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Anmerkungen zum Bau von

Hochleistungs-Detektorempfängern

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Mein erster Gedanke war, dieses Kapitel “Schlussfolgerungen” oder “Fazit” zu nennen. Aber das klingt so endgültig und abschließend, dass ich es mir anders überlegt habe, zumal es sich ja auch nur um meine eigenen Schlussfolgerungen handelt.

Ich habe mehrere Empfänger der Kategorie gebaut, der ich das Prädikat “DX” oder “Hochleistung” gegeben habe. Dazu gehören meine Nummern #20, 28, 35, 48, 50, 63, 64, 66, 68, 69, und 70. Wenn ich früher ein halbes Dutzend Stationen in den frühen Morgenstunden oder am späten Nachmittag hören konnte, glaubte ich, das sei schon etwas. Irgendwann habe ich an einem Septembermorgen kurz nach Sonnenaufgang 18 Stationen gehört. Was war passiert? Ich hatte einfach über die letzten Jahre in jedem Abschnitt meiner Empfänger von der Antenne bis zum Kopfhörer Verbesserungen vorgenommen. In diesem Artikel will ich daher jeden Abschnitt eines guten Fernempfängers erläutern. Als Diskussionsgrundlage verwende ich meinen Empfänger Nr. 35, den ich eine Weile benutzt habe. 2004 diente er außerdem als Gerät bei meiner ersten Teilnahme am alljährlichen Detektorempfänger-Wettbewerb. Keine Angst, der Artikel wird aber nicht allzu techniklastig.

Der größte Teil des Geheimnisses beim Detektorbau ist das Heraussuchen der richtigen Bauteile und die richtige Anwendung der HF-Aufbauregeln. Natürlich habe ich immer die technischen Hintergründe im Blick, wenn ich einen Empfänger entwerfe und aufbaue. Dabei hilft mir meine Erfahrung sehr viel.

Eine letzte Warnung ... Einen richtigen Fernempfänger zu bauen, tut dem Geldbeutel mächtig weh! Deine Frau könnte Dir sogar androhen, Dich vor die Tür zu setzen. Mach Dir nichts draus! Tu einfach, was Du kannst! :)

Schritt für Schritt

Antenne

Damit geht's los, Leute! Versucht einfach, Eure Antenne so hoch und so lang wie möglich zu machen. Der Draht sollte dick genug sein, um den bei Euch üblichen Wetterbedingung standzuhalten. Verwendet Isolatoren, wo der Draht mit anderen Objekten in Berührung kommt! Manche haben sich auch eine “Flat-top–”Antenne gebaut, bei der mehrere Drähte parallel im Abstand von 12 Inch (rund 30 cm) aufgehängt sind. Die Speiseleitung sollte hier so weit wie nur möglich von allen anderen Objekten entfernt gehalten werden.

Beim Lesen in alten Funkzeitschriften habe ich mehrere Artikel gelesen, die über den Tod von Radioamateuren berichteten, deren Antennen mit der Stromleitung in Berührung gekommen waren, wie es sie auch heute in einzelnen ländlichen Gebieten noch als oberirdische Freileitung gibt. Leute, so etwas kann nicht passieren, wenn Ihr vorher ein bisschen nachdenkt! Stellt Euch den schlimmstmöglichen Fall vor – und setzt Eure Antennen noch ein Stück weiter weg.

Erde

Die Erdung ist genauso wichtig wie die Antenne. Ich benutze die Metallwasserleitung und fahre damit sehr gut. Aber überzeugt Euch, dass Eure Wasserleitung bis zum Anschluss im Keller aus Metall ist. Das ist heute nicht mehr überall der Fall. Ich nehme als Erdungsdraht für meine Empfänger ein Stück alter TV-Zwillingsleitung, der Doppeldraht vermittelt die Illusion eines dickeren Drahtes. Die Erdleitung vermindert Störungen und ein Stück weit das ärgerliche Problem der KW–“Geisterstationen”.

Spulen

Hier heißt das Zauberwort Litze, Freunde. Litze heißt Geld. Dicke Litze heißt viel Geld. Der Stand der Technik sind 660 Einzeladern der Dicke 46 AWG (0,04 mm). Um noch weitere Verbesserungen zu erreichen, müsste man schon sehr viel mehr Adern haben. Ich finde, dass die 660/46-Litze eine sehr gute Selektivität in Zweikreisempfängern ermöglicht. Unter vernünftigen Bedingungen kann ich damit zwei Stationen, die auf dem (amerikanischen) MW-Band 10 kHz weit auseinander liegen, sauber trennen – in jedem Teil des Bandes. Kürzlich habe ich Bandbreitenmessungen an meinem Empfänger Nr. 50 vorgenommen, der mit dieser Litze aufgebaut ist.

Wenn Euch das Geld nicht so locker sitzt, sind auch 165 Adern noch sehr gut. Das ist ein Viertel der Aderzahl. Eine Litze mit viermal so viel Adern bedeutet natürlich längst nicht, dass sie viermal besser arbeitet. Wenn Ihr aber wirklich das beste Ergebnis haben wollte, empfehle ich die 660/46.

Es gibt drei Arten von Spulen, die Ihr in Betracht ziehen solltet: Spinnennetzspulen (=Korbbodenspulen), Turmspulen und auf Abstand gewickelte Zylinderspulen. Ihr könnt die Form verwenden, die Euch am besten zusagt und für die Ihr genug Platz habt. Das beste Material für Spulenformen ist Polystyrol (PS). Bitte, nehmt keine Pappe! Holz geht eventuell auch, wenn es feuchtigkeitsdicht imprägniert ist. Schaut Euch für weitere Informationen meine Seite zu den Spinnennetzspulen an.

Turmspulen arbeiten genauso gut wie Spinnennetzspulen. Auch Zylinderspulen sind gut, doch sollten die Windungen auf Abstand gewickelt werden, um die Güte Q zu verbessern. Dadurch wird mehr Draht benötigt als bei eng gewickelten Spulen. Turmspulen lassen sich mit 660/46-Litze gut aufbauen, neigen aber bei der dünneren 165/46-Litze zu mechanischer Instabilität. Zusätzliche Stützen aus Polystyrol können Abhilfe schaffen.

Versucht, die Induktivität klein zu halten, aber achtet darauf, dass Ihr noch das ganze Band abstimmen könnt. Ich fange ganz gern mit einer ein wenig größeren Spule an und prüfe das untere Ende des Einstellbereichs. Dann wickle ich vorsichtig so viel Litze ab, dass ich mit dem Drehkondensator gerade das untere Bandende erreichen kann. Ich habe den Eindruck, dass dies die beste Empfängerleistung ermöglicht. Es können auch mehrere Spulen verwendet werden, aber Spulenanzapfungen empfehle ich nicht. Vor nicht allzu langer Zeit ist außerdem herausgefunden worden, dass Kontraspulen sehr leistungsfähig sind.

Die Spulen sollten so weit wie möglich von anderen Objekten entfernt eingebaut werden. Ich würde auch die Verwendung von Metallgehäusen vermeiden. Holzgehäuse sind brauchbar, aber bitte gebt den Spulen genug “Luft zum Atmen”.

Wenn Ihr einen Zweikreisempfänger baut, dann solltet Ihr darauf achten, die Kopplung der beiden Spulen variabel zu halten. Das könnt Ihr zum Beispiel dadurch erreichen, dass Ihr die Antenneneinheit und den Detektorkreis auf getrennten Chassis aufbaut, etwa so wie in meinem Empfänger Nr. 35, oder dass Ihr die Spulenachse drehbar macht, so wie in meinem Gerät Nr. 48. Bei überkritischer Kopplung nehmen die Empfindlichkeit und die Selektivität des Empfängers ab. Bei unterkritischer Kopplung leidet die Empfindlichekit. Dazwischen gibt es den richtigen Punkt, der von den individuellen Gegebenheiten und von dem Teil des Bandes abhängt, in dem man gerade hört. Die beste Kopplung ist nicht immer am selben Punkt. Ich arbeite unter normalen Bedingungen mit einem Spulenabstand von 12 bis 18 Inch (30 bis 45 cm). Wenn Ihr dünnere Litze verwendet, wird der günstigste Abstand kleiner sein. Das zeigt übrigens, wie gut die dicke Litze arbeitet.

Einige arbeiten recht erfolgreich mit Ringkernspulen. Meine eigenen Erfahrungen damit sind sehr begrenzt. Ich rate Euch, in dieser Sache Leute von der BAMA-Gruppe anzusprechen. Einige der Mitglieder dort haben Ringkernspulen zu neuen Höhen geführt.

Drehkondensatoren

Die Wahl eines guten Drehkos ist so wichtig wie die Entscheidung für dicke Litze. Die Güte Q des ganzen Spule-Kondensator-Kreises richtet sich nach nach dem schwächsten Punkt. Deshalb sollte der Drehko ein Luftdielektrikum haben, und die Isolatoren sollten aus Keramik sein. Das ist das Minimum! Ein andere wichtiger Faktor ist die Qualität des Kontaktschleifers zwischen Rotor und Gehäuse des Drehkos. Versilberte Lamellen sind ebenfalls von Vorteil.

In Schaltkreisen, in denen das Gehäuse des Drehkos nicht auf Masse liegt, muss der Drehko von dem Einstellknopf an der Frontplatte isoliert sein. Andernfalls verstimmt man den Kreis, sobald man mit der Hand nach dem Abstimmknopf greift. Das kann einem ganz schön auf die Nerven gehen. Wenn man den Drehko drei oder fünf Zentimeter hinter die Frontplatte setzt und eine isolierte Achsverlängerung verwendet, erspart man sich dieses Problem. Denkt vor allem daran, Keramik- oder Polystyrol-Isolatoren zu verwenden, wenn ihr den Drehko am Chassis befestigt. Jedes HF–“Leck” würde die Empfindlichkeit herunterziehen.

Feintriebe und Skalen

Wenn man einen sehr selektiven DX-Empfänger gebaut hat, steht man vor einem neuen Problem. Denn wenn man alle 120 MW-Frequenzen (531-1611 kHz im 9-kHz-Raster) mit einer 180-Grad-Drehung abstimmt, wird man Stationen ungewollt verpassen. Der Frequenzwechsel erfordert dann nämlich winzige Abstimmschritte. Ein 6:1-Feintrieb macht aus einer halben drei volle Umdrehungen, die man benötigt, um das Band zu überstreichen. Eine spielfreie Kraftübertragung ist äußerst wünschenswert, alle Drehkos sollten sie haben.

Detektorkreis

Ich persönlich schätze die Schaltung, die auch als “Hobbydyne” bezeichnet wird. Der Originalentwurf aus Australien verwendet einen kleinen Drehkondensator zur kapazitiven Kopplung. Dagegen sieht die jetzt als “Hobbydyne” bekannte Schaltung einen Differential-Drehkondensator vor. Bitte, schaut Euch in diesem Zusammenhang den Abschnitt Schaltungen zur Verbesserung der Selektivität weiter unten an.

Achtet darauf, dass alle Verbindungspunkte auf der Schwingkreisseite der Diode mit Keramik oder Polystyrol isoliert sind!

Dioden

In einem Schwingkreis mit sehr hoher Impedanz würde eine Standard-Diode wie etwa die 1N34A nicht viel bringen. Sie würde den Kreis belasten und Verlust von Selektivität und Empfindlichkeit verursachen. Solche Dioden sind in einfachen Geräten am richtigen Platz oder allenfalls in Geräten mit mittlerer Leistung.

Unter den Dioden, die ich eingesetzt habe, gibt es anscheinend zwei “beste” Typen. Eine Schottky-Diode (oder mehrere in Parallelschaltung) und die FO-215 von ITT. Gute Schottky-Dioden sind die der Agilent-Serie HSMS-286*. Es gibt sie in verschiedenen Formen als SMD-Bauteile, an die man aber Drähte anlöten kann.

Ich habe herausgefunden, dass ein Drehschalter (nehmt einen aus Keramik oder Polystyrol!) zur Umschaltung zwischen mehreren Dioden sehr nützlich ist, da die am besten geeignete Diode auch von den Empfangsumständen abhängt. Im Allgemeinen nehme ich für den unteren Bandabschnitt bis hinauf auf etwa 1300 kHz eine FO-215 und schalte für den sich anschließenden oberen Bandabschnitt auf die Schottky-Diode um. Die Schottky-Diode ist die beste, wenn Selektivität gefragt ist, die FO-215 die beste, wenn es um Empfindlichkeit geht. Selektivität ist im unteren Bandbereich kein großes Problem, aber ich brauche dort alle Empfindlichkeit, die ich bekommen kann.

Anpass-Übertrager

Magnetische Kopfhörer haben eine Impedanz zwischen 1000 und 4000 Ohm. Sound-powered-Hörer haben zwischen 100 und 1000 Ohm. Kristall-Ohrhörer liegen bei 10'000 Ohm und höher. Die Impedanz eines Schwingkreises hoher Güte kann hinter der Diode bei mehreren hunderttausend Ohm liegen. Wenn man an einen solchen Schwingkreis einen der genannten Kopfhörer direkt anschließen würde, bekäme man eine riesige Fehlanpassung. Das kostet Lautstärke. Außerdem macht die Belastung des Kreises die hohe Selektivität wieder zunichte, für die Ihr gutes Geld für dicke Litze und gute Drehkos ausgegeben habt.

Ein Anpassungs-NF-Übertrager ist also ganz wichtig für jeden Hochleistungs-Detektorempfänger. Übertrager hoher Leistung, wie man sie früher oft hatte, sind inzwischen selten und meist teuer geworden. Anfang 2007 habe ich einige Ausgangsübertrager nach meinen Spezifikationen anfertigen lassen. Sie haben eine sehr hohe Impedanz und eine Reihe von Anzapfungen niedrigerer Impedanzen.

Eine andere gute Alternative ist der Transformator des Typs Bogen T725. Ihr könnt von ihm gute Leistungen in einem Mittelklasse-Detektorempfänger erwarten. Ramon Vargas und ich haben einige Informationen über den T725-Transformator zusammengetragen.

Kopfhörer

Die Schnittstelle zum Ohr ist nicht weniger wichtig als der Rest des Gerätes. Die empfindlichsten Kopfhörer sind die sogenannten Sound-powered-Hörer. Darryl Boyd hat zu diesem Thema eine Menge Forschungsarbeit geleistet und präsentiert die Ergebnisse auf seiner Webseite crystalradio.net.

Diese besonders leistungsfähigen Kopfhörer sind in den USA ständig bei Ebay verfügbar, allerdings meist nicht für unsere Freunde in Deutschland, da Ebay von dort aus den Zugang zu bestimmten Rubriken mit militärischen Ausrüstungsgegenständen gesperrt hat. Die Sound-powered-Hörer können jedenfalls auch teuer werden. Meistens müssen sie auch noch sorgfältig justiert werden. Normale Magnet-Kopfhörer sind meist nicht empfindlich genug für Detektor-Fernempfang. Meine zweite Wahl ist deshalb der kleine Kristall-Ohrhörer – oder ein Paar davon.

Ohren

Sorgt dafür, dass Eure Hörkanäle frei sind. Bitte, lasst das den Fachmann im Hörgerätegeschäft oder den Ohrenarzt überprüfen

Schaltungen zur Verbesserung der Selektivität

Ich möchte noch ein bisschen über Schaltungen zur Verbesserung der Selektivität oder SEC (Selectivity Enhancement Circuits), wie wir sie nennen, reden. Einige bezeichnen sie als “Hobbydyne”. Jim Frederick in Florida brachte das Thema Hobbydyne–Schaltung zur Sprache. Die früheste Veröffentlichung eines SEC, die ich gesehen habe, kam in den 1930er Jahren in Australien heraus.

Jim Frederick's Site

Hier die australische Seite.

Wie man sieht, ist nicht alles wirklich neu, was auf den ersten Blick so aussieht. Aber Jims Hobbydyne war neu. Auch die erste Verwendung der SEC in jüngerer Zeit ist Jim zuzuschreiben.

SEC und Hobbydyne erfüllen dieselbe Aufgabe. Sie ermöglichen eine Entlastung des Schwingkreises und damit eine Verbesserung der Arbeitsgüte Q, was bessere Selektivität bedeutet. Sie sorgen außerdem für eine bessere Anpassung von Schwingkreis und Diode (und der NF-Schaltung weiter hinten). Das ist viel besser als die alte Methode des Anpassens und Entlastens – mit Spulenanzapfungen.

Die SEC-Grundschaltung besteht aus einem kleinen Drehko (meist etwa 20 bis 30 pF) und einer kleinen HF-Drossel. Ich habe herausgefunden, dass 27 mH ein guter Wert ist. Einige haben stattdessen eine umgekehrt vorgespannte Diode verwendet. Drossel oder Diode sind dazu da, den Gleichstromkreis zu schließen, so dass der Detektor ordentlich arbeiten kann.

Jim entdeckte diese Besonderheit, als er 2003 mit seinem Detektorempfänger herumexperimentierte. Er sandte mir eine E-Mail und bat mich, die Schaltung zu testen. Das tat ich in meinem damals aktuellen DX-Empfänger Nr. 35.

Ich brauchte nicht lange, um den Wert dieser Entdeckung zu erkennen. Ich wusste rasch, dass dies ein Standard-Teil meiner Entwürfe von Hochleistungs-Empfängern werden würde, deshalb schaute ich mich sofort nach preiswerten Drosseln um. Ich fand ein paar 27-mH-Drosseln und merkte, dass sie hervorragend arbeiteten.

Die nächste Entwicklung von Jim war seine Hobbydyne-Schaltung. Die Verwendung der oben beschriebenen SEC-Schaltung brachte es mit sich, dass die Resonanzfrequenz verschoben wurde, wenn die Selektivität geändert wurde. Das lag auf der Hand, weil die Kapazität verändert wurde und dies natürlich Einfluss auf die Abstimmung hatte. Jims Lösung war die Verwendung eines Differential-Drehkondensators. Ein solcher Drehko hat einen Rotor und zwei Statoren. Wenn man die Kapazität der einen Seite erhöht, sinkt gleichzeitig die der anderen – und umgekehrt. Dieses Bauteil wurde früher oft in hochklassigen variablen Oszillatoren (VFO) eingesetzt, um die Stabilität zu verbessern.

Jim verbesserte diese Hobbydyne-Grundschaltung weiter, indem er einen kleinen Trimmer an den Masseanschluss des Differentialdrehkos legte. Das erlaubte ein besseres Einstellen über den ganzen Abstimmbereich des Differentialdrehkos.

Mir wurde klar, dass es zwei Hobbydyne-Schaltungen gab. Die eine hatte Jim herausgebracht, die andere ich. Ich beanspruche an diesem Punkt keine großartige Entdeckung für mich, es war eigentlich ein Verdrahtungsfehler. Aber werden so nicht manche Entdeckungen gemacht?

Unten sind ein paar Schaltbilder, die verschiedene SEC-Konfigurationen zeigen. Abbildung a zeigt eine direkt an das heiße Ende des Schwinkreis angeschlossene Diode. Das ist für die meisten Selbstbauer die schlechteste Art, eine Diode direkt mit dem Schwinkreis zu verbinden. Diese Variante arbeitet nur dann gut, wenn eine hohe Impedanz am Ausgang angeschlossen wird. Andererseits kann man Spulenanzapfungen vorsehen und die Diode dort anschließen. Dabei kommen wenigstens keine grobe Missanpassung und hohe Schingkreisbelastung heraus. Aber es gehen Empfindlichkeit und Selektivität verloren.

Abbildung b zeigt eine einfache SEC-Schaltung, nur mit einer kleinen Trimmkapazität und einer HF-Drossel für den Gleichstrompfad. Dies ist ein guter Anfang vor allem dann, wenn Ihr keinen Differentialdrehko habt.

Der Rest der Abbildungen zeigt verschiedene SEC- und Hobbydyne-Schaltungen. Es ist eine Auswahl der Art “Nimm, was du willst”. Abbildung e zeigt den zusätzlichen Trimmer für die bessere Einstellbarkeit des Differentialdrehkos. Wenn Ihr einen Trimmer übrig habt, ist diese Variante empfehlenswert.

Statt des Differentialdrehkos kann man notfalls auch zwei kleine Einzeldrehkos als Quasi-Differentialdrehko einsetzen. Man muss dann von Hand jeweils den einen gegenläufig zum anderen einstellen. Der Effekt eines kapazitiven Spannungsteilers ist derselbe.

Es sollte Euch keine große Mühe machen, einen existierenden Detektorempfänger auf einen mit SEC umzubauen. Als ich letzten Sommer meinen Kontraspulen-Empfänger Nr. 64 gebaut hatte, wurde ich gebeten, eine direkte Verbindung am heißen Schwingkreisende auszuprobieren und dann zurückzuschalten auf die Hobbydyne-Schaltung. Weil ich den Direktvergleich schon drei Jahre lang nicht mehr vorgenommen hatte, fand ich es interessant herauszufinden, ob die SEC-Schaltung wirklich etwas bringen würde. Nach einigen Empfangstexts am oberen Bandende war ich schnell davon überzeugt, die SEC-Schaltung beizubehalten.

Various Selectivity Enhancement Circuits for Crystal Radios

Danksagungen

Viele Leute waren eine große Hilfe beim Erreichen der auf dieser Seite präsentierten Ergebnisse.

Ben Tongue hat auf sehr hohem Niveau Forschungsarbeiten zum Entwurf von Detektorempfängern unternommen und die Ergebnisse in fast 30 Aufsätzen veröffentlicht. Diese werden häufig aktualisiert. Seine Webseite ist die Basis meiner Entwürfe. Sie ist ziemlich techniklastig, seid also darauf gefasst, dass Ihr jeden Artikel ein paarmal lesen müsst.

Darryl Boyds crystalradio.net bietet großartige Informationen über Sound-powered-Kopfhörer. Auf seiner Seite findet man auch die vollständige Beschreibung von Mike Tuggles Hochleistungs-Detektorempfänger Lyonodyne. Meine Geräte Nr. 35 und Nr. 48 basieren auf diesem Entwurf.

Jim Fredericks Webseite über Detektorradios beschäftigt sich mit der Hobbydyne-Schaltung. Nach meiner Meinung ist Jims Schaltung am besten für einen Hochleistungsempfänger geeignet.

Ramon Vargas hat großartige technische Artikel darüber veröffentlicht, wie der “Tuggle-Tuner” und der Bogen-T725-Trafo arbeiten.

Gary Johanson, WD4NKA, hat das System “Tubepad” zum Zeichnen von Schaltbildern herausgebracht.

Es gibt noch eine Reihe von ungenannten Leuten und Webseiten, die mir in den vergangenen Jahren exzellente Informationen und Hinweise gegeben haben. Auch Ihnen danke ich.