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PL-VCXO als Steueroszillator für Mikrowellenfrequenzaufbereitungen

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 2

TVTR-Frequenzaufbereitungen

In DL übliche Frequenz-aufbereitung

PLO („Brick“)(USA, preiswertaus Surplus)

LO-Signal

Vervielfacher-kette

VHF-XO

LO-Signal

VHF-XO

GHz-OszillatorCTO/YTO/VCO

PLL

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 3

Frequenzstabile LOs für TVTR

Normale Frequenz-aufbereitung

mit OCXO

mit PL-VCXO

LO-Signal

VHF-OCXO

VHF-VCXO+PLL

Ver-stärker

Ver-stärker

Vervielfacher-kette

Vervielfacher-kette

Vervielfacher-kette

VHF-XO

LO-Signal

LO-Signal10 MHz

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Bekannte Realisierungen

VHF-OCXOs: DF9LN

G8ACE

ID-Elektronik

PLL an Frequenzstandard: CT1DMK (kein VCXO)

AD6IW (Custom-VCXO)

DB6NT (Fertig-TVTR)

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Nachteile VHF-OCXO

spezielle Quarze, teilweise Qualitätsprobleme

niedrige Quarzbelastung => Phasenrauschen

hohe Quarzbelastung => höhere Alterungsrate

individuelle (Re-)Kalibrierung jedes Oszillators erforderlich

Frequenzstabilität eher schlechter als bei 10-MHz-OCXO

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Schaltung des XO

Leicht modifizierte „Standardschaltung“:

- RC-Tiefpaß mit Elko in der Stromversorgung- Reihenfolge Drossel-Widerstand an Source vertauscht- Quarz „gut“ kompensiert

Dazu kommt die Ziehschaltung für den Quarzund eine Pufferstufe.

T1J310

R1100

R2100

C12,2n

C42,2n

C2 10µ

C3 2,2n

C5sieheText

C6sieheText

L3 siehe Text

L1Neosid5061

L22,2µ

Quarzsiehe Text

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Kapazitätsdioden

Doppel-Varicap fürUKW-Radioempfänger

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Schaltung des VCXO

Werte für 100-MHz-Quarz:

C5 22 pFC6 68 pFL3 470 nHL6 + L7 ca. 300 nH (Summe)

T1J310

T2J310

R1100

R2100

C12,2n

C42,2n

C2 10µ

C3 2,2n

R310k

R410k

R510k

R6 4,7M

C5sieheText

C6sieheText

C7 220p

C8 2,2n

L3 siehe Text

L1Neosid5061

L22,2µ

L4 2,2µ L5 2,2µ

L8 2,2µ

Quarzsiehe Text

L6sieheText

L7sieheText

R7100

C92,2n

C102,2n

+8 V

VCXO outtyp. +3 dBm

D1 BB814 D2 BB814

D3 BB814

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Übertragungsfunktion Quarz

Ua = 2,5 V

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Übertragungsfunktion Quarz

Ua = 0,5 V Ua = 4,5 V

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Abstimmkennlinie Oszillator

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

0 1 2 3 4 5

Abstimmspannung [V]

Ver

stim

mun

g [k

Hz]

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Integrierter PLL-Baustein

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Gesamtschaltung des PL-VCXO

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Aufbau des PL-VCXO

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Spektrum (Oberwellen)

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1 APCLRWR

A

* RBW 10 kHz* VBW 100 HzSWT 25 sAtt 20 dB*Ref 5 dBm

Center 100 MHz Span 25 MHz2.5 MHz/

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1

Marker 1 [T1 ] 4.01 dBm 100.000000000 MHz

Date: 7.FEB.2008 07:55:57

Spektrum (Nebenwellen)

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 17

1 APCLRWR

A

Att 20 dB*Ref 5 dBm

1 kHz/Center 99.9999 MHz Span 10 kHz

*

*

RBW 100 HzVBW 3 HzSWT 68 s

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1

Marker 1 [T1 ] 3.84 dBm 99.999900000 MHz

2

Delta 2 [T1 ] -89.65 dB 1.640000000 kHz

Date: 7.FEB.2008 08:27:21

Spektrum (Nebenwellen)

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Einschwingverhalten

Messung mit HP5371A

DUT synchronisiert auf dessen internen OCXO

Meßzeit: 100 msAuflösung: ca. 3 E-9

Meßwerte: 100

Einschwingzeit aus „Kaltstart“:

ca. 5 s auf Meßgenauigkeit

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 19

Frequenzstabilität

Messung mit HP5371A

DUT synchronisiert auf dessen internen OCXO

Frequenz: 100 MHzMeßzeit: 2 sAuflösung: ca. 1,5 E-10

Meßwerte: 100

nach dem Einschwingen liegen alle Werte +-1 digit um den Nominalwert

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 20

Phasenrauschen (simuliert)

aus Simulation mit ADISimPLL (Analog Devices) - Messung steht noch aus

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 21

Vorschlagsliste für Frequenzen

bitte ggf. sinnvolle Ergänzungsvorschläge machen ...

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 22

Verteilverstärker für 10 MHz

31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 23

Zusammenfassung

Annahme: 10-MHz-Frequenznormal vorhanden

Ersatz des XO in der Frequenzaufbereitung durch phasengerasteten VCXO

Externe Baugruppe, dadurch nur minimaler Umbau an vorhandenen Transvertern

Phasenrauschen wie XO, nichtharmonische Nebenwellen <-90 dBc

Frequenzstabilität ca. 1E-10 in 2 s Meßzeit

12 V /ca. 50 mA