AM-Prüfsender
für alle LW-, MW- und Kurzwellenbänder
In Bearbeitung
Stand: 5. März 2016

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Nachdem in den letzten Jahren unzählige Lang-, Mittel- und Kurzwellensender abgeschaltet wurden und die entsprechenden Frequenzbänder somit oftmals nahezu verwaist sind, bestand der Wunsch zum Aufbau eines einfachen AM-modulierbaren Testgenerators. Vorallem sollten damit auch bereits vorhandene Empfangsgeräte weiterhin betreibbar sein. Da ich das Rad nicht unbedingt ganz neu erfinden wollte, begab ich mich auf die Internetsuche nach hier ggf. schon vorhandenen, infragekommenden Konzepten und stiess dabei auf die ausgezeichnete Arbeit [1] von Iacopo Giangrandi, HB9DUL. In ihr beschreibt er sehr ausführlich den von ihm entworfenen und aufgebauten Generator zum Betrieb auf Mittelwellenfrequenzen. Teilweise basierend auf seinen Ideen entstand danach auch meine Variante. Als wesentliche Abweichung zum Original sei aber zu nennen, dass die Ausgangsfrequenzen nicht länger von einem nur geringe Variationsmöglichkeiten erlaubenden Quarzoszillator mit nachgeschaltetem Frequenzteiler generiert werden sollten, sondern dass stattdessen der Einsatz eines Synthesizerbausteins Typ "Si5531A" erfolgen sollte. Durch seine Verwendung würden sich praktisch beliebige Ausgangsfrequenzen, beginnend von wenigen Kilohertz bis oberhalb von 200 MHz erzeugen lassen, womit dieses Konzept den Einsatz in allen vom AM-Rundfunk benutzten Bereichen ab der Lang-, über die Mittel-, bis zur Kurzwelle und weit darüber hinaus erlauben würde.



Abb.1  universeller AM-Prüfsender

Abb.1 zeigt das daraufhin entstandene Schaltbild. Dabei wurden einzelne Baustufen, wie z.B. der Modulationsverstärker und Modulator weitgehend dem Konzept von Iacopo entnommen. Näheres hierzu findet man auch noch auf seiner Seite [1]. Abweichend davon verwendet meine Version nun allerdings das schon erwähnte  Si5351A-Synthesizermodul ( Abb.3 ), so wie es für weniger als 8 Euro z.B. als Bausatz von der Firma "QRP Labs" erhältlich ist [3],[4]. Zusätzlich zum eigentlichen Generatorchip befinden sich auf der kleinen Bausteinplatine noch ein Spannungsregler für die 3,3V-Versorgung, sowie Anordnungen zur Pegelanpassung der I2C-Busanschlüsse. Diese werden benötigt, wenn angeschaltete Peripherie, wie auch im vorliegenden Fall, mit einer Spannung von 5V betrieben wird ( Abb.2 ).
Der auf die Basisplatine steckbare Baustein besitzt drei mögliche HF-Signalausgänge. Davon wird für die vorliegende Anwendung allerdings nur der Ausgang an Pin 17 benutzt. I
m gesamten bereits oben genannten Frequenzbereich kann er Rechtecksignale mit einem Pegel von 3Vss liefern.


Abb.2  Si5351A Schaltbild Synthesizer-Modul ( Zeichnung: QRP-Labs )

Die Steuerung des Si5351A erfolgt über seine I2C-Busanschlüsse. Im vorliegenden Fall wurde hierzu ein ebenfalls auf die Basisplatine steckbarer Mikrocontrollerbaustein des Typs ARDUINO "ProMini" in der 5V-Version verwendet. Das verwendete ARDUINO-Steuerprogramm stammt in seiner Ursprungsversion von Christoph, OE1CGS [5] und hat den Vorteil, dass es ohne zusätzliche Libraries auskommt, was besonders weniger erfahrenen Programmnutzern entgegen kommen dürfte.
Über Schalter ermöglicht die von mir erweiterte Programmversion eine Auswahl zwischen 4 unterschiedlichen, hierfür im Programmcode abgelegten Ausgangsfrequenzen.
Im Betrieb ist dabei noch zu beachten, dass nach jedem Kanalwechsel auch ein Neustart des Programmes zu erfolgen hat, was aber durch kurzes Betätigen der RESET-Taste auf den Pro-Mini-Baustein leicht durchführbar ist. Tabelle 1 listet die für meinen Musteraufbau gewählten Mittelwellenfrequenzen. Dabei wurde auch auf möglichst geringe Belegung der Frequenzen durch andere europäische Stationen geachtet.

Kanalwahl
Frequenz
S1
675 KHz
S2
972 KHz
S3
1476 KHz
S4
1512 KHz
Tabelle1

Wer an dieser Stelle aber Frequenzen eigener Wahl einsetzen möchte, der muss dazu das kostenlos aus dem Internet herunterladbare Arduino-Betriebsprogramm, die sog. ARDUINO-IDE herunterladen und im entsprechenden Programmcode ( Programmfile mit der Endung "ino" ) die  Frequenzdaten enthaltenden Zeilen ändern. Nach erneuter Programmkompilation ist das Ergebnis dann in den Prozessor des ProMini-Boards zu laden. Mehr zur Handhabung der Mikrocontrollerbausteine "Pro Mini" hatte ich beispielsweise schon einmal in [7] beschrieben.


Abb.3  QRP-Labs Si5351A Synthesizer-Modul ( Foto: QRP-Labs )

Der Signalweg des Generators sieht auch ein Tiefpassfilter und ein Pi-Dämpfungsglied vor. Da die Bauteiledimensionierung abhängig von den jeweiligen Ausgangsfrequenzen ist, wurde im Schaltbild ( Abb.1 ) erst einmal auf nähere Angaben verzichtet. Beim Platinenlayout nach Abb.4 wurde aber bereits auf ein hohes Mass an Flexibilität geachtet. So sind für die einzelnen Kapazitäten je zwei Lötplätze vorgesehen, so dass sich benötige Gesamtwerte leicht auch durch Parallelschaltung von zwei einzelnen Kondensatoren erreichen lassen. Auch findet man z.B. in [1] bereits Filterdaten für den Betrieb im unteren Mittelwellenbereich bis etwa  900 KHz, sowie Hinweise für die Neudimensionierung bei Nutzung des oberen Mittelwellenbereiches. In [6] gibt es darüberhinaus Beispiele für Filter, die sich an den Amateurfunkbändern orientieren, im Einzelfall aber dennoch hilfreich sein können. Auch kann das Internet eine gute Quelle sein, wenn es um Formeln oder Programme geht, mit denen die Lösung von Dimensionierungsfragen für jegliche Tiefpassfilter möglich wird.
Die Aufgabe der Tiefpassfilter ist die weitgehende Unterdrückung unerwünschter Harmonischer im Falle einer freien Signalabstrahlung in den Äther. Wenn, wie bei vorliegender Anwendung ( siehe dazu auch den nächsten Abschnitt ), das Ausgangssignal nur via Direktverbindung an den Empfänger gelangt, so kann die Funktion von Tiefpassfiltern m.E. häufig auch vernachlässigt werden.


Abb.4  AM-Prüfsender Platinenlayout

Auch aus fernmelderechtlichen Gründen ist der Generator nicht dazu gedacht, freistrahlend an einer Sendeantenne betrieben zu werden. Bei direkter Verbindung seines Signalausgangs mit dem Antenneneingang eines Rundfunkgerätes ist aber sicherzustellen, dass dieser nicht übersteuert wird. Die am Ausgang des Tiefpassfilters verfügbare Sendeenergie liegt in der Grössenordnung von 10mW = +10dbm = 117dbuV. Um auf vom Empfänger verkraftbare Pegelwerte zu kommen, ist an dieser Stelle noch eine zusätzliche Dämpfung erforderlich. Sinnvoll sind dabei z.B. Eingangswerte um 84dbuV ( das entspricht ca. S9+50dB ), was eine Abschwächung des Ausgangssignals um weitere 33db erfordert. In Abb.1 sind dazu die Widerstände R3 und R5 mit 52,3 Ohm und R4 mit 1100 Ohm zu dimensionieren.
Weitere Hinweise zur Online-Dimensionierung entsprechender Dämpfungsglieder findet man z.B. auch hier [2].

Zum Betrieb von Empfängern ohne Anschluss für externe Antennen sei noch auf die auch schon in [1] beschriebene Möglichkeit mit Verwendung eines im Nahbereich frei strahlenden abgestimmten Ferritstabes hingewiesen.

Nachbauhinweise

* Der Quellcode des verwendeten ARDUINO-Programmes ( unter Verwendung der Musterfrequenzen gem. Tabelle 1 ) ist hier herunterladbar. Siehe hierzu auch die weiter oben zu findenden Anmerkungen zu evtl. gewünschten Umstellungen auf Frequenzen eigener Wahl.

* Die eingesetzten Si5351A-Bausteine sind bei QRP-Labs [3],[4] erhältlich. Mit diesem englischen Anbieter habe ich nur gute Erfahrungen gemacht. Nachdem die Bausteine aber aus Japan verschickt werden, muss man allerdings etwas Geduld hinsichtlich der Lieferzeiten haben.

* Arduino-Bausteine des Typs "ProMini" gibt es z.B. hier [8]. Dabei ist darauf zu achten, dass man die 5V-Version wählt ( es gibt auch eine 3V-Version ).
Auf Anfrage bin ich auch bereit, sie zu programmieren, wobei das Programm auch an vom Interessenten ggf. übermittelte Wunschfrequenzen angepasst werden könnte.

* Alle sonstigen Kleinbauteile wurden vorzugsweise von Fa. Reichelt bezogen. Dazu gehören neben Standardbauteilen wie Kondensatoren, Widerständen und Halbleitern auch die ( etwas zu gross geratene ) 1mH-Induktivität, die Op-Amps NE5532, die Transistoren 2N2222 und ggf. auch die Ringkerne des Typs T50-02.

* Nach zugesandtem Layout wurden die Platinen von Dipl. Ing. Dirk Ruffing, DH4YM [9] hergestellt ( Abb.5 ). Freundlicherweise hat sich Dirk bereit erklärt, sie für evtl. sonstige Interessenten auch weiterhin zu fertigen.


Abb.5  Platinenlayout ( Foto: DH4YM )


Linkliste

[1]  http://www.giangrandi.ch/electronics/am-mod/am-mod.shtml
[2]  http://www.giangrandi.ch/electronics/attenuators/attenuators.shtml
[3]  http://qrp-labs.com/synth.html
[4]  https://shop.qrp-labs.com/index.php?route=product/product&product_id=80
[5]  http://qrp-labs.com/synth/oe1cgs.html
[6]  http://www.qrp-labs.com/images/lpfkit/instructions2a.pdf

[7]   http://www.kh-gps.de/gps_dec.htm
[8]  http://eckstein-shop.de/Pro-Mini-Modul-5V-16MHz-Arduino-kompatibel
[9]  http://www.dh4ym.de


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