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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
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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
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Beispiele für OCXO und PL-VCXO
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 => Phasenrauschenoder
hohe Quarzbelastung => höhere Alterungsrate
bei Mehrbandbaken individuelle Rekalibrierung jedes Oszillators erforderlich
Frequenzstabilität schlechter als 10-MHz-OCXO
daher besser: Normalfrequenzanbindung
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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)
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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
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Fractional-N-Delta-Sigma-PLL
ADF 4157
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Blockschaltbild des Oszillators
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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. 200 nH (Summe)
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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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Gesamtschaltung des PL-VCXO
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Fractional-N-Delta-Sigma-PLL
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
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Programmierung der Teiler
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Leiterplatte für SMD-Bestückung
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Aufbau der Baugruppe
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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)
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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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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
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Phasenrauschen (simuliert)
aus Simulation mit ADISimPLL (Analog Devices)
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10-MHz-Frequenzstandard
kommerzielles GPS-Normal,z. B. HP Z3801A
Amateur-GPS-Normal,z. B. G3RUH
OCXOs
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Verteilverstärker für 10 MHz
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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