt man schließlich einen Überblick über die Charakteristik jeder einzelnen  (getasteten) Stufe. Ziel ist es nun, daß die Stufen bei ein und derselben Spannung zu verstärken beginnen, z.B. bei 2V. Dies erreicht man entweder durch Justieren der Basisspannungen oder durch Zuführen der Tastspannungen über einen Spannungsteiler (vergl. FT 225 in RT 1981 Nr. 6/7).  Dort wird mit einem Feldeffekttransistor (Q510) über einen Spannungsteiler an 6k8 zur Taste und 1k8 zu Masse getastet. Wenn alle Stufen einigermaßen gleiche Charakteristika haben, bleibt bloß noch den Tastkreis durch einen geeigneten Filter zu ergänzen.

Drei Typen von Tastfilter

Der einfachst denkbare Filter (Abbildung 3) hat den Nachteil, daß die Zeichen-Rückkanten der Zeichen mehr oder minder stark verlängert werden (s. Abbildung 2). Die Form der Vorderflanken wird von den RC-Gliedern bestimmt, während die Abfallflanken von C und dem Strom der vom Emitter durch die Tastungsleitung kommt, bestimmt wird.

Um die Stufen durch einen Spannungsteiler zu tasten, benötigt man zusätzlich einen Widerstand von der Tastungsleitung nach Plus (1k im FT 225), da man sonst eine Rückwirkung aufgrund des Querstroms durch den Spannungsteiler bekommt, der ja parallel zur Taste liegt.
Damit eine Tastung gemäß Abbildung 3 ohne allzu ungleiche Anstiegs- und Abfallzeiten realisiert wird, bietet sich ein Filter gemäß Abbildung 4 an. Der justierbaren Widerstand wird so eingestellt, daß der Sender im ungetasteten Zustand gerade noch "still" bleibt. Der Strom im niederohmigen Spannungsteiler ist am Zeichenschluß wird ungefähr gleich groß, wie der beim Zeichenanfang. Für gewöhnliche Telegrafie eignet sich ein Filter gemäß Abbildung 3 oder 4. Will man jedoch Hochgeschwindigkeitstastung für Meteorscatter machen, muß man einen komplizierterer Tastfilter verwenden.

Eine Idee hierzu ist, einen niederohmig gespeisten, mehrpoligen, aktiven Tiefpaßfilter zwischen Taste und Tastungsleitung einzuschleifen, so daß der Taststrom  vernachlässigbar wird. Gemäß Abbildung 5, mit R = 3k9 und C = 0,22 µF, kann man im 1000er-Takt tasten. R2 und R3 sollten bedeutend kleiner sein, als R, (z.B. 1k). Mit R2 und R3 stellt man die Spannung im ungetasteten Zustand so ein, daß der Sender gerade noch "still" ist. Mit R1 kann man den Tiefpaßfilter einstellen; er  muß so gewählt werden, daß ein eventueller ALC-Kreis sich nicht aktiviert wird. In vielen Stationen z.B. dem FT 221, hat man leider keinen Zugang zu irgendeiner Minusspannung zur Spannungsversorgung des Operationsverstärkers. Mit den in diesem Artikel zuvor beschriebenen Modifizierungen funktioniert ein Tastfilter gemäß Abbildung 6 gewiß ausgezeichnet.

Der Tastfilter Q1601 ist eigentlich unnötig, da er aber nun einmal da ist, behält man ihn auch. In älteren Geräten, bei denen das Board mit Q1601 fehlt, kann man auch einen Widerstand verwenden (gestrichelt auf Abbildung 6). Der Mithören wird in diesem Fall direkt über Taster geschaltet.

In Abbildung 6 hat der Widerstand mit 47k dieselbe Funktion wie R1 in Abbildung 5. Der aktive Tiefpassfilter mit einem Emitterfolger fordert, daß die Spannung niemals unter 0,8 V abfällt. Deshalb darf der Widerstand nicht größer als 47k sein.
Die Spannungsteiler 68 und 47 Ohm haben dieselbe Funktion wie R2 und R3 auf Abbildung 5. Der Kondensator mit 220 pF soll lediglich eine HF-Gleichrichtung im Transistor verhindern.

Abbildung 4: Mit diesem Filter erreicht man beinahe gleiche Steig- und Fallzeit.

Abbildung 5.: Mit einem aktiven Filter gemäß der Zeichnung erreicht man höhere maximale Tastungsgeschwindigkeiten ohne Tastklicks. Die Spannungsversorgung soll so niederohmig sein, daß der Emitterfolger niemals stromlos wird.

Abbildung 6: Wenn man keinen Zugang zur Minusspannung hat, kann man diese Kopplung hier anwenden, welche (hier für den FT 221 gezeichnet). Durch kleine Veränderungen der Widerstandswerte (siehe Text), kann die Schaltung  auch für andere Geräte angewendet werden.  Die Taste schaltet dann entlang der gestrichelten Linie.

Morsetastung eine Form von AM

Der Unterschied zwischen einer Tastung gemäß Abbildung 3 oder Abbildung 4 und Abbildung 5 oder Abbildung 6 geht aus Abbildung 7 hervor.

Telegrafietastung ist nichts anderes als unterbrochene Amplitudenmodulation.Während mit einfachen RC-Gliedern eine Seitenbandunterdrückung  (also hier
der Tastklicks) etwar 6 dB (bei Verdoppelung der Frequenzabstände) ausmacht, lassen sich mit aktiven Filtern 18dB erreichen.

Abbildung 7: Hüllkurve bei einem Ausgangssignal bei Filterung durch ein einfaches RC-Glied verglichen mit einem aktiven Filter