PPT 1M - DF9IC
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Rauscharme Frequenzaufbereitung für Bakensender mit Normalfrequenzanbindung Wolf-Henning Rech DF9IC Eisinger Str. 36/2 75245 Neulingen http://www.df9ic.de Frequenzaufbereitungen In DL übliche Frequenzaufbereitung VHFXO PLO („Brick“) (USA, preiswert aus Surplus): mehr Phasenrauschen in Trägernähe UKW-Tagung Weinheim 2008 VHFXO Vervielfacherkette PLL Wolf-Henning Rech DF9IC GHz-Oszillator CTO/YTO/VCO LO-Signal LO-Signal 2 Frequenzstabile Aufbereitungen Normale Frequenzaufbereitung mit OCXO mit PL-VCXO 10 MHz UKW-Tagung Weinheim 2008 VHFXO Vervielfacherkette VHFOCXO Verstärker Vervielfacherkette VHFVCXO +PLL Verstärker Vervielfacherkette Wolf-Henning Rech DF9IC LO-Signal LO-Signal LO-Signal 3 Beispiele für OCXO und PL-VCXO VHF-OCXOs: DF9LN G8ACE ID-Elektronik PLL an Frequenzstandard: CT1DMK (kein VCXO) AD6IW (Custom-VCXO) DB6NT (Fertig-TVTR) UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 4 Nachteile VHF-OCXO spezielle Quarze, teilweise Qualitätsprobleme niedrige Quarzbelastung => Phasenrauschen oder hohe Quarzbelastung => höhere Alterungsrate bei Mehrbandbaken individuelle Rekalibrierung jedes Oszillators erforderlich Frequenzstabilität schlechter als 10-MHz-OCXO daher besser: Normalfrequenzanbindung UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 5 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) UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 6 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 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 7 Fractional-N-Delta-Sigma-PLL ADF 4157 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 8 Blockschaltbild des Oszillators UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 9 Schaltung des XO C1 2,2n R1 100 C6 siehe Text C2 10µ C3 2,2n L1 Neosid 5061 T1 J310 R2 100 C5 siehe Text C4 2,2n 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 Quarz und eine Pufferstufe. Quarz siehe Text L2 2,2µ L3 siehe Text UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 10 Kapazitätsdioden Doppel-Varicap für UKW-Radioempfänger UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 11 Schaltung des VCXO Werte für 100-MHz-Quarz: C5 C6 L3 L6 + L7 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 22 pF 68 pF 470 nH ca. 200 nH (Summe) 12 Übertragungsfunktion Quarz Ua = 2,5 V UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 13 Übertragungsfunktion Quarz Ua = 0,5 V UKW-Tagung Weinheim 2008 Ua = 4,5 V Wolf-Henning Rech DF9IC 14 Abstimmkennlinie Oszillator 1 Verstimmung [kHz] 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 1 2 3 4 5 Abstimmspannung [V] UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 15 Gesamtschaltung des PL-VCXO UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 16 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 fastganzzahligen Teilern => dann fPD ändern UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 17 Programmierung der Teiler UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 18 Leiterplatte für SMD-Bestückung UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 19 Aufbau der Baugruppe UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 20 Spektrum (Oberwellen) UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 21 Spektrum (Nebenwellen) Ref 5 dBm * Att 20 dB 1 * RBW 10 * VBW 100 SWT 25 kHz Marker Hz s 1 [T1 ] 4.01 dBm 100.000000000 MHz 0 A 1 AP -10 CLRWR -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 Center 100 Date: 7.FEB.2008 MHz 2.5 MHz/ Span 25 MHz 07:55:57 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 22 Spektrum (Nebenwellen) Ref 5 dBm * Att 20 dB 1 * RBW 100 * VBW 3 SWT 68 Hz Delta 2 s 1.640000000 Marker AP ] -89.65 0 1 [T1 Hz 1 [T1 dB kHz ] 3.84 dBm 99.999900000 MHz A -10 CLRWR -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 2 -90 Center 99.9999 Date: 7.FEB.2008 MHz 1 kHz/ Span 10 kHz 08:27:21 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 23 Frequenzstabilität Messung mit HP5371A DUT synchronisiert auf dessen internen OCXO Frequenz: Meßzeit: Auflösung: 100 MHz 2s ca. 1,5 E-10 Meßwerte: 100 nach dem Einschwingen liegen alle Werte +-1 digit um den Nominalwert UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 24 Phasenrauschen (simuliert) aus Simulation mit ADISimPLL (Analog Devices) UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 25 10-MHz-Frequenzstandard kommerzielles GPS-Normal, z. B. HP Z3801A OCXOs Amateur-GPS-Normal, z. B. G3RUH UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 26 Verteilverstärker für 10 MHz UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 27 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 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 28
