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Rauscharme Frequenzaufbereitung für Bakensender mit Normalfrequenzanbindung Wolf-Henning Rech DF9IC Eisinger Str. 36/2 75245 Neulingen http://www.df9ic.de.

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1 Rauscharme Frequenzaufbereitung für Bakensender mit Normalfrequenzanbindung
Wolf-Henning Rech DF9IC Eisinger Str. 36/ Neulingen

2 Frequenzaufbereitungen
In DL übliche Frequenz- aufbereitung PLO („Brick“) (USA, preiswert aus Surplus): mehr Phasenrauschen in Trägernähe VHF- XO Vervielfacher- kette LO-Signal VHF- XO GHz-Oszillator CTO/YTO/VCO PLL LO-Signal UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

3 Frequenzstabile Aufbereitungen
Normale Frequenz- aufbereitung mit OCXO mit PL-VCXO VHF- XO Vervielfacher- kette LO-Signal VHF- OCXO Ver- stärker Vervielfacher- kette LO-Signal VHF- VCXO +PLL Ver- stärker Vervielfacher- kette 10 MHz LO-Signal 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) UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

5 Wolf-Henning Rech DF9IC
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

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) 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 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

8 Fractional-N-Delta-Sigma-PLL
ADF 4157 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

9 Blockschaltbild des Oszillators
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

10 Wolf-Henning Rech DF9IC
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 Quarz und eine Pufferstufe. UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

11 Wolf-Henning Rech DF9IC
Kapazitätsdioden Doppel-Varicap für UKW-Radioempfänger UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

12 Wolf-Henning Rech DF9IC
Schaltung des VCXO Werte für 100-MHz-Quarz: C5 22 pF C6 68 pF L3 470 nH L6 + L7 ca. 200 nH (Summe) UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

13 Übertragungsfunktion Quarz
Ua = 2,5 V UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

14 Übertragungsfunktion Quarz
Ua = 0,5 V Ua = 4,5 V UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

15 Abstimmkennlinie Oszillator
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

16 Gesamtschaltung des PL-VCXO
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

17 Fractional-N-Delta-Sigma-PLL
relativ hohe Phasenvergleichsfrequenz: fPD = 10 MHz / R mit R = 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 UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

18 Programmierung der Teiler
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

19 Leiterplatte für SMD-Bestückung
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

20 Wolf-Henning Rech DF9IC
Aufbau der Baugruppe UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

21 Spektrum (Oberwellen)
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

22 Spektrum (Nebenwellen)
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

23 Spektrum (Nebenwellen)
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

24 Wolf-Henning Rech DF9IC
Frequenzstabilität Messung mit HP5371A DUT synchronisiert auf dessen internen OCXO Frequenz: 100 MHz Meßzeit: 2 s Auflösung: 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

25 Phasenrauschen (simuliert)
aus Simulation mit ADISimPLL (Analog Devices) UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

26 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

27 Verteilverstärker für 10 MHz
UKW-Tagung Weinheim 2008 Wolf-Henning Rech DF9IC

28 Wolf-Henning Rech DF9IC
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


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