Vid användning av t ex WWII-utrustning och enklare hembyggen saknas ofta medhörning vid morsetelegrafi. Visserligen kan man lyssna på den egna sändaren i mottagaren men då de flesta äldre apparater saknar en väl fungerande AGC så låter det sällan bra. Det låter mer eller mindre överstyrt och med kraftig distortion.
Ett sätt att bättra på komforten är att bygga ihop en RF-styrd medhörningsoscillator som triggas av RF.
“RF i luften” kan fångas upp med en trådstump på några meter i närheten av sändaren eller antennen. Dioden och transistorn i nedre vänstra hörnet nycklar T-nätsoscillatorn uppbyggd kring transistorn i mitten av schemat. Tonfrekvensen kan väljas genom att ändra motståndsvärdena i de två T-näten 10 nF – 8,2k – 10 nF. Prova med 2 st 10 k för lägre frekvens eller 2 st 6,8 k. för högre. Oscillatorn driver ut två-transistorförstärkare till god högtalarstyrka. Nycklingen är helt knäppfri och låter bra.
I mitt fall har jag byggt kretsen som ett luftbygge på en bit kopparlaminat som stoppats i en liten högtalarlåda. En volymkontroll och Till/Från omkopplare samt DC-jack som passar till en standard 12 V batterieliminator tillkommer.
Medhörningsoscillatorn är fast monterad på väggen i mitt radiomuseum och med en ca 5 m tunn kopplingstråd som antenn längs taklisten behövs det bara någon enstaka watt från valfri sändare. Det är ett synnerligen bekvämt sätt att ordna medhörning särskilt när någon sändare skall provas temporärt.
Transistorerna som används är typ NPN BC547 och PNP BC557 eller motsvarande. Alla dioder typ 1N4148.
För att dämpa övertonerna från mitt hembyggda 1 kW 144 MHz slutsteg med trioden GS-35B behövdes någon form av filter. Antingen bandpass- eller lågpassfilter. Olika lösningar simulerades.
Ett 5-poligt Chebychev lågpassfilter designades med hjälp av programmet Elsie. Kondensatorerna i prototypen tillverkades av runda aluminiumplattor som svarvades ner till beräknad diameter som skulle ge rätt kapacitans med 1 mm PTFE som dielektrikum. Spolarnas induktans mättes in till beräknade värden enligt Elsie med hjälp av Nätverksanalysatorn. Den första funktions-prototypen fungerade utan handpåläggning och visade bra data.
I den slutliga konstruktionen används en kapsling bestående av ett utfräst Al-block försett med en mellanvägg och lock. Mittkondensatorn på 33 pF delades upp på två belägg om vardera 16,5 pF som monterades på var sin sida av mellanväggen. Det ger fyra kondensatorer med nästan samma fysiska storlek.
Det färdigbyggda lågpassfiltret med 7/16 kontakter.
Kapacitanserna tillverkades av svarvade kopparskivor som gängats M4. Spolarna gjordes av 2 mm koppartråd och är inlödade i de gängade mässingspinnarna som försetts med 2,1 mm hål i ändarna. Konstruktionen blev stabil och krävde ingen intrimning alls. Detta gäller under förutsättning att kapacitanser och spolar noga mäts in exakt innan de löds ihop. Spolarna kräver en enkel mätjigg som kan kalibreras så att mätplanet där spolarna ansluts definieras. Hänsyn togs också till strökapacitanserna som mittstiften i 7/16 kontakterna tillför. I detta fallet 2,2 pF som ingår i de båda 15,8 pF kondensatorerna.
Insertion loss på 144 MHz för enbart filtret, räknat från 7/16 kontakternas lödanslutningar, mättes till 0,06 dB. Dämpningen av 2:a övertonen på 288 MHz visade -20 dB och 3:e övertonen på 432 MHz är -40 dB ner. Tillsammans med grunddämpningen i slutstegets 1/2-vågs anodkrets erhålls mycket god undertryckning av alla oönskade signaler.
Till en nostalgimottagare för 2 m i typiskt 60-tals stuk med radiorör behövdes ett antal 455 kHz mellanfrekvensspolar med högt Q-värde. Ett vanligt sätt för att få höga Q-värden är att tillgripa krysslindning. Fördelarna med krysslindning är dels att kapacitansen mellan varven kan hållas låg och dels att spolen blir självbärande genom att lagren låser varandra. Typiska Q-värden hamnar i häradet 150-200 vilket är precis vad som kan mätas upp i fabrikstillverkade MF-burkar ur skrotade gamla radioapparater. För krysslindning behövs en särskild lindningsmaskin som lägger ut tråden i zick-zack, lager för lager. Sådana maskiner för hobbybruk fanns att köpa från USA på 40-60-talen och kanske en bit in på 70-talet.
I den äldre litteraturen förekommer byggbeskrivningar av allehanda slag. Även på YouTube finns en del konstruktioner. Några väldigt finurliga men oftast mycket enkla handvevade maskiner men som gör jobbet.
En funktionsprototyp tillverkades först för att experimentera och skaffa erfarenheter. Det var en hel del pyssel att få en bra trådförning och minimera glapp m m. Några veckors research på Internet gav fler uppslag och det blev allt mer tydligt vad som var viktigt att prioritera för fullgod funktion.
En mer mekaniskt stabil och helt glappfri maskin för krysslindning av MF-spolar konstruerades. Axlarna består av 6 mm silverstål och är lagrade med kullager och kulbussningar. Lagerbockarna har fräst ut i aluminium hos min granne i hans 40 år gamla veteranmaskin men försedd med digitalskalor.
Principen är att när spolstommen vevas ett (1) varv så roterar kamaxeln 0,9 varv. På kamaxeln sitter en kamskiva som påverkar trådföraren i sidled. Kamskivans dimensioner och form bestämmer utslaget dvs spolbredden. En handfull utbytbara kamskivor ger spolbredderna 3, 4, 5, 6 och 7 mm där 5 mm bredd visade sig ge en mekaniskt mycket stabil spole med goda prestanda. Stomdiametern till de hemlindade MF-spolarna har valts till 7 mm.
För utväxlingen 1:0,9 används två kugghjul om 20 resp 21 kuggar som printats ut i min 3D-printer. I prototypmaskinen användes två friktionskopplade hjul som medgav ett stort utväxlingsområde och där varvens täthet kunde justeras inom vida gränser. Problemet här var att injusteringen var hyperkritisk och bara vissa utväxlingar gav fullgott resultat. Mycket experimenterande pekade på att en fast utväxling kring 1:0,9 var optimalt för de dimensioner av spolar som var aktuella att tillverka.
För fullgott resultat måste silkesomspunnen Litz-tråd användas. I mitt fall en tråd med ytterdiametern 0,17 mm bestående av 19 stycken väldigt tunna lackisolerade kardeler. Silket ger hög friktion så att trådvarven inte glider och de många tunna kardelerna gör tråden extremt mjuk och följsam. Det är att måste för att tråden skall kunna läggas ut i zick-zack lager efter lager och stanna kvar i exakta positioner.
Ett ganska stort antal lindningsprov gjordes och med maskinen kan spolar med 0,17 mm Litztråd 3-5 mm breda på 5-7 mm stomme och med ca 1000 varv lindas innan spolen blir ostabil och tenderar att rasa samman. För 455 kHz spolarna behövs bara ca 180 varv med standardkapacitans om 200 pF som används i de allra flesta rörkonstruktionerna, såväl rundradiomottagare som amatörmottagare av äldre slag.
Trådspänningen och även trådförarens insättningspunkt på spolen och dess tryck mot spolen är kritiska parametrar. Optimal trådspänning ligger mellan 5-10 gram och ger tillsammans med trådförararmens egenvikt ca 15-20 gram tryck mot spolen. Lägre värden ger en lösare spole som får hanteras varsamt och högre trådspänning/tryck än ca 30 gram vill gärna dra in tråden någon tiondels m m mot centrum så att föregående lindningslager inte låses på rätt sätt med ras som följd eller andra defekter.
Som varvräknare används en modifierad Silva stegräknare där den mekaniska vipparmen ersatts med ett litet tungelement som påverkas av en magnet på axeln till veven. Stegräknaren är “smart” så tillvida att den behöver 6 pulser för att börja räkna. Det innebär att enstaka pulser i samband med att axeln vevas fram och tillbaka något varv i samband med fastsättning av tråden inte triggar räknaren. När sen lindningen påbörjas och veven dras runt i jämt tempo så räknas alla varven inkl de första sex, om vevandet fortsätter förbi varv sju eller mer. Okomplicerat och fungerar fint.
För jämnare lindning har en DC-motor monterats. Ett reglerbart motstånd bestämmer hastigheten från krypfart till ganska snabbt. Resultatet blir lika perfekt som kommersiellt tillverkade spolar.
Nu skall det sägas att MF-spolar från skrotade radioapparater hade fungerat lika fint i bygget men då hade man ju också gått miste om alla aha-upplevelserna och inte fått en unik inblick i den magiska krysslindningstekniken. -Varför göra det lätt för sig när det kan göras komplicerat?
Smoke testen av bandpassfiltren för några dagar sedan visade på två svagheter i konstruktionen. Dels överslag i kopplingskondensatorn mellan de båda kretsarna och dels att det bildades koronaurladdning i de öppna ändarna av koaxialkablarna som används som kondensatorer.
Morgan SM6ESG hade vänligheten att skicka mig en bit 0,5 mm Teflon som nu används som dielektrikum och isolator mellan de båda kondensatorbeläggen.
Det övre kondensatorbelägget består av en 1 mm tjock kopparremsa 6 x 30 mm som bockats till så att det ligger dikt an mot Teflon-filmen. Genom att bocka upp änden av remsan gick det lätt att justera in kapacitansen och passbandets frekvensgång.
Koaxialkablarnas båda ändar anslöts till spolen. Kapacitansen blir den samma. Detta löste problemet med korona-urladdningarna.
Konstruktionen känns mekaniskt stabil och en improviserad “drop test” där 21 MHz filtret släpptes 8 gånger i det hårda golvet från 1 m höjd medförde bara en ytterst liten frekvensflyttning av passbandet som i praktiken är helt betydelselös.
Om fler filter skall byggas så finns det flera saker som kan förbättras när det gäller mekaniken. Men det får anstå till en annan gång. Slutdata blev att filtren täcker hela frekvensbanden på 14, 18 och 21 MHz med 0.6 – 0,7 dB genomgångsdämpning. Band till band dämpningen t ex 14 och 21 MHz är 33-35 dB vilket också får anses vara bra för ett simpelt två-krets filter. Dämpningen med ett band emellan t ex 21 och 14 MHz är drygt 50 dB.
Innan filtren skruvades ihop en sista gång (?) så gjordes en ny tålighetstest med det lilla slutsteget. Effekten ökades från c:a 100 watt tills drygt 600 watt kontinuerlig bärvåg utan att rök och blixtar uppenbarade sig. Jag stannade vid 600 watt för att slippa reparera filtren om det t ex blivit överslag inne i koaxialkablarna. Det finns ju gränser. Därefter lades 500 watt kontinuerlig bärvåg på i 1 minut. Koaxialkablarna kändes något varma medan spolarna var skållheta så man skulle kunna grilla korv i dem. Några minuter till så hade förmodligen lödtennet smält och runnit ur. Men åter igen. De cirkulerande strömmarna i kretsarna är väldigt höga så inget konstigt med det.
Samma test men med 100 watt gav betydligt lägre temperatur. Spolen blev halvvarm efter några minuter och koaxialkablarna likaså. För 50 watt som blir max sändareffekt bör marginalerna vara tillräckliga.
Idag anlände kapslingarna och eftermiddagen har ägnats åt att bygga ihop ett bandpassfilter för 21 MHz. Tanken från början var att ha tre filter i samma kapsling. Vid närmare eftertanke blir det mer flexibelt med separata filter och så får det bli. Dessutom visade det sig att de kondensatorer som behövs måste tåla höga spänningar och hög ström. Förutom att sådana komponenter är dyra så är de också stora. Men det löste sig på ett annat sätt.
Bandpassfiltret är inbyggt i en plastlåda. Här kan man fundera lite på om en metallåda hade varit bättre. Kanske i det fallet flera transceivrar står nära varandra i samma rum men knappast om avståndet är några meter eller mer.
Lådan består av en låg bottendel där filtret är uppbyggt på en bit kopparlaminat som jordplan. Det ger god åtkomlighet vid intrimningen. Dessutom påverkar inte plastkåpan resonansfrekvensen vilket också underlättar vid optimeringsprocessen. BNC-kontakterna skulla kunna monteras i botten men jag valde gavlarna i plastkåpan istället.
Istället för “vanliga” högspänningskondensatorer valde jag en måhända mer ovanlig metod att realisera högvärdiga kondensatorer. Teflonisolerad koaxialkabel med ytterdiameter 2,5 mm har 1 pF/cm kapacitans. Till 21 MHz filtret behövs därför 2 x 63 cm koaxialkabel. Generellt gäller att flera kortare bitar är bättre än en lång när det gäller Q-värdet. Intrimningen går till så att två små trimkondensatorer i parallell med lämplig fast kondensator ansluts temporärt. När resonanskretsarna ligger rätt löds kondensatorerna av försiktigt och kapacitansen mäts upp. Därefter klipps koaxialkabellängderna till och justeras in till exakt samma kapacitans. Löd fast och det stämmer mer eller mindre exakt. Jag gjorde en av kablarna ett par cm (pF) längre för att ha trim-mån.
Det korta “röret” mellan spolarna är en bit SemiRigid som utgör kopplingskondensator. Även här blir ruggigt hög HF-spänning och en trimbar 0,5-2 pF kondensator är inte en lätt sak att få tag på. Den korta blanktråden är en variabel kondensator på några tiondels pF. Underlättar vid fintrimningen på slutet.
En sak som alltid är lite tricky är att finna exakt rätt inkopplingspunkt på spolen. I prototypfiltret visade det sig att c:a 1,5 varv gav lägst genomgångsdämpning. Dock är positionen kritisk och det går inte att dra ut ledningen till koaxialkabeln/kontakten hur som helst. Beroende på vilken sida om spolen och om ledningen går ut från insidan eller på utsidan så får man helt olika resultat. Ett sätt att göra insättningspunkten trimbar är att göra en liten trådbygel som sedan kan böjas åt ena eller andra hållet för att på så sätt finna optimal kopplingsgrad. Detta trick har jag provat förr i andra konstruktioner och det är mycket effektivt.
Resultatet blev ett bandpassfilter som täcker 21,0 – 21,450 MHz med -0,65 dB genomgångsförluster mitt i bandet och -0,7 dB i bandgränserna. Markör 2 och 4 visar att filtret dämpar 30 dB på 18,1 resp 24,9 MHz. Markör 1 visar 46 dB dämpning på 14,1 MHz. Filtret är svagt överkopplat för att täcka hela 21 MHz-bandet med lägsta möjliga förluster. Det går att minska kopplingskapacitansen mellan spolarna och optimera filtret för t ex 100 kHz i telegrafidelen med bibehållna -0,65 dB genomgångsdämpning men där 18,1 och 24,9 MHz åker ner c:a 8 dB vilket skulle ge -38 dB.
En närmare titt på passbandsdämpningen. Centerfrekvensen är 21,250 MHz och diagrammet visar 500 kHz på varje sida och med 0,5 dB/ruta. Markör 1 och 3 visar bandgränserna 21,0 resp 21,450 MHz. Markör 2 är 21,250 MHz. Man kan se att dämpningen är under 1 dB c:a 100 kHz utanför bandet på båda sidor. Det borde vara tillräcklig marginal.
Innan jag bygger ihop de andra filtren för 14 och 18 MHz skall det här filtret tålighetstestas med hög effekt och även vid dåligt SVF som man ju kan få i verkligheten när det sänds på fel antenn eller något annat är galet. Det är här det behövs stora marginaler eftersom HF-spänningarna kan bli extrema. Man kan läsa på nätet om hur de dyra contestfiltren från t ex Dunestar havererat och kikar man på konstruktionen m fl kommersiella filter så ser man att komponentvalet oftast är lite väl snålt tilltaget. Tåliga komponenter är dyra och stora.
För att isolera bort matarkabelns inverkan på SVF och även dämpa ledningsbundna störningar från t ex switchade nätdelar och datorer som tar sig ut till antennen via matarkabeln så behövs effektiva strömdrosslar.
Två sådan har skruvats ihop idag under tiden jag väntar på leverans av kapslingar till bandpassfiltren som också är på gång.
Strömdrosseln består av 7 varv 2,5 mm Teflonisolerad 50 ohms koaxialkabel lindad på en ferritkärna av NiZn som är ett material som täcker ett brett frekvensområde. Kärnans mått är 19 x 51 mm och hålet 11,5 mm.
Bilden ovan visar uppmätning av strömdrosseln i en 50 ohms testjigg. Skärmen i varje ände är ansluten till BNC-kontakternas mittstift och innerledaren i den vita Teflon-kabeln hänger i luften.
Dämpningen är som högst kring 9-10 MHz där nästan 40 dB mättes upp. Det motsvarar ungefär en impedans av 10 k. Genom att minska varvtalet till 4-5 varv så flyttas minimum upp i frekvens samtidigt som dämpningen på de lägsta frekvenserna minskar. Med 7 varv fås en god kompromiss där strömdrosseln täcker alla band mellan 3,5 – 28 MHz med mer än tillräckligt hög impedans för alla praktiska behov. Genomgångsdämpningen i koaxialkabeln är c:a 0,1 dB vilket är försumbart.
Så här ser lindningen ut. Första och sista varvet passerar genom två Pertinax-rör som håller isär kabeln. På så sätt minimeras den oönskade kapacitiva kopplingen mellan in- och utgångssidan vilket gör att impedansen kan hållas relativt hög på den höga delen av frekvensområdet. Med rören vinner man c:a 5-10 dB samtidigt som rören gör att lindningarna fixeras mekaniskt.
Koaxialkabeln hålls på plats med vaxat snöre och en bit tejp. Om varven “släpps lösa” så blir dämpvärdena/impedansen lite hur som helst och varierande. Lindning enligt bilden ovan gav bästa resultat.
Som kapsling används 32 mm PVC-rör. Ändstyckena är svarvade i Acetalplast (Delrin).
Sedan är det bara att löda ihop sakerna och trycka in en bit hård skumplast mellan ferriten och insidan av röret. Detta för att minska risken för att ferriten spricker om strömdrosseln skulle tappas. Ferrit är ett skört material.
De två färdiga strömdrosslarna klara att användas. Sådana här kan komma till nytta i många situationer och är väl värda att offra en kväll på. Sak samma med testjiggen med de två BNC-kontakterna på flyttbara vinklar. Jiggen används ofta till många olika sorters mätningar och laborationer.
Labbprototyperna till bandpassfiltren är nu utvärderade och konstruktionen i stora drag klar. Ett antal spolar för 14, 18 och 21 MHz har tillverkats och mätts upp. Mekaniken är på gång.
Att tillverka spolar är i grunden en ganska okomplicerad process. Linda önskat antal varv koppartråd på en stomme. Klart.
När det gäller spolar till bandpassfilter så bör de dimensioneras för att tåla sändareffekten utan att bli allt för varma liksom de måste ha högt Q-värde för att hålla nere genomgångsförlusterna samt få tillräckligt hög selektivitet. Här får man söka efter en bästa kompromiss. Alla parametrarna kan inte optimeras på en gång.
Ett antal testspolar tillverkades för att finna optimalt antal varv och stigning. Spolarna provades med hjälp av Boonton Q-meter Type 260-AP. En gammal trotjänare tillverkad på 50-talet men trots sin höga ålder ett otroligt lätt- och framförallt snabbjobbat instrument som ger alla de svar man behöver veta. Samma mätningar kan utföras på HP8753D Nätverksanalysator men Boonton är snabbare och betydligt mer bekväm. Här kan man dessutom läsa av parallellkapacitansen som behövs för att få resonans vid önskad frekvens. Genom att skruva hit och dit får man ett hum om både det ena och det andra.
Spolen som skall provas ansluts till skruvterminalerna via två kopparremsor. Sedan är det bara att ställa in instrumentet på önskad frekvens och justera till max utslag på visarinstrumentet samt läsa av Q-värdet på en skala. De spolar som tillverkades visade Q-värden kring 360-370 när avståndet mellan varven och varvtalet optimerats.
Att linda spolar kan man göra för hand eller i svarven som på bilden ovan. Jag använde en lindningsstomme av 20 mm plaströr där 2,5 mm koppartråden först sticks igenom stommen som bilden visar.
Sedan körs svarven på låg hastighet eller dras fram manuellt medan man håller tråden hårt spänd. Det är i detta skede viktigt att tätlinda hårt även om spolarna skall göras glesa i ett senare skede.
Jag lindar alltid några extra varv så att ändarna blir litet längre och lättare att hantera. Här klipps spolen loss från den temporära lindningsstommen.
Spolarnas innerdiameter är 20 mm och det behövs 6 spolar. Två av varje med 10, 12 resp. 14 varv.
Nästa steg är att sprida varven. Enklast görs detta genom att “skruva igenom” spolen kring en skruvmejsel eller annan rund pinne med lämplig dimension. Med 3,5 mm skruvmejsel så blev färdigt avstånd mellan varven 2 mm. Det är en god ide att sedan dra ut spolen en liten aning för att sedan åter trycka ihop den. På så sätt minskar man på de mekaniska spänningarna i spolen.
Här justeras längden i så att båda spolarna i filtret får rätt och samma induktans.
Alla 6 spolarna klara och försedda med lödöron för M4 skruv i ena änden. Lödöronen behövs för att få god mekanisk hållfasthet och utöver detta så kommer spoländen att lödas fast i jordplanet för att få en låg resistans.
Nästa steg blir att montera spolarna på ett jordplan av kopparlaminat och därefter ansluta kondensatorerna att koppla ihop komponenterna.
