SM 5 BSZ - Der Dynamikbereich von 2-m- Geräten Teil 4: Verbesserungen am FT221
Published in UKW berichte Nr 4 1981.
English
Svenska
Ein vergleichender Uberblick über verbreitete kommerzielle 2-m-Transceiver bezüglich ihres Dynamikbereiches ist in Teil 1 dieser Artikelserie in der Ausgabe 4/1981 der UKW-BERICHTE zu finden. Es folgten detaillierte Verbesserungsvorschläge für die Gerätetypen TS700 (4/1981), IC211 und IC245 (2/1982). Hier folgen nun Hinweise zum FT221.
Bereits im Originalzustand gehört der FT221 zu den guten Geräten in punkto Rauschseitenbänder. Doch wie Bild 1 zeigt, kann er noch beträchtlich verbessert werden - und zwar mit nur geringfügigen Veränderungen. Das Bild zeigt den gemessenen Abstand der Rauschseitenbänder von drei verschiedenen Geräten vor und nach den im folgenden beschriebenen Anderungen. An diesen drei Geräten wurden die Experimente durchgeführt, die zu den Verbesserungen führten.
Bild 1: Seitenbandrauschen in Abhangigkeit vom Frequenzabstand
zum Trager von drei Geraten des Typs FT221 im Orginalzustand
(strich-punktierte Linien) und nach verschiedenen Modifkationen
(durchgezogene Linien)
Eine Besonderheit, die der FT221 mit dem FT225 gemeinsam hat, ist, daß eine Hochleistungs-Eingangsplatine von muTek (England) erhältlich ist. Doch den großen Dynamikbereich des muTek-Eingangsteils kann man erst nach einer Modifikation des VCO wirklich nutzen. MuTek gibt in seinen Spezifikationen an, daß ein Störsignal bei 144,300 MHz 115 dB über dem Rauschen erreichen darf, bevor ein S 9-Signal bei 144, 400 MHz durch Zustopfen um 3 dB schwächer wird. Doch diese Angabe ist ziemlich nutzlos, weil ein schwaches Signal dann durch reziprokes Mischen mit den VCO-Rauschseitenbändern bereits tief im Rauschen ist. Beim Original-VCO liegen nämlich die Rauschseitenbänder bei- 90 dB. Für ein Signal mit 115 dB über dem Rauschen wird somit die wirksame Rauschzahl um 25 dB reduziert. Statt die muTek-Platine zu kaufen, hätte man ebensogut ein 20-dB-Dämpfungsglied zwischen Antenne und Empfängereingang schalten können und hatte damit das gleiche Ergebnis erzielt.
Worauf es ankommt, ist der 2-Signal-Dynamikbereich (siche Teil 1 dieser Reihe). Dieser wird im allgemeinen entweder durch die Reinheit des Uberlagerungssignals, oder durch die Groß-Signal-Fähigkeiten der Eingangsstufen bestimmt, und man erreicht wenig, wenn man den falschen Faktor verbessert.
Wenn man den VCO modifiziert, wird die Situation völlig anders. Das Rauschen des VCOs läßt sich in 100 kHz Abstand vom Träger um etwa 20 dB verringern - bei manchen Geräten weniger, siehe weiter unten. Um diese bedeutende Verbesserung des VCOs empfangsseitig nutzen zu können, ist nun das Eingangsteil von muTek (oder ein ähnliches) erforderlich.
Der mit Nr.1 in Bild 1 gekennzeichnete FT221 wurde im Empfangsbetrieb gemessen, Bild 2: die Kurven A bis C mit dem Original-VCO, die Kurven D bis F dagegen mit den Modifikationen, die dieser Artikel beschreidt. Die Kurven B und E gelten für das Original-Eingangsteil, doch da dessen Rauschzahl etwa 8 dB beträgt (ein typischer Wert für kommerzielle Transceiver), ist es nicht fair, einen direkten Vergleich mit der muTek-Platine anzustellen, deren Rauschzahl unter 2 dB liegt - Kurven A und D.
Bild 2: Die Effekte eines guten Eingangsteils und eines
verbesserten VCOs
Wenn ein guter HF-Verstärker mit etwa 15 dB Verstärkung an das Original-Eingangsteil geschaltet wird, erhält man ungefähr die Qualität der Kurven C und F. Die Rauschzahl würde dann die gleiche wie beim muTek-Eingangsteil sein, und ein direkter Vergleich zwischen den Kurven D und F zeigt die durch Austausch des Eingangsteils in einem Gerät mit modifi- ziertem VCO erreichbare Verbesserung. Ein direkter Vergleich zwischen A und C zeigt, daß bei geringeren Frequenzabständen mit dem Original-VCO keine Verbesserung erreicht wird - in Ubereinstimmung mit der obigen Diskussion.
Im FT221 stammen die Rauschseitenbänder hauptsächlich vom Phasenkomparator. Einen Hinweis hierauf gibt das unüblich flach verlaufende Rauschspektrum von Geräten im Originalzustand. Dieses Rauschen kann durch Auswochseln des 2,2-kohm-Widerstandes R302 gegen einen 100-ohm-Widerstand, und des Kondensators C301 von 0,1 microfarad in 2,2 microfarad / Tantal beseitigt werden (Bild 3).
Mit dieser Modifikation allein werden die Daten bei Frequenzabständen über 50 kHz verbessert, wogegen die Rauschseitenbänder bei kleineren Frequenzabständen stärker werden. Die Quelle des Seitenbandrauschens ist dann dieselbe wie in unmodifizierten Geräten des Typs IC211 / IC245 (siehe UKW-BERICHTE 2/1981). Der ursprünglich schnelle Phasenregelkreis im FT221 beseitigte die vom VCO selbst stammende Phasenmodulation; doch nach dem Ändern der Werte von R302 und C301 ist dies nicht mehr möglich. Dies ist der Grund für die erhöhten Rauschseitenbänder bei kleinen Frequenzabständen.
Um die in Bild 1 gezeigte Qualität zu erreichen, müssen die Effekte von Leckströmen beseitigt werden, indem man R323 und R301 durch HF-Drosseln ersetzt. Die Erklärung hierfür wurde bei den Typen IC211 / IC245 gegeben. Darüberhinaus ist es erforderlich, das Rauschen von der Bandschalter-Kapazitätsdiode D 306 zu beseitigen. Dazu trennt man die Leiterplane zwischen R332 und C338 und fugt einen 100-kohm-Widerstand ein. Es ist zu beachten, daß das Schaltbild (Bild 3) hier nicht korrekt ist. Der 100-kohm-Widerstand und C338 bilden einen Tiefpaß. Außerdem stellt C338 eine niedrige Impedanz für die Rauschanteile des Leckstroms durch die Kapazitätsdiode dar. Man wird feststellen, daß R301 meistens schon im Werk durch eine HF-Drossel ersetzt wurde.
Bild 3: Schaltbildauszug mit Hinweisen auf zu ändernde Teile
Die beschriebenen Änderungen verlangsamen den Einrastvorgang ungefähr 20fach. Es ist deshalb erforderlich, den Kondensator C342 von 0,1 microfarad auf 0,68 microfarad zu ändern. Dieser Kondensator bestimmt nämlich die Zeitkonstante der Schaltung, die einen nicht-eingerasteten Zustand erkennt. Ihre Zeitkonstante muß nun verlängert werden, weil sonst der Sender unter Umständen uneingerastet eingeschaltet werden kann.
In einem der Geräte arbeitete nach den obigen Änderungen die Phasenregelschleife nicht mehr. Die Ursache: der Sägezahn-Generator, gebildet aus C301, R302, R306 und D 301, schwang nicht mehr. D 301, ein Unijunction-Transistor, leitete ständig und hatte etwa 1 V an Basis 2 (Verbunden mit C301). Das Problem konnte durch Erhöhen des Steuerstroms in den Emitter beseitigt werden, wozu C303 von 10 microfarad auf 100 microfarad und R304 von 220 ohm auf 100 ohm geändert werden mußten. Andere, vielleicht sichere Alternativeri wären D 301 zu ersetzen, oder einen Widerstand - eventuell mit einem großen Kondensator parallel - in die Basis-1-Zuleitung einzufügen.
Bild 4: Ein besonders schlechtes Gerät mit Stör-AM durch
mangelhafte Abblockung, sowie Effekten durch ein
Emitterpotentiometer zum Reduzieren der Sendeleistung
Nach der obigen Beschreibung wurden etliche FT221 modifiziert. Die in Bild 1 gezeigten Resultate sind repräsentativ, obwohl eine Quelle von Seitenbandrauschen noch nicht gefunden wurde. Es zeigt sich zu einem gewissen Grad bei Gerät 3 in Bild 1, und das schlimmste Beispiel das der Autor bisher kennengelernt hat, ist Gerät A in Bild 4. Dieses Gerät wurde wahrend des 1981 er UKW-Treffens in Annaboda gemessen, wo leider keine Zeit war, das Problem zu untersuchen.
Rauschseitenbander können durch Amplitudenmodulation erzeupt werden, die durch ungenügendes Entkoppeln der Betriebsspannung irgendeines Verstärkers oder Mischers im Sender oder Empfänger verursacht wird. Ein deutliches Beispiel für diese Erscheinung (neben dem TS700, siche Teil 2 der Serie) ist Gerät B in Bild 4. Dieses Gerät wurde entsprechend einer Veröffentlichung (in CQ-DL ?) modifiziert, worin ein Potentiometer in Serie mit R512, dem Emitterwiderstand einer Verstärkerstufe, vorgeschlagen wurde, um ein Verändern der Ausgangsleistung zu ermöglichen. Wenn man mit diesem Potentiometer die Ausgangsleistung reduzierte, stiegen die Rauschseitenbänder drastisch an, wie man in Bild 4 sehen kann.
Dieses zusätzliche Rauschen wird wahrscheinlich durch eine gesteigerte Empfindlichkeit des Transistors Q503 gegenüber AM erzeupt, wenn der Strom durch den Transistor zwecks Verstärkungsreduzierung verringert wird. Sie kann durch Abblocken der Betriebsspannung mit ein paar microfarad beseitigt werden. Auch das Gerät B wurde während des Annaboda-Treffens gemessen, doch es ging leider durch einen Kurzschluß der einen Treibertransistor tötete, defekt, bevor das Problem gänzlich studiert werden konnte. Ob die Rauschseitenbänder durch Abblocken der Betriebsspannung auch bei voller Ausgangsleistung reduziert werden können, ist dem Autor deshalb leider nicht bekannt.
Ein Vergleich mit den Empfanger-Meßwerten des Geräts B in Bild 4 zeigt, daß einiges AM-Rauschen auch bei voller Sendeleistung vorhanden ist. Man erkennt es als zusätzliches Rauschen bei Frequenzabstanden um 100 kHz. Gerät 2 in Bild 1 scheint das gleiche Problem zu haben, doch dieses Gerät wurde schon lange bevor das AM-Rauschen aus der Exciter-Baupruppe entdeckt wurde, gemessen. Deshalb wurde kein Versuch gemacht, die extra 5 dB Rauschen bei etwa 100 kHz Abstand zu beseitigen.
Die hier prasentierten Modifikationen verlängern die Einrast-Zeitkonstante, was ein Nachteil bei Betrieb mit unterschiedlicher Sende- und Empfangsfrequenz (FM-Relais) ist. Mit einigen wenigen zusätzlichen Bauteilen (siehe Teil 3 dieser Artikelserie) kann dieser Nachteil wahrscheinlich beseitigt werden. Da er jedoch als unwichtig angesehen wurde, unterblieben entsprechende Versuche.
Die Telegrafie-Tastung im FT221 ist - wie bei vielen anderen Transceivern japanischer Herkunft auch - sehr unbefriedigend. Die Tastung produziert starke Klicks und ist trotzdem in vielen Geraten nicht schnell genug fur High-Speed-CW, wie sie beipielsweise für MeteorScatter benotigt wird. Der Grund ist eine schlecht entwickelte Tastschaltung. Wie man daraus eine perfekte Tastung macht, die 1000 Buchstaben pro Minute erlaubt und in 3 kHz Abstand keine Klicks hat, wird Gegenstand eines separaten Artikels sein. Er wird das Prinzip, sowie die Verwirklichung im FT221 beschreiben.