Amateurfunkstation DJ5AM

Steffen Braun, QTH Dresden

QCX – ein neuer Monoband- CW-Transceiver als Bausatz

Juli 2017 waren die ersten CW-Transceiver QCX bei QRP Labs erhältlich. Das Interesse an diesen Monobandern ist seitdem weiter gewachsen und Bausätze sind nur nach Wartezeit erhältlich. Der Beitrag beschreibt den Aufbau, die grundlegenden Funktionen und den Abgleich mit Bordmitteln

Hans Summers, G0UPL, der Entwickler des CW-Transceivers QCX, hat in den vergangenen Jahren nicht nur die QRP-Gemeinde mit preiswerten und einfach aufzubauenden Bakenbausätzen beglückt. Sie lassen sich in vielen Sendearten wie WSPR, QRSS-CW, CW, DFCW, FSKCW betreiben. Die Bausätze sind ausgesprochen gut dokumentiert und funktionieren in der Regel auf Anhieb. Auf der Ham Radio 2017 stellte Hans seinen neuen Transceiver QCX persönlich vor.Allein am ersten Tag gingen nach der Ankündigung auf www.qrp-labs.com 320 Bestellungen für den neuen Bausatz ein. Mit Stand Dezember 2017 waren es fast 2500, wobei die letzten dieses Produktionsloses Ende Dezember ausgeliefert wurden.

Bausatzbezug
Der Bausatz ist für 49 US-$ erhältlich. Nach der Anmeldung auf der oben genannten Website mit Post- und E-Mail-Adresse lässt sich er sich unter Angabe des gewünschten Bands bestellen. Entsprechend dem Empfängerland werden noch zusätzlich die Versandkosten ermittelt und nach Tageskurs in Euro umgerechnet im Warenkorb angezeigt. Der Betrag von etwa 50 € ist nach einer Bestätigungs-E-Mail per Paypal zu überweisen. Nach etwa zwei Wochen trifft ein Päckchen aus Japan ein, das in der Regel in Deutschland von der Zollabfertigung befreit ist. Auf www.qrp-labs.com/qcx.html steht ein 138-seitiges Handbuch in Englisch zum Download bereit. Peter Dressler, DL6DSA, erstellte dankenswerterweise die deutsche Handbuchübersetzung, die dort ebenfalls herunterladbar ist. Im Handbuch sind Bestückung, Inbetriebnahme, Abgleich, Fehlersuche, Funktion der Schaltung und Menüführung ausführlich beschrieben.

Schaltung

 


Herzstück des Transceivers ist der Oszillatorschaltkreis Si5351 von SiLabs [1] mit drei getrennt programmierbaren Ausgängen. Die komplette Steuerung aller Funktionen erfolgt mit einem ATmega328. Für den Sendebetrieb steuert der Prozessor den Oszillator-IC so an, dass er ein Rechtecksignal mit der Sendefrequenz direkt erzeugt Drei parallelgeschaltete MOSFETs BS170 bilden die Endstufe im E-Betrieb (Schalterbetrieb am resonanten LC-Kreis). Von dem 12-V-Rechtecksignal des Generators an den Gate-Anschlüssen der MOSFETs gelangt nach dem siebenpoligen Tiefpassfilter nur ein ausreichend sauberes Sinussignal an die Antenne. Die Empfängerschaltung weist einige der von SDR-Empfängern bekannten Merkmale auf. Nach dem auch vom Sendezweig genutzten Tiefpassfilter gelangt das Eingangssignal auf ein Bandpassfilter. Auf seiner Ausgangsseite stehen zwei gegenüber Masse um 90° versetzte Signale zur Verfügung. Die beiden zur Mischung erforderlichen, um 90° versetzten I- und QOszillatorsignale erzeugt der Si5351 direkt. Dass sich mit diesem Schaltkreis nicht nur Signale unterschiedlicher Frequenz, sondern auch mit starrer Phasenverschiebung erzeugen lassen, war mir bisher neu. Andere Schaltungen gewinnen die um 90° verschobenen I- und Q-Signale aus der vierfachen Oszillatorfrequenz durch 4:1-Teilung. Der Analogschalter/Multiplexer FST3253 [2] mischt die Eingangs- und Oszillatorsignale. Die beiden Mischerausgangssignale gelangen nach der Verstärkung mittels zweier Operationsverstärker über zwei 90°-Phasenschiebernetzwerke zu einem 500-Ω-Einstellwiderstand. Die Signale des gewünschten Seitenbands werden dort addiert, die des anderen Seitenbands heben sich bei diesem Prinzip auf. Zu doppelten Signalen, wie sonst bei einfachen Direktmischempfängern systembedingt üblich, kommt es hier somit nicht. Die Einstellung des dafür eingesetzten Spindeleinstellwiderstands ist eine der wenigen Abgleicharbeiten. Das unerwünschte Seitenband lässt sich um mehr als 40 dB unterdrücken. Nach der Zusammenführung der Signale folgen das aktive 200-Hz-CW-Filter und der NF-Verstärker. An dieser Stelle gelangt auch der vom Prozessor erzeugte Mithörton in den NF-Zweig.

Aufbau

Der Aufbau vieler Bausätze scheitert daran, dass für die Bedienelemente eine Vielzahl von Verbindungsleitungen zu ziehen sind. Viele erfolgreiche Bausätze sind deshalb auf einer einzigen Platine ausgeführt, auf der sich direkt alle Bedienelemente und Anschlüsse befinden. Wer auf ein Gehäuse verzichtet, kann alle Bauelemente auf der Leiterplatte des QCX einlöten und den Transceiver so betreiben. Bis auf zwei Schaltkreise handelt es sich ausschließlich um bedrahtete Bauelemente. Die beiden SMD-ICs (Si5351, FST3253) sind bereits auf der Leiterplatte aufgelötet. Die Bestückung ist für jedes Bauelement mit einer Schritt-für-Schritt-Anleitung auf 60 Seiten grafisch dokumentiert. So sind beispielsweise die Lage aller zwölf Widerstände mit dem Nennwert 1 kΩ im Bestückungsplan rot umrandet, siehe Bild 4. Durch die ausführliche Beschreibung im Handbuch und die Bestückung identischer Bauteile in einem Schritt sind Bestückungsfehler weitgehend ausgeschlossen. Aus meiner Sicht ist nur das Wickeln der Ringkern - spule im Eingangskreis mit vier Einzelwicklungen etwas komplexer. Doch selbst eher ungeübte Bastler können dies durch die bebilderte Wickelanleitung realisieren.

Inbetriebnahme


Ähnlich umfangreich wie der Aufbau sind in der Baumappe die Inbetriebnahme und die Funktion aller Baugruppen erläutert. Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung ist zuerst der Kontrast des LC-Displays einzustellen. Es erscheinen im Display ein Begrüßungstext und einmalig die Abfrage der Bandversion. Danach sind vier einfache Abgleichschritte durchzuführen. Zusätzliche Messmittel sind dabei nicht erforderlich. Es reichen die auf der Leiterplatte vorhandenen Komponenten aus: Voltmeter, HF-Leistungsmesser, Frequenzzähler, Signalgenerator. Ein Beispiel aus der kurzen Abgleichprozedur: Entsprechend der Anleitung sollte ich den maximalen Pegel in einem bestimmten Menüpunkt einstellen. Der betreffende Trimmkondensator des Eingangsbandpassfilters war jedoch bei meinem Gerät nicht auf das geforderte Maximum abgleichbar. Der Anzeigewert wurde zwar größer, jedoch selbst bei geringster Kapazität kein Maximum erreicht. Für diesen Fall ist in der Abgleichanleitung neben dem Foto Platten komplett offen in Bild 3 erläutert, dass man einige Windungen von einer Spule entfernen soll. Danach war dieser Abgleichschritt ohne Probleme durchführbar. Im Handbuch ist ebenfalls der Abgleichprozess zur Unterdrückung des unerwünschten Seitenbands beschrieben – hier bietet eine Balkenanzeige im LC-Display Unterstützung. Weitere Abgleichhilfsmittel sind auch hier nicht erforderlich. In ähnlicher Weise erfolgt der restliche Abgleich.

Gehäuse
Ein fertiges Gehäuse ist für den Bausatz nicht erhältlich und eigentlich für den Betrieb auch nicht notwendig. Im QRP-Forum stellen einige Funkamateure Varianten vor, die von Gehäusen aus transparentem Kunststoff, Aluminiumprofilen bis hin zu solchen aus dem 3-D-Drucker reichen [3]. Eigene Gehäusekreationen sind einfach zu verwirklichen. Da für alle Bedienelemente zusätzlich Lötanschlüsse vorgesehen sind, lassen sich zusätzliche Taster und Buchsen in der Gehäusefront montiert über kurze Drähte mit der Grundplatine verbinden, ohne die bereits eingelöteten Bauelemente entfernen zu müssen.

Betriebseigenschaften
Ein Vergleich zu dem von mir ebenfalls genutzten Yaesu FT-817 an derselben Antenne zeigt, dass der Empfänger des QCX eine hohe Empfindlichkeit besitzt. Andreas Lindenau, DL4JAL, hat seinen QCX durchgemessen und als Ergebnis –123 dBm für die Grenzempfindlichkeit (engl. Minimal Detectable Signal, MDS) im QRP-Forum veröffentlicht [3]. Das 200-Hz-CW-Filter fand ich bei der Suche nach Stationen gewöhnungsbedürftig. Weiterhin macht sich die fehlende Regelung bemerkbar. Die Menüführung ist intuitiv. Wer die Einstellungen bei der Inbetriebnahme vorgenommen hat, kommt schnell damit klar, dass der Funktionsaufruf über kurze oder lange Betätigungen der Taster erfolgt. Der eingebaute Morsetaster ist mehr zum Testen als zum QSOs fahren geeignet. Der abschaltbare CW-Decoder funktioniert nur bei sauber gegebenen und einwandfrei zu empfangenen Zeichen. Er lässt sich jedoch auch zur Kontrolle der eigenen Gebeweise heranziehen.

Testergebnisse
Die vom Hersteller angegebenen 5 W Ausgangsleistung sollen bei 15 V Versorgungsspannung erreichbar sein, bei 13,8 V immerhin noch 4 W. Bei meinem Transceiver konnte ich bei 13,8 V nur reichlich 2 W messen. Im Handbuch ist beschrieben, dass die Induktivitäten der Tiefpassfilterspulen manchmal zu groß sind. Durch die dann niedrigere Grenzfrequenz kommt es bereits auf der Arbeitsfrequenz zu einer Dämpfung, die sich durch schrittweises Abwickeln der Spulen verringern lässt. Im QRP-Forum berichteten Funkfreunde vom Erfolg dieser Maßnahme. Dieser Umbau steht bei mir noch aus. Im Sendefall ist die erste Oberwelle um 53 dB (gemessen mit einem Rigol DSA815-TG) abgesenkt – ein sehr guter Wert. Bei Direktmischempfängern gelangt im Empfangsfall ein Teil des Oszillatorsignals über den Mischer nicht nur in den NFZweig, sondern auch zum Antennenanschluss. Mit meiner Messtechnik konnte ich noch –54 dBm feststellen. Damit wird die Zielgröße laut Amateurfunkverordnung von –57 dBm nur knapp verfehlt.

Nützliche Zusatzeigenschaften

Wie bereits kurz angedeutet, stehen auf der Leiterplatte noch einige zusätzliche Funktionen bereit, die die einzelnen Baugruppen und die Firmware des Transceivers schon von Hause aus mitbringen und durch die sich die Inbetriebnahme stark vereinfacht. So ist der Ausgang des variablen Oszillators zugänglich und der Si5351 somit als Testgenerator von 100 Hz bis 200 MHz nutzbar. Weiterhin steht der Zählereingang des Prozessors zur Verfügung, um ausreichend starke Signale mit einer Frequenz bis etwa 8 MHz zu messen. Außerdem ist ein A/D-Umsetzereingang als Spannungsmesser bis 20 V nutzbar. Der gleiche Eingang kommt samt vorgeschalteter Diode und Glättungskondensator als Leistungsmesser mit geringer Genauigkeit zum Einsatz. Die serielle Schnittstelle des Prozessors kann das Signal eines optionalen GPSEmpfängers auswerten, um einen Feinabgleich der VFO-Frequenz vorzunehmen. Voraussetzung ist, dass der GPS-Empfänger nicht nur die Standortdaten, sondern über einen Ausgang zusätzlich einen Sekundenimpuls (PPS) ausgibt. Weiterhin lässt sich mit dem GPS-Signal die bei der Aussendungen von WSPR-Signalen erforderliche Zeitsynchronisation realisieren.

Fazit
Der Transceiver QCX ist ein gelungener Bausatz, der nicht nur vom Preis, sondern auch von der Funktion und von der Qualität des Handbuchs Maßstäbe setzt. Die Empfindlichkeit ist mehr als ausreichend. In der Regel sind mehr Stationen zu hören, als letztendlich mit der niedrigen Sendeleistung erreichbar sind. Und wer keinen großen Wert auf ein Gehäuse legt, der kann die bestückte Platine unmittelbar nach dem Aufbau einsetzen. Für den eher rauen Portabeleinsatz sollte die Leiterplatte jedoch geschützt untergebracht werden.

Literatur
[1] FA-Bauelementeinformation: Si5351A/Si5351B/ Si5351C: I2C-programmierbare CMOS-Taktgene - ratoren und VCXO. FUNKAMATEUR 64 (2015) H. 2, S. 173–174
[2] FA-Bauelementeinformation: FST3253/FST3257: Analoge Multiplexer/Demultiplexer. FUNKAMA - TEUR 56 (2007) H. 2, S. 173–174; H. 4, S. 389
[3] QRP-Forum: QCX – QRP Labs transceiver kit für 49 US-$. www.qrpforum.de/index.php?page= Thread&threadID=11467

03.04.2018