Antenne is als altijd het belangrijkst

Zenden en ontvangen met eenvoudige middelen

Zenden en ontvangen met zo eenvoudig mogelijke middelen. Goedkoop, makkelijk te repareren, en uitermate leuk om te doen. Vooral zenders en ontvangers voor morsetelegrafie zijn uiterst simpel te maken. Tegenwoordig ligt spraak natuurlijk meer voor de hand, en ook dat hoeft niet echt ingewikkeld te zijn. Doe alles, samen met een accu, een paar zonnecellen en een draadantenne in een koffer, desnoods met soldeerbout en reserve-onderdelen en je hebt een compleet selfsupporting zendstation. Eenvoudig een zender maken kan natuurlijk ook door bestaande apparatuur om te bouwen. Bijvoorbeeld een mobilofoon, maar ook een magnetron-oven...
  
Ik heb wat zendamateurisme betreft twee grote fascinaties: apparatuur die 24 uur per dag aan moet kunnen staan, en apparatuur, gemaakt met de meest eenvoudige middelen, die makkelijk en ook onder moeilijke omstandigheden zijn te gebruiken. De meeste (zend)apparatuur voor radioamateurs is niet geschikt om lange tijd ingeschakeld te zijn, en dus is het een uitdaging om een zender zodanig te dimensioneren dat hij vierentwintig uur per dag aan kan blijven staan. Dit is ook echt nodig bij apparatuur voor bijvoorbeeld een repeater of een baken. Het belangrijkst hierbij is de warmteafvoer. Als de warmte niet weg kan, bouwt deze zich op, en zal de temperatuur van een component gewoon steeds hoger worden. Dat is niet erg als je af en toe de microfoon loslaat, maar blijft een apparaat voortdurend ingeschakeld, dan kan de boel snel kapot gaan. Erger is het als een apparaat niet meteen stukgaat, maar de levensduur bekort wordt door voortdurende overtemperatuur. Dan moet je later naar je op een moeilijke locatie opgestelde apparatuur toe. Daarom gebruikt men bij apparatuur voor 100% duty-cycle dus extra grote koelplaten, zodat de warmte makkelijker kan worden afgevoerd. Verder is het zaak om een apparaat flink over te dimensioneren: een gewone zender van 25 watt kan natuurlijk een eeuwigheid op een zendvermogen van een half watt gebruikt worden. Ook moet je als je de keuze hebt onderdelen gebruiken, die veel betrouwbaarder zijn. Een ringkerntrafo in plaats van een traditionele bijvoorbeeld. Die heeft daarnaast ook nog een hoger rendement, dus minder warmteontwikkeling.
  
  
Zelf transistoren maken
  
Het allerleukst zijn voor mij toch wel zenders en ontvangers die je met de meest simpele middelen maakt. Het liefst zou ik vroeger ook de transistoren nog zelf gemaakt hebben, en ik heb ik daar ook inderdaad een paar keer serieus naar gezocht. Met een beetje verontreinigd germanium, en met een dun pennetje is het mogelijk om met veel moeite je eigen transistoren te maken. Aan de andere kant is dat wel heel erg veel gedoe, de kans van slagen is niet zo groot. En als je dan een keer een transistor hebt gemaakt, dan kun je de HF-eigenschappen niet goed voorspellen, en de vermogenseigenschappen al helemaal niet. Als je niet oppast kom je daar pas achter op het moment dat je je moeizaam gemaakte onderdeel alweer hebt opgeblazen.

Waarom geen IC's gebruikt? Daar zit een beetje een rare gedachtekronkel achter. Toen ik jaren geleden een van die zeer eenvoudige ontwerpen (de Optimist, uit Reflecties in Electron in 1973) kort na publicatie wilde nabouwen, bleek dat het IC'tje dat erin gebruikt werd, een cascade van drie transistoren al niet meer verkrijgbaar was. Om die reden besloot ik toen meteen dat er geen IC's in zo'n apparaat mochten zitten, want dan zou ik op een gegeven moment een briljant ontwerp hebben, en dan kan ik het vervolgens een paar jaar later bij een eventueel defect al niet meer repareren, omdat een onderdeel niet meer voorhanden is. Transistoren zijn natuurlijk ook alom verkrijgbaar. En als je ergens niet aan kan komen gebruik je uiteraard gewoon een equivalent.

Eén transistor
  
De meest voor de hand liggende manier om een zeer eenvoudige zender te maken is natuurlijk om er eentje te bouwen voor de goede oude morsecode. Als je spraak wilt uitzenden, dan kan dat wel, maar dat kost altijd (veel) meer onderdelen dan met telegrafie, en bovendien moet je meer zendvermogen gebruiken om dezelfde verbinding te kunnen maken. Verder heeft de kortegolf als voordeel dat je met met morse met eenvoudige antennes, meestal gemaakt gewoon van montagedraad, en met kleine zendvermogens enorme afstanden kunt overbruggen. En voor de echte zelfbouwer maakt het vaak niet eens uit als de vaardigheid in morsetelegrafie een beetje is weggezakt: dat je het apparaat inderdaad werkend krijgt is meestal het belangrijkst, waarna je aan het volgende project kunt beginnen.

Figuur 1, zeer eenvoudige telegrafiezender met één transistor. (klik = vergroting)

Het zendertje waar ik destijds veel op voortgeborduurd heb, bestond uit slechts een transistor en een kristal. Natuurlijk staan daar nog wat componenten omheen. In de jaren na 1973 zijn er wel wat hogere eisen gekomen ten aanzien van de uitstraling van de stoorfrequenties, maar een werkend zendertje zou er zoiets uit kunnen zien als in figuur 1.

Om er een 'mooie' zender van te maken, dat wil zeggen eentje met een mooier seinschrift en die wat minder storing geeft, zou je daar een klein netwerkje voor 'shaping' (r-c-r t-filter) aan toe kunnen voegen. Hierdoor wordt de bandbreedte van het zendertje kleiner omdat klikken van het seinschrift deels wordt vermeden, en het signaal klinkt daardoor ook beter. Verder moet er een klein trapje komen tussen oscillator en antenne. Hierdoor 'sjirpt' de zender minder, omdat de oscillator minder wordt belast. Ten slotte is een laagdoorlaatfilter op het eind, net voor de antenne ook geen luxe. Weliswaar komen harmonischen grotendeels in de andere amateurbanden terecht, maar het is toch ongewenst, en ook niet toegestaan. Niettemin is ook een complete zender volgens dit principe  toch ook niet eens zo heel erg ingewikkeld. (zie figuur 2)

Figuur 2, een 'keurige' zender met drie transistoren. (klik = vergroting)

Vanzelfsprekend heeft dit soort zendertjes een laag vermogen, in de orde van één, hooguit twee watt. Maar dat is voldoende om op 20 meter, maar ook op de andere kortegolfbanden door heel Europa verbindingen te maken, zeker als er een goede antenne wordt gebruikt.
  
  
Ontvanger
  
Om een ontvanger voor telegrafie toe te voegen heb je slechts een mixer nodig en een piek- of laagdoorlaatfilter voor audiofrequenties, en een klein versterkertje (figuur 3). Voor ontvangst wordt gewoon opnieuw de zendoscillator gebruikt. Deze wordt daarvoor met een weerstand op laag vermogen geschakeld. Eigenlijk hoort er tussen de mixer en de antenne nog een trapje te komen, anders zendt de transceiver tijdens ontvangst nog steeds een signaal uit. (figuur 3)

Het principe van deze ontvanger wordt directe conversie genoemd. Een dergelijke ontvanger heeft overigens wel een paar nadelen. Bijvoorbeeld is de kast gevoelig voor mechanische trillingen in de oscillator. Dat komt omdat het signaal uit de oscillator ook weer op allerlei manieren naar buiten lekt. Gevolg daarvan is dat trillingen via dat naarbuiten komende signaal in de vorm van modulatie weer terugkomen in de ontvanger. Om die reden zijn dit soort ontvangers meestal uitgerust met een koptelefoon, want bij een luidspreker in de kast zou dit bij een hoge volumestand al snel kunnen leiden tot doodgewoon rondzingen (de bekende Heathkit HW-7 is een apparaatje dat bijvoorbeeld aan dit euvel leidt). Er zijn twee remedies tegen dit effect: de ene is om de al eerder genoemde versterker voor de mixer te plaatsen. Een tweede is dat de kast goed moet worden afgeschermd, en alle leidingen naar buiten moeten goed worden ontstoord. Wat verder natuurlijk helpt is mechanische stevigheid, bijvoorbeeld door een stevige behuizing te gebruiken, en dus geen dunne grote blikken platen. Maar een zware kast is natuurlijk wel weer bezwaarlijk wanneer je het apparaatje mee wilt nemen. Het best is overigens om een combinatie van al deze zaken te gebruiken, Maar toch is dat nog niet 100% afdoende.

Figuur 3, zeer eenvoudige zendontvanger. (klik = vergroting)

Een derde methode ter voorkoming van microfonie is om een speciaal soort mixer te gebruiken, die zelf het signaal van de oscillator met twee vermenigvuldigt. Hierbij treedt de 'microfonie' nagenoeg niet op. Een dergelijke mixer is voor het eerst bedacht door de Rus Poljakov, en naar wie de mixer ook genoemd is. Nadeel van de gebruikte methode is wel, dat een eventuele zendontvanger weer ingewikkelder wordt als je dezelfde oscillator ook wilt gebruiken voor de zender. Ook daar moet het signaal namelijk eerst met twee worden vermenigvuldigd 

Spraak
  
Ook voor spraak hoeft een zender niet heel ingewikkeld te zijn. Het eenvoudigst  te maken zijn zenders voor AM- of FM-modulatie natuurlijk. Amplitude modulatie (AM) is echter eigenlijk niet meer van deze tijd. Het wordt professioneel eigenlijk alleen nog op grote schaal gebruikt in de luchtvaart, en het wordt ook daar binnen afzienbare tijd afgeschaft. AM-zenders zijn niet moeilijk te maken, hoewel een FM-zender nog veel eenvoudiger is. AM is daarentegen weer eenvoudiger te ontvangen, zeker als je niet van IC's gebruik wilt maken. Een niet zoveel gebruikte optie is dubbelzijband zonder draaggolf. Enkelzijbandmodulatie (SSB) is erg moeilijk te maken. Bovendien zijn de ontvangers ook nogal gecompliceerd, hoewel de hierboven genoemde directe conversie-ontvanger met laagdoorlaatfilter ook SSB-signalen kan ontvangen, zij het minder goed.

Dubbelzijband zonder draaggolf is eigenlijk niet veel anders dan AM, en het is dus vrij eenvoudig te maken. Iemand met een SSB-ontvanger die niet heel precies oplet, zal vermoedelijk niet eens verschil merken met een SSB-signaal. Nadeel van spraak tegenover morse is natuurlijk wel dat meer vermogen nodig is. Bovendien mis je nog extra dB's, doordat er bij dubbelzijband op een SSB-ontvanger slechts de helft van het signaal wordt ontvangen. Om die reden moet het signaal dus meer versterkt worden dan bij morse, en dat moet ook nog linear gebeuren, wat meer energie kost en moeilijker te bouwen is. Er is dus veel te zeggen voor de keuze voor morsetelegrafie.

Figuur 4, directe conversie-ontvanger met Poljakov-mixer. (klik = vergroting)

Het allerbelangrijkst bij dit soort experimenten is uiteraard de antenne. Een goede antenne is essentieel bij werken met lage vermogens. Voordeel van de kortegolf is dat een spriet, maar ook een draadantenne het uitstekend doet. Vooral draadantennes zijn daarbij erg gemakkelijk te maken en ook op te bouwen. Kun je geen dipool kwijt dan wel een inverted-V, en anders wel een langdraad met een antennetuner. Die laatste het liefst in combinatie met een aansluiting op een goede aarde. Het leuke van zo'n langdraad is dat hij heel makkelijk is mee te nemen naar bijvoorbeeld de camping. Er zijn mensen die daar gewoon een rolletje koper wikkeldraad voor meenemen, en die dan met een ook meegenomen pijl en boog  een hoge boom in schieten.
  
  
Bestaande apparatuur
  
Behalve dit soort simpele middelen, is het ook mogelijk om uit te gaan van bestaande apparatuur. Het voordeel is dat je er niet veel voor hoeft te doen. Nadeel daarvan is soms dat dit soort apparatuur, net als de bijbehorende reserveonderdelen, niet altijd (makkelijk) te krijgen is, wat op de lange duur de betrouwbaarheid verkleint (uiteraard kun je op termijn ook weer kiezen om ook dan weer nieuwe apparatuur te kopen). Ook bij sommige bestaande apparatuur moet je experimenteren, maar dat is aan de andere kant natuurlijk ook weer een leuk aspect aan de hobby. Al jarenlang zijn er oude mobilofoons, en ook mobiele telefoons te koop die naar de amateurbanden omgebouwd kunnen worden. Mobilofoons kunnen voor slechts een kanaal bedoeld zijn, maar hebben intern vaak ook een synthesizer, waardoor het voldoende is om wat soldeerwerk uit te voeren of een eprom om te programmeren om het apparaat door de hele amateurband op twee meter of zeventig centimeter te laten werken.

Figuur 5, zender voor dubbelzijbandmodulatie. (klik = vergroting)

Een heel bijzondere vorm van ombouw is een ontwerp van een Amerikaanse amateur voor een FM-ATV-zender voor de 13 cm band. Eigenlijk is het briljant gevonden. In plaats van moeizaam zelf iets te bouwen gebruikte hij daarvoor de goedkoopste magnetronoven die hij kon krijgen. Het type is daarbij misschien niet eens zo belangrijk. In plaats van het zendvermogen toe te voeren aan de antenne in de ovenruimte, voert hij dit via een coax-plug naar buiten uit. Er moet natuurlijk nog wel wat geïmproviseerd worden om de magnetronbuis ook inderdaad in frequentie te kunnen moduleren over zo'n groot frequentiegebied, maar zo heb je voor behoorlijk weinig geld toch een zender van zo'n drie à vierhonderd watt! Het uitgangssignaal is bij een dergelijk ontwerp niet ontzettend stabiel van frequentie, maar dat is bij FM-ATV natuurlijk ook niet zo heel erg belangrijk.

Tekst: John Piek

vorige - home - volgende

Dit artikel is geschreven in april 2003.

Links:
www.qrparci.org
Short wave receiver
Ultra simple transmitter