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Wolf-Henning RechDF9ICEisinger Str. 36/275245 Neulingen http://www.df9ic.de
Rauscharme Frequenzaufbereitung für Bakensender mit Normalfrequenzanbindung
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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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 3
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 4
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 5
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 6
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 7
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 8
Fractional-N-Delta-Sigma-PLL
ADF 4157
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 9
Blockschaltbild des Oszillators
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 10
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 11
Kapazitätsdioden
Doppel-Varicap fürUKW-Radioempfänger
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 12
Schaltung des VCXO
Werte für 100-MHz-Quarz:
C5 22 pFC6 68 pFL3 470 nHL6 + L7 ca. 200 nH (Summe)
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 13
Übertragungsfunktion Quarz
Ua = 2,5 V
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 14
Übertragungsfunktion Quarz
Ua = 0,5 V Ua = 4,5 V
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 15
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 16
Gesamtschaltung des PL-VCXO
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 17
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 18
Programmierung der Teiler
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 19
Leiterplatte für SMD-Bestückung
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 20
Aufbau der Baugruppe
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 21
Spektrum (Oberwellen)
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 22
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 23
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 24
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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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 25
Phasenrauschen (simuliert)
aus Simulation mit ADISimPLL (Analog Devices)
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 26
10-MHz-Frequenzstandard
kommerzielles GPS-Normal,z. B. HP Z3801A
Amateur-GPS-Normal,z. B. G3RUH
OCXOs
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 27
Verteilverstärker für 10 MHz
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UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 28
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