Transistorsender für das 2m-Band

Um mit einem quarzgesteuerten 2m-Transistorsender eine Leistung von ca. 1 Watt erzielen zu können, genügt eine dreistufige Anordnung. Voraussetzung dafür ist, das ein Quarzoszillator im 48-MHz- oder 72-MHz-Gebiet verwendet wird. Dann reicht eine einzige Frequenz-Vervielfacherstufe, um die PA auf der Sendefrequenz im 144-MHz-Bereich ansteuern zu können. Auf den Oszillator folgt also lediglich ein Verdoppler bzw. Verdreifacher, dem dann die Endstufe nachgeschaltet ist. Schaltungstechnisch deutlich aufwändiger wie ein Röhrensender dieser Leistungsklasse, vereinfacht sich mit einem solchen Transistorsender dafür der Aufwand bei der Stromversorgung. Eine Gleichspannung von 12 Volt reicht aus, so dass ein solcher Sender hervorragend für den mobilen und portablen Einsatz geeignet ist.

Solche Sender wurden um 1970 von diversen Herstellern, wie z.B. Semcoset / Lausen KG, CTR (Conrad) und HAEL (Hanschke Elektronik) als fertige und vorabgeglichene Baugruppen zum Selbstbau von UKW-Amateurfunkgeräten angeboten. Zunächst waren diese nur für die seinerzeit im 2m-Band überwiegend verwendete Amplituden-Modulation ausgelegt. Mit zunehmender Verbeitung der Frequenz-Modulation und dem Aufkommen des Relaisfunk-Betriebs kamen auch Modelle auf den Markt, die sowohl für AM als auch für FM ausgelegt waren. Diese unterschieden sich schaltungstechnisch zumeist nur wenig voneinander. Die Schaltung eines dafür typischen Senders von HAEL zeigt einen Oberton-Quarzoszillator (48MHz), einen Frequenzverdreifacher in Basisschaltung, eine HF-Endstufe, einen zweistufigen Mikrofonverstärker und einen Kollektorstrom-Modulator für AM.

Für FM erfolgt die Modulation durch eine Kapazitätsdiode, mit der die Quarzfrequenz durch das Mikrofonsignal hin- und hergezogen wird. Bei AM hat die Kollektorstrom-Modulation zur Folge, dass die Trägerleistung bei AM auf etwa 300mW reduziert ist, während sie bei FM etwa 1 Watt beträgt. Die bei vielen Sender-Baugruppen von Semco verwendete Methode mit Kollektor-Spannungsmodulation mittels eines Modulationstrafos ermöglichte hingegen, dass auch bei AM die volle Trägerleistung zur Verfügung stand. Der Transistor 2N4427 ist aufgrund seiner geringeren Spannungsfestigkeit dafür ungeeignet, da in den Modulationsspitzen mehr als die doppelte Versorgungsspannung am Kollektor auftreten kann. Mit Blick auf die Spannungsfestigkeit verwendbar wären dafür z.B. der 2N3866 oder besser noch der 2N3553. Unter Berücksichtigung des Leistungsanstiegs beim Modulieren muss für 1 Watt Trägerleistung aber bereits eine kräftigere Ausführung gewählt werden, da die Leistung bei 100%iger Modulation in den Spitzen auf bis zu 4 Watt ansteigt.

Infolge der heute höheren Anforderungen an die Reinheit des Sendesignals sollte am Senderausgang solcher Transistorsender ein kombinierter Band- und Tiefpass eingefügt werden. Ansonsten gelangen relativ starke Oberwellen und Reste des 48 MHz-Signals sowie der 96-MHz-Oberwelle davon an die Antenne. Außerdem empfiehlt es sich, einen Verpolungsschutz vorzusehen. Werden Plus und Minus vertauscht, kann das nämlich zur Zerstörung der als Verdreifacher in Basis-Schaltung arbeitenden Treiberstufe führen. In diesem Fall fließt nämlich ein nicht unerheblicher Strom über die Kollektor-Basis-Diodenstrecke des Transistors.

Wie zu erkennen ist, ist der Sender für drei schaltbare Quarzkanäle ausgelegt. Wie bei vielen Modellen anderer Hersteller ist außerdem ein VFO-Anschluss vorhanden, so dass auch von Quarzen unabhängiger, frequenzvariabler Betrieb auf beliebigen Frequenzen im Bereich von 144 bis 146 MHz möglich ist. Ein dafür geeigneter VFO wurde unter anderem wiederum von der Firma Semcoset unter der Bezeichnung Varios 48 als fertiger Baustein für Selbstbaugeräte hergestellt. Anstelle der sonst benutzten Quarzfrequenz im 48-MHz-Bereich wird anstelle dessen von dieser Schaltung eine abstimmbare Frequenz in diesem Bereich erzeugt und dem dann nur noch als Verstärker arbeitenden Oszillator-Transistor zugeführt. Die Amplituden-Modulation erfolgt dabei in der selben Weise, wie beim Quarzbetrieb. Für FM muss hingegen die Modulation direkt am VFO stattfinden. Wie die Schaltung des VFO zeigt, wird dazu das verstärkte Modulationssignal dem enthaltenen FM-Demodulator mit der Kapazitätsdiode BA149 zugeführt. Die Modulationsqualität ist bei FM im VFO-Betrieb übrigens deutlich besser, wie beim Quarzbetrieb.

Im Interesse großer Frequenzstabilität arbeitet der eigentliche VFO, der mit einem Transistor des Typs BF115 bestückt ist, bei 24 MHz. Diese Frequenz wird in der anschließenden Stufe mit dem BF167 verdoppelt, um dann in der sich daran anschließenden Verstärkerstufe mit dem BF173 selektiv verstärkt zu werden. In dieser Weise ist ein neben- und oberwellenarmes 48-MHz-Signal sichergestellt.

Als sich gegen Ende der 1970er Jahre der FM-Betrieb gegenüber AM auf dem 2m-Band allgemein durchgesetzt hatte, gab es von HAEL mit dem SB-6/1 noch einen 6-Kanal-Senderbaustein, der ausschließlich für Frequenzmodulation vorgesehen war. Abgesehen von der größeren Anzahl von Quarz-Steckplätzen - nun in der kleineren Baugröße HC-25/U anstelle von HC-6/U - bot er schaltungstechnisch kaum etwas Neues. Für solche Sender passende Quarze kann man übrigens noch heute (z.B. bei quartslab.com UK) bestellen. Es handelt sich um Sonderanfertigungen, die nach eigenen Frequenz-Wünschen hergestellt werden. Man kann die Quarze also für beliebige Sendefrequenzen im 2m-Amateurband bekommen.

Ausgehend von Versuchen mit einem solchen nur für FM ausgelegten Baustein baute ich die Schaltung mehrfach mit leichten Veränderungen und in konstruktiv unterschiedlicher Weise nach. Unabhängig von der Bauweise zeigte die so entstandene und unten gezeigte Schaltung eine überraschend große Nachbau-Sicherheit, sofern auf HF-gerechten Aufbau geachtet wurde (kurze Leitungsführung, hinreichende Abstände zwischen den Schwingkreisen, Anordnung benachbarter Spulen im 90-Grad-Winkel usw.). Am besten arbeitete der Sender in einer Art Kammerbauweise aus zusammengelöteten, beidseitig mit Kupfer beschichteten Epoxydharz Platten, wie sie als Rohmaterial zur Leiterplatten-Herstellung erhältlich sind. In einem Fall ergänzte ich die Schaltung mit einer zusätzlichen PA, so dass etwa 4 Watt HF-Leistung erzielt werden konnten. Diese Stufe war praktisch gleich aufgebaut, wie die letzte Stufe in der gezeigten Schaltung. Lediglich mussten die Schwingkreise etwas anders dimensioniert werden. Zudem musste zur Anpassung des extrem niederohmigen Eingangs eine Luftpule mit einer Windung in der Basisleitung des Endstufen-Transistors eingefügt werden. Als Transistor für solch eine Zusatz-PA in dem somit dann insgesamt vierstufigen Sender eignet sich z.B. der Typ 2SC1971.

Die Modulation all solcher Sender mit 48- oder 72-MHz-Quarzen war zumeist etwas verzerrt, da der Oberton-Oszillator sich nur recht wenig in der Frequenz ziehen läßt. Es ist dabei aber zu bedenken, dass damals für FM im 2m-Band größere Frequenzhübe gefahren wurden. Zunächst arbeitete man noch mit einem 50-kHz-Raster, dann recht bald für lange Zeit mit einem 25-kHz-Raster. Beim heutigen 12,5-kHz-Raster und den daran angepassten Frequenzhüben lassen sich mit solchen Sendern folglich deutlich bessere Ergebnisse erzielen. Die Modulations-Qualität lässt sich dabei deutlich verbessern, wenn anstelle der zweiten Stufe des Mikrofonverstärkers ein NF-Modulationsbegrenzer eingefügt wird. Er ist so einzstellen, dass die Begrenzung einsetzt, bevor es zu Verzerrungen durch den Kapazitätsdioden-Modulator kommt.

Generell sollte bei FM-Sendern dafür gesorgt werden, dass das NF-Modulationssignal begrenzt wird, da unabhängig von den Eigenschaften des FM-Modulators der maximal vorgesehene Frequenzhub nicht überschritten werden soll. Er muss zu den Eigenschaften der von Gegenstationen eingesetzten Empfänger passen. Entscheidend ist dabei die empfängerseitige ZF-Bandbreite. Um den maximalen Modulationshub auf einen passenden, festen Wert zu begrenzen, müsste eine Regelschaltung nach Art einer ALC (Automatic Level Control) praktisch verzögerungsfrei arbeiten. Ansonsten kann das Signal jeweils während der Einregelzeit den Bereich der ZF-Bandbreite verlassen und es kommt zu starken nichtlinearen Verzerrungen, worunter die Verständlichkeit speziell bei FM sehr leidet. Aus diesen Gründen findet man in moderneren FM-Sendern praktisch immer einen Modulationsbegrenzer. Solche Schaltungen wurden in der Amateurfunk-Literatur der Röhren-Epoche oft auch als Speech-Clipper bezeichnet. Während sie für SSB die Signaldichte zu vergrößern geeignet sind und daher eher nur zum Erzielen einer DX- bzw. Kontest-Modulation geeignet sind, sind sie bei FM mit den dort insgesamt besseren Klang-Eigenschaften auch für den Nahbereich optimal.

Die Schaltung zeigt einen solchen, mit einzelnen Transistoren aufgebauten Modulations-Begrenzer. Beim zweistufigen, galvanisch gekoppelten Vorverstärker wird der Arbeitspunkt so justiert, dass das Signal bei Übersteuerung für beide Halbwellen symmetrisch begrenzt wird. Sollte die Eingangsempfindlichkeit für das verwendete Mikrofon nicht ausreichen, kommt es zu überhaupt keiner Begrenzung. In diesem Falle sollte am Eingang eine NF-Vorstufe eingefügt werden. Auf den Begrenzerverstärker folgt ein aktiver Tiefpass, welcher die durch die Begrenzung entstehenden Oberwellen des NF-Signals unterdrückt. So wird die Bandbreite des modulierten HF-Signals klein gehalten. Mit dem eingangsseitigen Trimmer wird die Mikrofonverstärkung (Mike Gain) eingestellt, ausgangsseitig der Frequenzhub. Mikrofon-Empfindlichkeit, Hub und Begrenzersymmetrie sind somit unabhängig voneinander einstellbar.

Ich habe die Schaltung im wesentlichen aus einer Lorenz-UKW-Funkanlage des Typs SEM-57 übernommen und mit gutem Erfolg auch in anderen Selbstbau-Sendern bzw. -Transceivern eingesetzt. Gezeigt ist hier ein handverdrahteter Aufbau einer solchen Schaltung.