Einleitung
Beim Mittelwellensender JOE gab es zum 1.7.2020 eine Frequenzumstellung von 1476 kHz auf 1485 kHz. Damit verbunden waren einige technische Änderungen. Aus diesem Grund wird im folgenden Artikel auf den Stand vor und nach dem 1.7.2020 eingegangen.
Die Frequenz wurde geändert, weil seit Ostern 2020 der OM Reinhard Pirnbacher, OE5TPM, auf dieser ehemals österreichischen Frequenz sein „Museumsradio“ eröffnete. Diese Frequenz sollte durch den Mittelwellensender JOE nicht gestört werden.
Technische Erläuterungen
Antennenanlage
Vor dem 1.7.2020
40 Meter langer Edelstahldraht schräg hinüber bis knapp unter die Turmspitze gezogen.
Bei 1476 kHz sind das etwa λ/5.
Nur wenige Drahtwindungen am Fußpunkt genügen aber, den Draht bei 1476 kHz in Resonanz zu bringen:
Nach ca. 30 m dicker Koaxkabelzuleitung, welche selbst nur um 0,4 dB dämpft, erhält man dann schon 13 dB Reflexionsdämpfung bei 1476 kHz:
Nach Kompensation des noch verbleibenden induktiven Blindanteils mit 4,7 nF Serienkapazität am Einspeisepunkt des Senders verbessert sich die Anpassung auf über 35 dB:
Als Gegengewicht dient die Metalleinfassung des Flachdachs mit dem weit verzweigten Blitzableiternetzwerk.
Zum Schutz vor Blitzeinschlägen in den Antennendraht sind zusätzlich zwei über 10 m hohe Blitzschutzfangstangen aufgestellt.
Ab dem 1.7.2020
Bei der Antennenanlage musste eine kleine Änderung vorgenommen werden, weil auf das Dach des Institutsgebäudes beim bisherigen Antennenfußpunkt ein 5 m Parabolspiegel installiert wurde. Der Fußpunkt ist jetzt etwa 5 m in nordöstliche Richtung versetzt ca. 1,5 m neben dem Rand des Daches. Wegen des Frequenzwechsels wurde die an dem schwarzen Isolator zu sehende Verlängerungsspule um eine Windung reduziert, sodass das Anpassungsminimum dann 9 kHz höher lag.
Sendehardware
Vor dem 1.7.2020
Der Sender besteht aus zwei „self-made“-Einsteckkarten im Euro Format.
Diese sind das Netzteil und die Senderkarte mit Modulator ohne Modulationsdrossel. Letztere ist in dem Alu-Gehäuse separat untergebracht, welches die beiden Einsteckkarten beherbergt.
Ab dem 1.7.2020
Hier gibt es die meisten Änderungen, weil der Sender weit mehr Leistung als bisher liefern kann und deshalb statt der Standard-AM mittels Draindrossel die effizientere Pulsweitenmodulation (PWM) zum Einsatz kommt. Das HF-Leistungsmodul inklusive PWM-Endstufe stammt aus dem ehemaligen 100 kW-Sender Ismaning vom Bayrischem. Rundfunk (Bj. 1995) und arbeitete damals auf 801 kHz. Es kann bei 72 V Versorgungsspannung 400 W Trägerleistung (= 1,6 kW PEP) liefern. Da hier nur auf etwa 150 W Trägerleistung ausgelegt werden musste, konnte ein kostengünstiges 48 V Standard-Schaltnetzteil (SNT) zur Stromversorgung verwendet werden. Alle Einzelmodule sind in einem 19“-Gehäuse untergebracht und in Bild 2 ersichtlich, mit Ausnahme des Endstufenmoduls, welches unterhalb der zwischengelagerten Alu-Platte ist. Man erkennt oben links das 48 V SNT, oben rechts die Filter-PCB für die 48 V, Mitte rechts die Kleinsignal-PCB (Eurokarte) mit der Frequenzaufbereitung und der Erzeugung der Modulationspulse für die PWM und rechts daneben das dazugehörige Netzteil mit ±5V, je 1 A, ebenfalls im Eurokartenformat. Der Ringkerntrafo erspart eine aufwändige Schirmung desselben mit µ-Metall zur Unterdrückung von 50 bzw. 100 Hz Nebenlinien, die sonst über Magnetfeldeinstreuungen in die Kleinsignal-PCB bis etwa -60 dBc entstehen würden.
Die PWM gestattet sehr leicht, die HF-Leistung stufenlos zu regeln, indem man NF-Amplitude und DC-Bias in gleichem Maße mit einem gemeinsamen Potentiometer einstellt. Die im Bild 2 oben Mitte zu sehenden beiden Wendelpotentiometer sind genau hierfür gedacht und zwar kann man mit dem einen die Leistung von etwa 5 – 50 W, mit dem anderen von 50 bis 150 W einstellen. Mit dem Umschalter dazwischen ist somit ein schneller manueller Wechsel zwischen zwei voreingestellten Werten „low power“ und „high power“ möglich. Normalerweise wird der Schaltvorgang zeitgesteuert vollzogen, von 6 – 18 Uhr „low power“ von 18 – 6 Uhr „high power“.
Das HF-Leistungsmodul unter der Alu-Zwischenplatte hat einen symmetrischen Ausgang von etwa 1,4 Ω. Der nachgeschaltete 1:6 Balun mit dem Schalenkern setzt das in 50 Ω unsymmetrisch um. Es folgt ein 6-poliges Tiefpassfilter (im Bild Mitte links) mit Nullstelle im letzten Kreis auf der dritten Harmonischen bei 4455 kHz (die 2. Harmonische ist bei rechteckförmigen Ausgangsspannung des HF-Leistungsmoduls a priori stark unterdrückt). Danach schließt sich ein -30 dB Richtkoppler (quadratische PCB) zur Messung der Ausgangsleistung und Überwachung der Anpassung an. Es erfolgt eine Abschaltung der Endstufe bei >25 W reflektierter Leistung sowie bei Übertemperatur.
Zur Kühlung der Endstufe dienen zwei kleine Lüfter (ganz rechts im Bild unter dem weißen Steg), die diese wie einen Quer-Kamin durchlüften, der Luftaustritt ist links. Der Lüfter oben (Bild 3: Gitter links neben der dummy load) kühlt die Ferritkerne von Balun, Ausgangsfilter und Richtkoppler. Alle Lüfter sind temperaturgesteuert und laufen im Normalfall stark gedrosselt, d.h. sie sind kaum hörbar
Frequenzaufbereitung
Vor dem 1.7.2020
Bei der Frequenzaufbereitung wird ein handelsübliches 14,7456 MHz Quarz auf 14,76 MHz gezogen. Eine Frequenzteilung durch 10 ergibt die gewünschten 1476 kHz. Eine weitere Frequenzteilung durch 369 ergibt 4 kHz. Diese Frequenz ist der größte gemeinsame Teiler von 1476 und 10000 kHz und wird per PLL nach Teilung durch 2500 mit einem 10 MHz OCXO verglichen. Der nachts ausgestrahlte getastete 1 kHz Ton wird ebenfalls durch Teilung aus den 4 KHz abgeleitet, ebenso die Tastperiode (jeweils 1024 ms ein bzw. aus).
Ab dem 1.7.2020
Wegen der neuen Frequenz von 1485 kHz statt bisher 1476 kHz und der PWM gibt es ein paar Änderungen. Wie bisher wird die Quarzfrequenz (jetzt 14,85 MHz) durch 10 geteilt und ergibt so die Endfrequenz. Da aber bei Einsatz des neuen Senders noch die 1476 kHz galten, kann hier die Endfrequenz wahlweise durch 1485 oder durch 1476 geteilt werden. Die so entstehenden 1 kHz werden dann an die durch 10.000 geteilte Frequenz des 10 MHz OCXOs per PLL angebunden.
Für die PWM ist laut Herstellerangaben eine Schaltfrequenz zwischen 73 und 90 kHz erforderlich. Diese muss ja mit dem ausgangsseitigen Tiefpassfilter zusammen passen, welches aus den NF-Pulsen dann die kontinuierlich variierende Drainspannung liefert. Hierfür wird die Endfrequenz durch 18 geteilt, was zu 82,5 kHz (ehemals 82 kHz) führt.
HF-Endstufe
Vor dem 1.7.2020
Das 1476 kHz TTL-Signal steuert direkt die HF-Endstufe an: Ein Gegentakt-Schaltverstärker mit zwei MOSFETs an, dessen Gegentaktübertrager sekundärseitig in ein Cauer-Filter 5. Ordnung mündet. Die Nullstellen des Filters liegen bei den ersten unerwünschten Oberwellen und bewirken eine ausreichende Unterdrückung derselben. Das Filter ist so dimensioniert, dass sich im Falle eines ausgangsseitigen Kurzschlusses oder Leerlaufes kein Kurzschluss in die MOSFETs hinein transformiert, welcher diese gefährden könnte. Ohne Modulation liegen an den MOSFETs ca. +15 V DC, die über die Modulationsdrossel bereitgestellt werden.
Modulator
Vor dem 1.7.2020
Als Modulator dient ein übliches Audio-IC, das ausreichend Leistungsreserve hat. Es wird mit 36 V DC betrieben, so dass damit verzerrungsfrei 30 Vpp NF erzeugt werden können. Diese Spannung wird kapazitiv den +15 V nach der Modulationsdrossel an den MOSFETs überlagert, sodass deren Versorgungsspannung maximal zwischen 0 und +30 V schwanken kann, was 100% Modulationsgrad bewirkt. Vor dem Modulator sitzt ein 8-poliges Cauerfilter zur Beschränkung der Modulationsfrequenz auf etwa 4,3 kHz. Ein vorgeschalteter Kompressor ermöglicht die Reduktion des NF-Dynamikbereichs.
Der im HF-Ausgangsbereich direkt auf die Platine platzierte on-board Detektorempfänger mit Lautsprecherausgang gestattet eine direkte Kontrolle der abgehenden modulierten HF.
HF-Endstufe und Modulator
Ab dem 1.7.2020
Dies ist ein Modul NAA25B der Fa. Nautel. Dabei sind 2 x 4 IRF140 MOSFETs als Schalter-Vollbrücke verdrahtet (deshalb auch der symmetrische Ausgang) und zwei parallele IRF140 als Schalter in der PWM-Endstufe. Die MOSFETs sind natürlich schon etwas in die Jahre gekommen. Mit einem moderneren Transistor, z.B. dem BSC098N10NS5 von Infineon, würde die halbe Anzahl genügen und man könnte weit schneller schalten und somit einen besseren Wirkungsgrad erzielen. Man darf aber nicht vergessen, dass die hier bediente Frequenz fast doppelt so hoch ist wie die ehemaligen 801 kHz des BR.
Technische Daten vor dem 1.7.2020 in Kurzform
| Antenne | 40 Meter Edelstahldraht |
| Frequenz | 1476 kHz, OCXO stabilisiert mit Drift von wenigen mHz |
| Modulator | Gegentakt-AB-Verstärker mit Draindrossel, bis 100% AM, beschränkt auf 4,5 kHz NF-Bereich. |
| Senderendstufe | Gegentakt-Schaltverstärker, 8 W Trägerleistung, 32 W PEP |
| Monitor | on-board Detektorempfänger mit Lautsprecherausgang |
Technische Daten ab dem 1.7.2020 in Kurzform
| Antenne | 40 Meter Edelstahldraht |
| Frequenz | 1485 kHz, OCXO stabilisiert mit Drift von wenigen mHz |
| Modulator | Pulsweitenmodulator mit 82,5 kHz Schaltfrequenz |
| Senderendstufe | Schaltverstärker als Vollbrücke, max. 150 W Trägerleistung, 600 W PEP Leistung kontinuierlich von 5 – 150 W regelbar und zwischen zwei Pegeln schnell umschaltbar. Max. Wirkungsgrad ca. 70%. |
| Monitor | on-board Detektorempfänger mit Lautsprecherausgang |
Danksagung
Der besondere Dank geht an „Das Rundfunkmuseum“ in Cham. Sein Gründer, Michael Heller, hat das Endstufenmodul des BR sowie eine Test-PCB für die Aufbereitung des PWM-Signals zur Verfügung gestellt. Tilman Betz und Hans Schweiger haben bei der Entwicklung vorbildlich unterstützt, denn sie hatten bereits den nur 15 kHz höher gelegenen 1500 kHz Sender für „Radio Eule“ im Deutschen Museum mit dem gleichen Modul entwickelt und bereits reichliche Erfahrungen gesammelt.
Programm
05 – 24 Uhr: Programm „Funklust – Deine Campusmedien“
00 – 05 Uhr: Getasteter 1 kHz Sinuston, 1000 ms aus, 1000 ms ein
Alle Zeitangaben sind Ortszeit. Sporadische Abschaltungen des Senders oder nur der Modulation wegen Wartungsarbeiten sind möglich.
Weitere Möglichkeiten des Senders
Die Sendehardware gestattet bei Bedarf eine mit dem OCXO synchronisierte langsame Frequenzumtastung des Trägers im Hertz- oder Subherzbereich (im Moment noch deaktiviert) zur besseren Identifizierung des Senders bei DX-Versuchen.
Langfristig ist auch eine verbesserte Aufbereitung des Modulationssignals (Kompression und spektrale Filterung) denkbar.
Die Geschichte von Joe: Ein Mittelwellen-Sender entsteht
Auslöser für meine Idee eines „eigenen“ kleinen Mittelwellensenders war in erster Linie die sukzessive Abschaltung aller deutschen AM-Sender. Erst kam die Kurzwelle dran, dann die Langwelle und zuletzt die Mittelwelle. Das Motiv für so einen Sender war aber weniger von Nostalgie geprägt als vielmehr von der Erkenntnis, dass es nun für funktechnisch interessierte Leute, v.a. Jugendliche, keinen leichten Einstieg in diese Materie mehr gab.
Eine lange Odyssee bis zum Ziel
Nach Abschaltung der Langwelle zum 31.12.2014 nahm ich Kontakt zur KEF (Kommission zur Ermittlung des Finanzbedarfs) auf, die ja maßgeblich mit der Abschaltung der AM-Sender bertraut wurde. Man sagte mir, AM hätte nur noch „musealen Charakter“.
Dies machte mir Hoffnung darauf, dass wir wenigstens einen unserer Großsender am Leben erhalten und diesen ähnlich wie bei dem historischen Maschinensender SAQ in Grimeton, Südschweden, vielleicht an besonderen Tagen in Betrieb setzen könnten.
Gesprengte Hoffnung
Aber anders als z.B. in Finnland, wo man den Langwellensender Lahti zu einem Museum umbaute und die Antennentürme als lokales Wahrzeichen am Leben erhielt oder in der Schweiz wo man den Sendemast der Station Beromünster erhalten hat und sogar einen Radiowanderweg angelegt hat. haben wir in Deutschland fast alle dieser Wahrzeichen zerstört.
Schließlich wurden am 2. März 2018 auch die zwei 360 m hohen Antennentürme des DLF in Mudau/Donebach (mit die höchsten Bauwerke Europas!) gesprengt.
Nun war auch dieser Rest an Hoffnung auf einen verbleibenden AM-Sender mit musealem Charakter dahin.
Ein eigener Sender?
Durch Zufall erfuhr ich von Bernd Schmid (DL2MFP), der sich für das Radiomuseum in Wertingen bei Augsburg für einen kleinen Museumssender die Frequenz von 801 kHz reservieren ließ und bereits an besonderen Tagen auf Sendung war. Später hörte ich außerdem von Michael Heller, Leiter des Rundfunkmuseums in Cham, der zusammen mit seinem Team den Ismaninger Sender des BR für das Museum rettete und ebenfalls auf der 801 kHz sporadisch sendete.
Ich informierte mich bei beiden Stellen, wie denn das Procedere für so eine Kleinsendereröffnung sei, und lernte schnell, dass der Weg sehr lang und steinig sei – ohne Garantie, das Ziel je zu erreichen.
Erste Schritte, erste Rückschläge
Da ich nun kein Museum im Hintergrund hatte, versuchte ich zunächst über den großen DARC-Verein, dem ich seit 1972 angehöre, Interesse für mein Vorhaben v.a. zum Zwecke der Nachwuchsförderung zu wecken. Doch dort waren andere Dinge offenbar viel wichtiger, meine E-Mail-Anfragen wurden erst nach Monaten (nach erneuter Nachfrage) beantwortet, aber ohne erkennbare Begeisterung. Dort hat man die Abschaltung wohl auch bedauert – das war´s dann aber schon an „Aktivität“ seitens des DARC.
Ein nächster Gedanke war, den Großkonzern Siemens (meinen langjährigen Arbeitgeber in Erlangen) für diese Idee zu gewinnen, zumal Siemens hier gerade für viele Millionen Euro ein neues Campusgelände errichtet. Doch auch hier ließ man mich ins Leere laufen. Zwar äußerte man „durchaus Verständnis“, aber wenn man letztlich von einer Abteilung zur nächsten verwiesen wird, weiß man, was zwischen den Zeilen steht.
Ein weiterer zaghafter Vorstoß beim Bayrischen Rundfunk am Sendestandort Dillberg blieb leider ebenso erfolglos, obwohl der eine oder andere Mitarbeiter das dort gerne unterstützt hätte. Doch es gab klare Richtlinien von oben…
Positive Wende am Neujahrstag
Mit dem Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (kurz: IIS) in Erlangen Tennenlohe war ich schon viele Jahre zuvor ab und zu mal in Kontakt. Auch kenne ich den Leiter, Prof. Albrecht Heuberger, seit langer Zeit persönlich. Dieser persönliche Kontakt sollte letztlich den Erfolg herbeiführen. Er lud mich am Neujahrstag 2018 zu sich in seine Wohnung ein und hatte ein offenes Ohr für die Idee eines MW-Senders – nicht aus musealer, sondern aus pädagogischer Motivation heraus.
Da das IIS schon seit längerer Zeit Versuchssendungen auf MW und KW in DRM und später auch in DAB+ ausstrahlt, war ich hier in bester Hand.
Kooperation mit dem Campus-Radio
Nun kam eines zum anderen: Für diese Aussendungen gibt es ja schon ein Rundfunkprogramm, nämlich das von dem Verein Funklust – Deine Campusmedien und die dazugehörige Medienlizenz. Der Verein willigte ein, dass ich sein Programm später auch auf MW ausstrahlen darf, hierzu wurde eigens die Medienlizenz entsprechend angepasst.
Frequenz gesucht
Die Beantragung einer Wunschfrequenz bei der BNetzA ist dann (also bei vorhandener Medienlizenz) nur Formsache. Hierfür hatte ich schon monatelang vorher per Wasserfalldiagramm freie Lücken im MW-Band gesucht. Ziel war eine Lücke am oberen Bandende wegen kürzerer Antennenlänge und besserer Chance auf Raumwellenausbreitung, eine Lücke aber, die dann auch in den Abendstunden frei sein sollte. Die Frequenz 1476 kHz schien optimal und wurde beantragt.
Leider konnte ich nicht wissen, dass sich kurz nach Erteilung meiner Sendegenehmigung auch ein britischer MW-Sender mit weit höherer Leistung diese Frequenz aussuchte.
Am Ziel: der perfekte Sendestandort
Die größten Problemkreise „Medienlizenz, Funklizenz und Programmgestaltung“ waren offenbar gelöst, doch auch für die zwei nächsten größeren Problempunkte „Antenne“ und „Unterbringungsraum für den Sender“ konnte das IIS eine Traumlösung anbieten:
Ein knapp 60 Meter hoher Betonturm mit diversen anderen Antennen steht direkt neben den Institutsgebäuden und kann für die MW mitbenutzt werden.
Zudem gibt es im Dachgeschoß eines der Gebäude die Amateurfunk-Clubstation DK0FHG. Die verantwortlichen Funkamateure nahmen meinen Mittelwellensender hier als Dauergast freundlich auf.
Der Autor
Ralph Oppelt (DL2NDO) ist Gründer und Entwickler des Mittelwellen-Senders Joe auf 1476 bzw. 1485 kHz.
Empfangsbestätigungen
An dieser Stelle werden ausgewählte QSL-Karten und Berichte veröffentlicht, um einen Eindruck von der Reichweite des Senders zu bekommen.
QSL Kontakt
QSL-Karten können über mw-joe@iis.fraunhofer.de bei Angabe eines Rapports angefordert werden.
