HOCHFREQUENZ

494/2000 Elektor

In der Januarausgabe wurde für Kurz-wellenhörer mit Platzproblemen schoneine Langdraht-Alternative in Form einerRahmenantenne veröffentlicht. Eine sehrkompakte Antenne, aber für denGebrauch unterwegs auch nicht geradeoptimal. Eine Rahmenantenne eignetsich besser für den stationären Gebrauch.Was ist dann der ideale Reisebegleiter füreinen Kurzwellenempfänger? Wenn manvoraussetzt, dass die Antenne bessereEmpfangseigenschaften, aber keinegrößeren Abmessungen als eine normaleStabantenne haben soll, kommt man fastautomatisch zu der hier beschriebenenLösung mit einer kurzen Stabantenne mitElektronik im Westentaschenformat,betrieben mit einer 9V-Blockbatterie.

Konzept

Was sich die meisten wünschen, ist eineArt Wunderantenne: winzig klein undkompakt und auch noch viel besser alsnormal große Ausführungen. Aber leidergibt es keine Wunderantennen, also wer-den wir uns immer mit einem Kompro-miss begnügen müssen. Das ist nichtweiter tragisch, wenn dass Ergebnis nahgenug beim Ausgangspunkt liegt.Von allen bekannten Varianten ist diekompakteste und handlichste eine kurzeStabantenne. Ausgeführt als Teleskopan-tenne ist sie auf ungefähr 10 Zentimetereinzuschieben. Kompakter geht es ja

Aktive StabantenneMini-Antenne für die KurzwelleEntwurf: G. Baars

Vor allem reisefreudige Kurzwellenhörer brauchen eine Antenne, die etwas mehrGewinn bringt als eine einfache Stabantenne. Eine zweite wichtige Voraussetzungfür den mobilen Gebrauch ist eine möglichst kleine Antenne. Diese aktive Staban-tenne ist nur 50 Zentimeter lang und genügt für das gewünschte “Reiseprofil”.

kaum. Aber ein extrem kurzer Stab hat auch zweiwesentliche Nachteile. Da der Stab sehr viel kürzerist als die Wellenlänge des zu empfangenden Sig-nals (für das 49-m-Band müsste eine λ/4-Staban-tenne 12 Meter lang sein), ist sein Strahlungswid-erstand sehr hoch und die Anpassung am niede-rohmigen Empfängereingang schon problematisch.Schließen wir eine solche Antenne direkt am Emp-fängereingang an, bleibt wegen der Fehlanpassungnur wenig übrig von der durch die Antenne ausdem Äther geholten HF-Spannung. Ein zweiterNachteil ist, dass eine Antenne von etwa 50 cmohnehin eine viel geringere Signalspannung auf-fängt als eine physisch viel größere Antenne.Diese zwei Probleme fragen nach der Möglichkeiteiner elektronischen Verlängerung der Antenne, dieauf jeden Fall folgende Eigenschaften aufweisensollte: eine hohe Eingangsimpendanz, eine nied-rige Ausgangsimpendanz und eine einigermaßenhohe Verstärkung.Da im Kurzwellenbereich auch sehr hohe Signal-pegel auftreten können, sind an die Hochpegelei-genschaften der Elektronik ebenfalls entspre-chende Forderungen zu stellen. Soll dann auchnoch der ganze Kurzwellenbereich ohne zusätzli-che Abstimmung der Antenne empfangen werden,muss der aktive Teil auch noch besonders breit-bandig sein.

Konkret

Obwohl die Aufgabe nicht ganz einfach ist, zeigtein Blick auf Bild 1, dass der aktive Teil derAntenne doch sehr einfach gehalten werden kann:nur zwei Halbleiter, ein paar Widerstände und Kon-densatoren – das ist auch schon alles. Für dieHalbleiter werden aber FETs verwendet, um zu ver-hindern, dass Nichtlinearität des Verstärkers zuStörungen durch (zu viele) Intermodulationspro-dukte führt. Die quadratische Eingangscharakteri-stik von FETs erzielt bessere Resultate als die expo-nentielle Charakteristik von Transistoren. Werdendie FETs zudem noch auf einen ziemlich hohenDrainstrom eingestellt, wird die Linearität weiterverbessert.Zurück zum Schaltbild. Die sehr kurze Stabantenne(Länge 50 cm) liegt über C1 am Gate 1 des Dual-Gate-MOSFET T1. Durch seine außerordentlichhohe Eingangsimpedanz und niedrige Eingangs-kapazität belastet T1 die Antenne kaum. Außerdemübernimmt dieser bis zu sehr hohen Frequenzenbrauchbare MOSFET auch die Verstärkung des Sig-nals. Da zu viel Verstärkung mehr Schaden als Nut-zen bringt, ist die Spannungsverstärkung auf 5 bis10 dB beschränkt. Wenn nötig oder gewünscht,kann die Verstärkung dadurch vergrößert werden,dass man die Spannung an Gate 2 erhöht (R2 ver-kleinern) - aber dadurch nehmen auch die Pro-bleme mit IM- und anderen Störgeräusche erheb-lich zu. Mit der Spannung an Gate 2 stellt manimmer einen Kompromiss zwischen Verstärkungund Übersteuerungsfestigkeit ein.

Nachdem T1 die Eingangsanpassungund die Verstärkung erledigt hat, bleibtnur noch das Problem der Ausgangsan-passung an den 50-Ω-Eingang des Emp-fängers. Diese Aufgabe übernimmt T2,ein VHF-JFET, der für diese Aufgabe aufeinen hohen Drainstrom eingestellt ist.Über C4 wird das Signal auf die Aus-gangsbuchse K1 ausgekoppelt, an die derEmpfänger mit einem 50 Ω-Koaxkabelanzuschließen ist.

Platine

Auf der in Bild 2 gezeigten Platine ist dieElektronik ganz einfach aufzubauen. Dieeinzige Besonderheit besteht darin, dassder Dual-Gate-MOSFET T1 auf der Kup-ferseite bestückt wird, wobei sorgfältigauf den richtigen Anschluss geachtetwerden muss. Von dem für T2 verwen-deten FET J310 (oder E310) sind mit demPräfix SST oder PMBF auch SMD-Aus-

führungen im SOT-23-Gehäuse erhältlich.Die Platine ist so ausgelegt, dass dieseSMDs ohne weiteres verwendet werdenkönnen, wenn sie (wie T1) auf der Löt-seite bestückt werden. Ein J310 im nor-malen TO-92-Gehäuse kann in üblicherWeise auf der Bauteilseite bestückt wer-den. Ausgangsbuchse K1 ist eine Cinch-buchse. Der Anschluss der Stabantennean den Eingang hängt von der Bauart derAntenne ab, meist genügt ein kurzesDrahtstück vom Antennenfußpunkt zumEingang der Platine.

Gehäuse

Wenn die Platine bestückt ist, wird allessorgfältig kontrolliert. Anschließend kön-nen mit einem digitalen Multimeter dieim Schaltbild angegebenen Spannungenüberprüft werden, die bei einer Betriebs-spannung von 9V zu messen sind. Wegender Streuung der FETs sind Abweichun-

HOCHFREQUENZ

50 Elektor 4/2000

S

D

G1

T1

BF961

G2

R3

47

k

R11

MR5

47

k

R2

10

0k

R4

56

0Ω

R6

56Ω

C2

100n

C5

100n

C1

10pC3

33p

C4220n

T2

J310S

D

G

K1BT

ANT1

9...12V≈ 40mA

9V

2V8

0V

2V2

0V

7V3

000027 - 11

Bild 1. Zwei FETs sorgen für die richtige Anpassung der Stabantenne und für dienötige Verstärkung.

BF961

G2

G1

D

S

J310J310

GD

STO-92

SOT-23

D

S

G

HOCHFREQUENZ

514/2000 Elektor

Noch eine letzte Bemerkung: Genauso, wie einehöhere Verstärkung wegen der Zunahme von IM-und anderen Störprodukten nicht ratsam ist, sollteauch die Antenne nicht viel länger als die angege-benen 50 cm sein. Bei längeren Antennen nimmtdie Signalstärke kaum noch zu, aber es entstehenschnell Störprodukte.

(000027ex)

Elektor-Labor: K. WalravenText: S. van Rooij / ex

gen bis etwa 25 % möglich.Ist alles in Ordnung, wird es Zeit, sichnach einem geeigneten Gehäuse umzu-sehen. Vom Material her verdient natür-lich Metall den Vorzug. Passend wärenhier die Spritzguss-Aluminiumgehäusevon Hammond. In das Modell 1590Apasst die Platine mit der 9V-Batterie haar-genau hinein. Im 1590B ist genügendPlatz, es fehlt ihm aber der Charme deskompakten Formats. Wahrscheinlich las-sen sich auch bei anderen Herstellernpassende Gehäuse finden.

Zum SchlussDie Stromaufnahme der Schaltungbeträgt ungefähr 40 mA. Da die Kapa-zität moderner Alkali-Batterien ziemlichgroß ist, genügt für den mobilenGebrauch im Prinzip eine 9V-Blockbatte-rie. Bei längerem oder stationäremGebrauch ist ein Steckernetzteil die bes-sere Wahl. Dieses sollte eine Ausgangs-Spannung von 9 bis 12 V haben und gutstabilisiert und entstört sein – bei unsta-bilisierten Einfach-Netzteilen könnenBrummstörungen auftreten.

000027-1

(C) ELEKTOR9V

1

C1

C2

C3

C4

C5

K1

R1

R2R3 R

4

R5

R6

T2

0

+

000027-1

T1

000027-1

(C) E

LEK

TOR

Bild 2. Auf dieser kleinen Platine ist der aktive Teil der Antenne schnell aufgebaut.Stückliste:

Widerstände:R1 = 1 MR2 = 100 kR3,R5 = 47 kR4 = 560 ΩR6 = 56 Ω

Kondensatoren:C1 = 10 pC2 = 100 nC3 = 33 pC4 = 220 n

Halbleiter:T1 = BF961T2 = J310, E310 (SMD: SST310,

PMBF310) (z.B. Conrad)

Außerdem:K1 = Cinch-Buchse für

PlatinenmontageGehäuse, z.B. Hammond 1590A

(90x38x30 mm, Conrad Best.-Nr.: 54 16 21-66)

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