UKW-Minisender

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Eine Studie 

Letzte Änderumg: 18. Juni 2020

Bauvorschläge für Mini-UKW-Sender gibt es praktisch wie Sand am Meer – sowohl im Internet, als auch in der „alten“ Elektronik-Literatur auf Papier. Meistens sind sie für den UKW-Rundfunk-Bereich dimensioniert, benötigen nur einen Transistor, und häufig eine Kapazitätsdiode. Und weil das ganze so einfach aussieht, finde ich, man sollte es mal probiert haben.

Erster Versuch im UKW-Rundfunkband

Ausgangspunkt meiner Versuche war ein Schaltungsvorschlag aus [Wahl2003]. Die dort dargestellten Schaltungen müssen allerdings auch in den 80er-Jahren schon alt gewesen sein – es wimmelt nur so von Germaniumtransistoren. Ich habe mir eine Schaltung mit einem Sperrschicht-FET (JFET) ausgesucht; sowas ist ja immer noch zu bekommen. Als Mikrophon war ein „Kristallmikrofon“ angegeben, und zur Frequenzmodulation diente eine Kapazitätsdiode.

Schaltungsaufbau

Das erste Problem ist das ↥Kristallmikrofon. Diese Dinger müssen in den 50er und 60er-Jahren recht beliebt gewesen sein. Heute sind sie nicht mehr gebräuchlich, und in der Bastelkiste habe ich auch keins gehabt. Also war mein erster Versuch, stattdessen ein Piezoelement in Form einer bloßen Piezoscheibe zu verwenden. Für einen Schallschnellewandler ist es aber offensichtlich zu steif, und für einen Schalldruckwandler wäre ein Gehäuse nötig. Letztendlich habe ich mich doch für die Verwendung einer Elektret-Mikrophonkapsel entschlossen. Wie zu erwarten, war der Hub der Modulation, also die Lautstärke, deutlich zu gering. Dem habe ich mit einem Vorverstärker abgeholfen.

Piezo.jpg

Piezoelement, wie es als Signalgeber verwendet wird.

Das zweite Problem ist die Beschaffung einer Kapazitätsdiode. Recht einfach sind Kapazitätsdioden im SMD-Gehäuse zu bekommen. Bei bedrahteten Bauteilen wird es allerdings schwierig. Bei den großen Hobby-Versendern Reichelt und Conrad bekommt man sie nicht mehr. Wenn man sich mehr Mühe gibt, wird man wohl Händler finden, aber vor allem in der Bastelkiste sind sie üblicherweise nicht vorhanden. Aber es sollte ja möglich sein, auch eine andere Diode zu verwenden, denn der prinzipielle Effekt, daß mit steigender Spannung in Sperrichtung die Sperrschicht größer und damit die Kapazität kleiner wird, ist ja jeder Diode zu eigen. Ein interessanter Hinweis findet sich in der Wikipedia zur ↥Z-Diode: Sowohl Z- als auch Kapazitätsdioden haben eine kleine Sperrschichtdicke und damit eine große Kapazität. Also habe ich probehalber mal eine Z-Diode eingesetzt, und zwar eine ZDP10, weil sie gerade da war.

UKW-Schaltplan.png

Schaltplan: UKW-Sender im Rundfunkband.

Die sich ergebende Schaltung ist hier im Schaltplan dargestellt. Der Aufbau erfolgt auf Lochrasterplatine und sollte recht kompakt sein. Die im Schaltplan sternförmig dargestellte Masseführung sollte einigermaßen gut umgesetzt werden, vor allem für die Spule, die Z-Diode und den Abblockkondensator. Die Schaltung kann in einer Streichholzschachtel bequem untergebracht werden. Als Batterie dient eine Knopfzelle.

UKW-Streichholz.jpg

UKW-Sender in einer Streichholzschachtel.

Betrieb

Hinweis! Es ist natürlich nicht erlaubt, einfach einen UKW-Sender zu betreiben. Folglich sollte man an diese Schaltung keine Antenne anschließen, sondern nur einen kurzen Draht an die Antenne eines UKW-Radios füren.

Um Rückkopplungen zu vermeiden, kann der Lautsprecher in einem andern Raum stehen, oder man verwendet Kopfhöhrer. Ein Dauerbetrieb verbietet sich natürlich von selbst; allerdings wird man daran auch wenig Freude haben, wie wir gleich sehen werden.

Die Frequenz des Senders wird eingestellt, indem die Spule etwas zurechtgezupft wird. Je länger die Spule gezogen wird, desto höher ist die Frequenz. Wird die Spule gestaucht, sinkt die Frequenz. Dabei reagiert der Sender natürlich recht stark auf die Kapazität seiner Umgebung. Es ist also ratsam, eine Kunststoffpinzette oder ähnliches zu benutzen, um die Spule zu manipulieren. Es ist hilfreich, wenn man auch den Tastkopf eines Oszilloskops in die Nähe des Senders bringt. Man kann ihn z. B. an dem isolierten „Antennen“-Draht festhaken. Auf dem Oszilloskop kann man wenigstens so ungefähr die Freqzenz ablesen, so daß man weiß, ob man das Rundfunkband überhaupt getroffen hat. Wenn man den Sender im Radio gefunden hat, sollte man sich erstmal nicht viel bewegen. Der Sender wird noch leicht wegdriften, was man am besten am Radio nachregelt.

Jetzt kann man aufstehen und sich vom Sender entfernen. Dabei wird sicherlich die Frequenz nochmal etwas wegdriften, was man am Radio nachregelt. Wenn sich Sender und Empfänger dann gefunden haben, funktioniert die Übertragung allerdings erstaunlich gut: Sprache und Musik in Zimmerlautstärke, die vom Mikrophon aufgenommen werden, werden gut verständlich wiedergegeben.

UKW-Sender im 2-m-Amateurfunkband

Um den Sender legal und damit auch länger und mit Antenne betreiben zu können, ist es naheliegend, die Frequenz in das 2-m-Amateurfunkband zu verlegen. Dazu sind, falls noch nicht geschehen, zwei wichtige Vorbereitungen zu treffen: Das Ablegen einger Amateurfunkprüfung und die Beantragung eines Amateurfunkrufzeichens (ja, die wirklich coolen Leute haben ein Amateurfunkrufzeichen). Siehe dazu: ↥DARC und ↥BNetzA.

Zur Anpassung der Schaltung auf etwa 145 MHz wird als erstes der Schwingkreis neu dimensioniert. Die Spule bekommt eine Windung weniger und der Kondensator wird etwas kleiner. Da die große Frequenzdrift dieser einfachen Schaltung ja schon bekannt ist, enthält der Schwingkreis auch einen Trimmkondensator, um die Feinabstimmung einfacher zu gestalten. Auf den Vorverstärker für das Mikrophon kann verzichtet werden. Im 2-m-Band wird Schmaldband-FM (NBFM) gemacht, da sollte die Ausgangsspannung der Elektretkapsel ausreichen. Die sich ergebende Schaltung ist im folgenden gezeigt.

2m-Schaltplan.png

Schaltplan: FM-Sender im 2-m-Band.

Schaltungsaufbau

Auch der 2-m-Sender findet bequem in einer Streichholzschachtel Platz. Die Hälfte der Fläche wird von der Knopfzelle eingenommen. Leider schwingt die Schaltung bei 1,5 V nicht mehr zuverlässig an, wie es der UKW-Sender getan hat. Das liegt zum einen an der geringeren Spannung am Gate des FET, da die Spule ja, bei gleicher Position der Anzapfungen, eine Windung weniger hat. Außerdem dürfte die Schleifenverstärkung zurückgehen. Die Steilheit des FET ist laut Datenblatt zwar bis 400 MHz konstant, aber die Phasenschiebung durch den FET steigt an, so daß der Schwingkreis immer weiter weg von seiner Eigenfrequenz betrieben wird. Letztendlich ist also eine 3-V-Zelle nötig.

2m-Streichholz.jpg

2-m-Sender in einer Streichholzschachtel.

Betrieb

War der Frequenzabgleich im Rundfunkband noch etwas fummelig, so ist er jetzt – echt schwierig. Das Oszilloskop ist kaum noch eine Hilfe bei der Frequenzbestimmung, da das 2-m-Band ja nur 2 MHz breit ist, was etwa der Meßgenauigkeit des Oszilloskops entspricht. Hier ist ein VHF-Empfänger mit spektraler Darstellung sehr nützlich. Der Sender ist gut zu erkennen als starker Peak, der langsam durchs Spektrum driftet.

2m-Empfang.jpg

Empfang des 2-m-Senders.

Zuerst wird die Spule zurechtgezupft, so daß man mit dem Kondensator das 2-m-Band überstreichen kann. Heißt: eine kleine Drehung am Kondensator befördert die Sendefrequenz von oberhalb nach unterhalb des Bandes. Dabei ist natürlich immer die Körperkapazität zu beachten. Nach jeder Frequenzmessung sollte man sich also einen halben Meter vom Aufbau entfernen. Dann kann man in wirklich ganz kleinen Schritten am Drehkondensator die Feineinstellung vornehmen. Die Drehbewegungen sind wirklich nur der kleinste Hauch, den man mit viel Geschick hinbekommt. Der Ehrgeiz, einen Bestimmten Kanal zu treffen, etwa die OV-Frequenz, ist völlig fehl am Platze. Man darf zufrieden sein, wenn man das 2-m-Band trifft!

Zuletzt bleibt noch zu prüfen, wie schlimm es mit der Oberwellenaussendung aussieht. Die zweite Harmonische, die ja etwa bei 290 MHz liegt, kann ich leider nicht empfangen. Die dritte Harmonische liegt aber im 70-cm-Band bei etwa 435 MHz. Und siehe da, auch hier ist der Sender zu sehen (und zu hören).

2m-Empfang-Oberwelle.jpg

3. Harmonische des 2-m-Senders.

Anstatt mit S9 + 60 dB ist sie nur mit S3 zu hören – das sind 96 dB! Nun weiß ich natürlich nicht, wieviel davon der Antenne zuzuschreiben ist. Dennoch überrascht mich diese starke Oberwellendämpfung.

Quellen

[Wahl2003] Günter Wahl: „Minispione“, Franzis' Verlag GmbH, 2003