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Wolf-Henning RechDF9ICEisinger Str. 36/275245 Neulingen http://www.df9ic.de

Rauscharme Frequenzaufbereitung für Bakensender mit Normalfrequenzanbindung

UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 2

Frequenzaufbereitungen

In DL übliche Frequenz-aufbereitung

PLO („Brick“)(USA, preiswertaus Surplus):mehr Phasenrauschenin Trägernähe

LO-Signal

Vervielfacher-kette

VHF-XO

LO-Signal

VHF-XO

GHz-OszillatorCTO/YTO/VCO

PLL


Frequenzstabile Aufbereitungen

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


Beispiele für OCXO und PL-VCXO

VHF-OCXOs: DF9LN

G8ACE

ID-Elektronik

PLL an Frequenzstandard: CT1DMK (kein VCXO)

AD6IW (Custom-VCXO)

DB6NT (Fertig-TVTR)


Nachteile VHF-OCXO

spezielle Quarze, teilweise Qualitätsprobleme

niedrige Quarzbelastung => Phasenrauschenoder

hohe Quarzbelastung => höhere Alterungsrate

bei Mehrbandbaken individuelle Rekalibrierung jedes Oszillators erforderlich

Frequenzstabilität schlechter als 10-MHz-OCXO

daher besser: Normalfrequenzanbindung


Problem: F1-Tastung für Bake

CW-F1-Tastung für Bakensender erwünscht

Frequenzumtastung und PLL: getastete PLL: Anbindung nur der MARK-Frequenz,

zur Umtastung auf SPACE wird die PLL deaktiviert

Umtastung via PLL: Teilfaktor wird umgeschaltet; dafür ist ein sehr hochaufgelöstes Frequenzraster nötig

Mikrocontroller kann PLL-Programmierung und Tastung übernehmen (kein zusätzlicher Rufzeichengeber nötig)


Hochauflösende PLL-Konzepte:

Problem: Verknüpfung von Frequenzraster, Phasenvergleichsfrequenz und Loopbandbreite

Lösungsansätze: Mehrschleifige PLLs (konventionell oder mit DDS)

PLL mit DDS als „Frequenzteiler“

Fractional-N-Delta-Sigma-PLL

DDS alleine (wie GB3VHF 144) hätte zu hohes Phasenrauschen und zu starke Nebenwellen



ADF 4157


Blockschaltbild des Oszillators


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


Kapazitätsdioden

Doppel-Varicap fürUKW-Radioempfänger


Schaltung des VCXO

Werte für 100-MHz-Quarz:

C5 22 pFC6 68 pFL3 470 nHL6 + L7 ca. 200 nH (Summe)


Übertragungsfunktion Quarz

Ua = 2,5 V


Übertragungsfunktion Quarz

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


Abstimmkennlinie Oszillator

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

0 1 2 3 4 5

Abstimmspannung [V]

Ver

stim

mun

g [k

Hz]


Gesamtschaltung des PL-VCXO



relativ hohe Phasenvergleichsfrequenz:fPD = 10 MHz / R mit R = 3....32

dennoch sehr feine Frequenzschritte durch einen nicht-ganzzahligen N-Teiler:

fVCXO = [INT + (FRAC/225)] * fPD

z. B. fPD = 400 kHz ergibt Frequenzschritte von ca. 12 mHz bei der Grundfrequenz

Problem: „Integer Boundary Spurs“ bei fast-ganzzahligen Teilern => dann fPD ändern


Programmierung der Teiler


Leiterplatte für SMD-Bestückung


Aufbau der Baugruppe


Spektrum (Oberwellen)


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)


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)


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


Phasenrauschen (simuliert)

aus Simulation mit ADISimPLL (Analog Devices)


10-MHz-Frequenzstandard

kommerzielles GPS-Normal,z. B. HP Z3801A

Amateur-GPS-Normal,z. B. G3RUH

OCXOs


Verteilverstärker für 10 MHz


Zusammenfassung

Realisierung frequenzangebundener und frequenzumtastbarer Bakensender

Ersatz des XO in der Frequenzaufbereitung durch phasengerasteten VCXO

Externe Baugruppe, dadurch nur minimaler Umbau an vorhandenen Bakensendern

Phasenrauschen wie XO, nichtharmonische Nebenwellen <-90 dBc

(Einfacher) Rufzeichengeber integrierbar

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