1 / 22

Realisierung rauscharmer und frequenzstabiler Oszillatoren im VHF-UHF-Bereich

Realisierung rauscharmer und frequenzstabiler Oszillatoren im VHF-UHF-Bereich. Wolf-Henning Rech DF9IC http://www.df9ic.de mailto:. Inhalt. Einführung Grundlagen Modell des Osillatorrauschens nach Leeson VHF-Quarzoszillatoren VHF-VCOs Testaufbau VHF-VCO Zusammenfassung. Einführung.

armine
Download Presentation

Realisierung rauscharmer und frequenzstabiler Oszillatoren im VHF-UHF-Bereich

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Realisierung rauscharmer und frequenzstabiler Oszillatorenim VHF-UHF-Bereich Wolf-Henning Rech DF9IC http://www.df9ic.de mailto:

  2. Inhalt • Einführung • Grundlagen • Modell des Osillatorrauschens nach Leeson • VHF-Quarzoszillatoren • VHF-VCOs • Testaufbau VHF-VCO • Zusammenfassung Wolf-Henning Rech DF9IC

  3. Einführung • Großsignalverträglickeit bei 144/432/1296 MHz primär durch Oszillatorrauschen begrenzt • Verfügbare Transceiver sind deutlich schlechter, als bei konsequenter Auslegung möglich wäre • Kompromiß zwischen Oszillatorrauschen und: • Aufwand/Preis/Baugröße • Abstimmbereich (Weitband-RXe) • Leistungsaufnahme • betroffen: Transceiver + (z. T.) Transverter Wolf-Henning Rech DF9IC

  4. Grundlagen • Deterministische und stochastische Abweichungen der Oszillatorfrequenz • Deterministisch: • Temperaturdrift, Mikrofonie • Pushing (Versorgungsspannung), Pulling (Last) • Stochastisch (Rauschen): • Widerstandsrauschen (Johnson-Rauschen) • Schrotrauschen (bei Halbleitern) • 1/f-Effekte Wolf-Henning Rech DF9IC

  5. Grundlagen • „Alterung“: deterministisch und stochastisch • Langsamveränderliche Abweichungen können durch eine Regelschleife (z. B. PLL) kompensiert werden, Regelbandbreite typ. Hz ... kHz • Verbleibende schnellveränderliche Anteile: • Mikrofonie => stabiler mechanischer Aufbau • Pushing => Filterung der Versorgungsspannung • Pulling => Pufferung • Rauschen => ???? Wolf-Henning Rech DF9IC

  6. Grundlagen • Allan-Varianz der Frequenz: Wolf-Henning Rech DF9IC

  7. Grundlagen • Phasenrauschen/Frequenzrauschen: Wolf-Henning Rech DF9IC

  8. Grundlagen • Rauschleistung wird auf Gesamtleistung (Trägerleistung, c = carrier) bezogen und ist bandbreiteproportional • daher „dBc/Hz“ • Beispiele:RX-Leistung Rauschen (2,5 kHz) Rauschen (1 Hz) -40 dBm -100 dBc -134 dBc/Hz -20 dBm -120 dBc -154 dBc/Hz Wolf-Henning Rech DF9IC

  9. Modell Oszillatorrauschen • D. B. Leeson 1966: erster theoretischer Ansatz • Beschreibung für rückgekoppelten Verstärker: Wolf-Henning Rech DF9IC

  10. Modell Oszillatorrauschen • Spektrale Rauschleistungsdichtemuß noch auf Verstärkereingangsleistung Pin bezogen werden • Rauschfloor + • Resonanz mit Bandbreite Df 3 dB Df Wolf-Henning Rech DF9IC

  11. Modell Oszillatorrauschen • Geringes Phasenrauschen bedeutet: • hohe belastete Güte Ql • niedrige Transistorrauschzahl F • hohe Eingangsleistung Pin • Hohe Güte + Hohe Wirkleistung im Resonator = sehr hohe Blindleistung im Resonator • weitere Effekte wie multiplikativ wirkendes 1/f-Rauschen müssen reduziert werden => schmale Resonanz => niedriger Floor Wolf-Henning Rech DF9IC

  12. VHF-Quarzoszillator • Quarz als Resonator (z. B. 100 MHz): • Ql >= 10.000 leicht realisierbar, d. h. Df =< 10 kHz • Wirkleistung im Resonator max. 1...10 mW • sehr hohe Impedanzen der Blindanteile • bei Df =< 10 kHz bereits im Bereich des Floor • d.h. hohe Oszillatorleistung und kleine Rauschzahl für niedrigen Rauschfloor • insgesamt sehr gute Eigenschaften Wolf-Henning Rech DF9IC

  13. VHF-Quarzoszillator • Mögliche Problempunkte bei Quarzoszillatoren: • C0-Kompensation verwenden, da sonst keine optimale Phasensteilheit (Verschlechterung der effektiven Güte) • Versorgungsspannung filtern, z. B. 22 Ohm / 220 µF, um Rauschmodulation per Pushing durch rauschende Spannungsregler zu vermeiden • Pufferstufe fest ankoppeln, um SNR-Verschlechterung zu vermeiden • ersten Frequenzvervielfacher mit hohem Eingangspegel betreiben (Transistor in Emitterschaltung ungünstig) Wolf-Henning Rech DF9IC

  14. VHF-VCO • Resonatorgüte begrenzt (20...500) • daher hohe Oszillatorleistung wichtig • Abstimmbereich so klein wie möglich • geringe Güteverschlechterung durch Varicaps • geringere Blindleistung an den Varicaps • Rauschen der Abstimmspannung • Mikrofonie! Wolf-Henning Rech DF9IC

  15. VHF-VCO • Varicaps begrenzen die mögliche Oszillatorleistung! • Abhilfe: Verwendung sehr vieler Dioden in Parallelschaltung (SMD-Bauteile!) • Abstimmspannung über Drosseln (ca. 1 µH) zuführen und über passive Tiefpässe filtern • aktives Element rauscharm und niedrig verstärkend bei hoher Ausgangsleistung Wolf-Henning Rech DF9IC

  16. Testaufbau VHF-VCO • Auswahl der Varicap nach Güte und Blindleistung Wolf-Henning Rech DF9IC

  17. Testaufbau VHF-VCO • Resonator Stripline mit Querschnitt: • Verstärker 4 x J310 parallel - ca. 21 dBm Kompressionsleistung und 8 dB Verstärkung • elektrisch abstimmbar 2,5 MHz bei 6 ... 16 V FR4-Leiterplattebeidseitig Streifenleiter Alu-Gehäuse 5 mm Wolf-Henning Rech DF9IC

  18. Testaufbau VHF-VCO Luft-Trimm-Cs Stripline-Resonator mit kapazitiver Kopplung Verstärker4 x J310 RC-Tiefpass Versorgungs-spannung ca. 50 x BB814 (ca. 100 Varicaps) Wolf-Henning Rech DF9IC

  19. Testaufbau VHF-VCO • Übertragung durch Resonator und Verstärker: Wolf-Henning Rech DF9IC

  20. Testaufbau VHF-VCO Wolf-Henning Rech DF9IC

  21. Testaufbau VHF-VCO • PLL: rauschoptimierte Auslegung des Schleifen-filters (aktives nötig wegen hoher Spannung) • günstig dafür ist eine hohe Vergleichsfrequenz (DDS als „Teiler“): Referenz- frequenz PLL VCO DDS Wolf-Henning Rech DF9IC

  22. Zusammenfassung • Mit optimierten VCO/PLL-Systemen kann die Großsignalverträglichkeit im 2-m-Band um ca. 20 dB verbessert werden (1 kW macht dann nicht mehr QRM als 10 W jetzt) • VCO-Design: kleine Abstimmbandbreite, viele Varicaps, hohe Abstimmspannung, sehr hohe Oszillatorleistung, möglichst hohe Güte • PLL-Design: hohe Phasenvergleichsfrequenz (DDS-Teiler), niedrige Schleifengrenzfrequenz, Loopfilter mit passiver Ausgangsstufe Wolf-Henning Rech DF9IC

More Related