Bei der Verwendung spezieller Empfangsantennen auf den unteren Kurzwellenbändern stoßen Funkamateure häufig auf das Problem niedriger Empfangssignalpegel. Beverage-, Flag-, Pennant-, EWE- oder K9AY-Antennen bieten zwar hervorragende Richtwirkung und unterdrücken Störungen deutlich, ihre Ausgangsleistung ist jedoch wesentlich geringer als die klassischer Sendeantennen. Larry Molitors W7IUV-Vorverstärker wurde speziell für diese Anwendungen entwickelt und hat sich im Laufe der Jahre zu einem der bekanntesten Niederfrequenz-Vorverstärker für den DX-Empfang auf den 160-m- und 80-m-Bändern entwickelt.
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Warum werden Vorverstärker im Kurzwellenbereich eingesetzt?
Viele Funkamateure fragen sich, ob ein Vorverstärker auf Kurzwelle überhaupt nötig ist. Moderne Transceiver sind in der Regel empfindlich genug, und ihr Eigenrauschen ist meist geringer als das von der Antenne empfangene externe Rauschen. Anders sieht es jedoch aus, wenn man Empfangsantennen mit sehr geringer Verstärkung oder lange Stromleitungen verwendet.
Der Vorverstärker dient in diesem Fall nicht der Erzeugung neuer Signale. Seine Aufgabe ist es, den Pegel des empfangenen Signals vor Verlusten in der Koaxialleitung oder vor dem Eintritt in den Empfänger zu erhöhen. Gleichzeitig muss er ein ausreichend niedriges Rauschmaß aufweisen, um das Signal-Rausch-Verhältnis nicht zu verschlechtern. Wichtiger als das Rauschmaß selbst ist jedoch die Fähigkeit, sehr starke Signale bei niedrigen Frequenzen ohne Intermodulation zu verarbeiten. Atmosphärisches Rauschen, industrielle Störungen und leistungsstarke Funksender können am Empfängereingang Bedingungen schaffen, die einen minderwertigen Vorverstärker überfordern.
Deshalb betont Larry W7IUV in der Originaldokumentation, dass der wichtigste Parameter eines Vorverstärkers für das 160-m-Band nicht das Rauschmaß, sondern der OIP3-Wert, also der Intercept-Wert dritter Ordnung, ist. Dieser Wert bestimmt die Unempfindlichkeit gegenüber Intermodulationsprodukten, die bei starken Signalen außerhalb des Frequenzbandes auftreten.
Einzigartige Merkmale des W7IUV-Konzepts
Der Vorverstärker W7IUV entstand nach jahrelanger Entwicklung für den DX-Betrieb auf 160 m. Der Entwickler gab nach und nach Lösungen mit JFET-Transistoren, MMIC-Verstärkern und anderen gängigen Konzepten auf, da diese nicht den gewünschten Dynamikbereich erreichten. Stattdessen verwendete er einen Bipolartransistor 2N5109 im linearen Betrieb mit starker Gegenkopplung.
Die Rückkopplung ist einer der Hauptgründe für die außergewöhnlich gute Linearität der Schaltung. Der Vorverstärker ist nicht als extrem rauscharmer Laborverstärker konzipiert. Priorität hat die Fähigkeit, in einem realen Antennensystem ohne die Bildung unerwünschter Produkte bei gleichzeitig ausreichender Empfindlichkeit zu arbeiten.
Ein weiterer Vorteil ist sein einfacher Aufbau. Der aktive Teil besteht lediglich aus einem einzigen Transistor, einigen Widerständen, Kondensatoren und einem Transformator auf einem Ferritkern. Trotz seiner Einfachheit erreicht er Parameter, die ihn nach wie vor zu einem der meistverwendeten Vorverstärker für Beverage- und ähnliche Empfangsantennen machen.
Technische Parameter
| Transistor | 2N5109 (alternativ 2N3866 oder DCP68) |
| Stromversorgung | 12,6 bis 13,6 V |
| Profitieren | etwa 18 bis 21 dB |
| Arbeitsbereich | etwa 1 bis 30 MHz |
| Rauschzahl | besser als 4 dB, typischerweise um die 2 dB |
| OIP3 | ungefähr +42 dBm |
Messungen veröffentlicht von Karel OK2ZI Es wurde ein Gewinn von ca. 18 dB und eine sehr gute Impedanzanpassung bestätigt. In der Praxis sind diese Werte für die meisten Empfangsantennen im Kurzwellenbereich völlig ausreichend.
Schaltplan
Die Basis der Schaltung bildet ein 2N5109-Transistor in Emitterschaltung. Der Kollektor ist über einen Spartransformator mit der Spannungsversorgung verbunden und bildet gleichzeitig den Ausgangskreis. Die Widerstände R2 und R3 dienen der Rückkopplung, wodurch die Linearität und die Eingangsimpedanz deutlich verbessert werden. Die Emitterwiderstände 4,7 Ω und 10 Ω stabilisieren den Arbeitspunkt des Transistors.
Der T1-Transformator bewirkt eine Impedanztransformation von 1:4. Die Originalversionen verwendeten einen FT50-43-Ringkern mit 10 bifilaren Windungen. Spätere Modifikationen des Autors empfehlen einen Kern vom Typ 75, der bessere Intermodulationseigenschaften bietet.
Die von OK2ZI veröffentlichte Schaltskizze verwendet eine FT50-43 mit zehn bifilaren Windungen, was der ursprünglichen Ausführung entspricht. Diese Version wird auch heute noch von Funkamateuren eingesetzt und liefert sehr gute Ergebnisse, insbesondere mit Flaggen- und Beverage-Antennen.
Leiterplatten von OK2ZI
Karel OK2ZI trug zur Realisierbarkeit des Vorverstärkers bei, indem er professionell gestaltete Leiterplatten anfertigte. Diese vereinfachen den Aufbau erheblich und minimieren das Risiko von Fehlern bei der Bauteilplatzierung.
Ich habe den Vorverstärker auf einer Leiterplatte von Karel OK2ZI aufgebaut. Zuerst habe ich die Widerstände, Kondensatoren und eine Schutzdiode eingebaut. Am aufwendigsten war das Wickeln des Transformators auf einem Ringkern. Anfänger haben mit der bifilaren Wicklung anfangs vielleicht Schwierigkeiten, aber ein erfahrener Entwickler kann sie problemlos bewältigen.
Zuletzt habe ich das Relais und den Transistor mit einem Kühlkörper installiert. Die Kühlung sollte nicht unterschätzt werden. Der Vorverstärker befindet sich oft in einem Außengehäuse in der Nähe der Antenne und kann im Sommer direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein. Der Transistor muss daher über einen ausreichend dimensionierten Kühlkörper verfügen.
Die Verbindung funktionierte auf Anhieb. Ich musste lediglich die Stromaufnahme überprüfen und sie dann mit dem entsprechenden Gerät messen. nanoVNA. Nameraný zisk v KV pásmach zodpovedal hodnotám publikovaným ďalšími autormi. Predzosilňovač som navyše doplnil o Ausgangsdrossel gemäß dem Design von Honza OK2ZAW um den Gleichstrom entlang der Koaxialleitung zu unterdrücken.
Ich verwende es derzeit mit einer Flag-Empfangsantenne und die Ergebnisse sind sehr gut, insbesondere auf 160 m und 80 m.
Messungen und praktische Erfahrungen
Karel OK2ZI veröffentlichte zwei Messreihen. Die Ergebnisse bestätigen eine sehr geringe Einfügungsdämpfung im Bypass-Modus und eine Verstärkung von ca. 18 dB im aktiven Modus. Gleichzeitig wurden gute Impedanzeigenschaften und eine hohe Verbindungsstabilität nachgewiesen.
Ähnliche Ergebnisse wurden auch von Tobias DH1TW veröffentlicht, der mit einem VNWA-Analysator eine Verstärkung von etwa 20 dB im Bereich von 1 bis 30 MHz bei sehr guter Eingangsanpassung maß.
YouTube-Videos
Für alle, die sich für praktische Messungen und Konstruktionen interessieren, sind die folgenden Videos von Interesse:
Das Video zeigt eine Verstärkungsmessung mit einem nanoVNA, wobei der Autor eine Verstärkung von etwa 21 dB angibt.
Das zweite Video zeigt die Verwendung des W7IUV-Vorverstärkers mit einer magnetischen Rahmenantenne im Empfangsbetrieb.
Wo man es kaufen kann und wie viel es kostet
Der ursprüngliche Vorverstärker wird normalerweise nur ausnahmsweise als Bausatz verkauft, jedoch Leiterplatten von OK2ZI Sie sind schon seit Längerem auf eBay erhältlich. Der Preis der Platine selbst liegt bei etwa 4,70 US-Dollar zuzüglich Versandkosten.
Komplette Baugruppe inklusive Transistor, Relais und Steckverbindern Die Box kostet je nach verwendeten Bauteilen üblicherweise mehrere Dutzend Euro. Das problematischste Bauteil ist der ursprüngliche Transistor 2N5109, der heute schwerer zu beschaffen ist als zum Zeitpunkt der Entwicklung.
Abschluss
Der W7IUV-Vorverstärker zählt zu den bewährten Konstruktionen für den DX-Empfang im Kurzwellenbereich. Sein größter Vorteil liegt nicht in seinem extrem niedrigen Rauschmaß, sondern in seinem hohen Dynamikbereich und seiner hervorragenden Intermodulationsfestigkeit. Genau deshalb hat er sich zum Standard für Antennen entwickelt. Getränk, Flagge, Wimpel oder K9AY.
Auch mehr als zwei Jahrzehnte nach seiner Entwicklung hat diese Schaltung modernen Funkamateuren noch viel zu bieten. Mit einer hochwertigen Leiterplatte von OK2ZI und unter Beachtung der empfohlenen Aufbauanleitung ist dies ein Projekt, das die meisten fortgeschrittenen Entwickler realisieren können und das die Empfangseigenschaften auf den unteren Kurzwellenbändern deutlich verbessert.