Im ersten Teil der Betrachtung zu frequenzstabilen Referenzoszillatoren bin ich auf (doppelt) thermostatisch geregelte Quarzoszillatoren eingegangen und habe mich dann mit einem Rubidiumoszillator auseinandergesetzt.

Eine weitere Möglichkeit, eine genaue und stabile Referenzfrequenz zu erzeugen, bietet das GPS-System.

1.
Durch „Anbinden“ eines  OCXO an die von den GPS-Satelliten gesendeten sehr genauen Sekundentakte lassen sich genaue und stabile  Referenzoszillatoren (GPS-DO, GPS disziplinierter Oszillator) realisieren. Die Kurzzeitstabilität wird dabei im wesentlichen vom OCXO und die Langzeitstabilität vom GPS-System bestimmt. Solche Lösungen wurden z.B. von James Miller, G3RUH (1) und Ewald Göbel, DK2DB (2) beschrieben.

Aber leider ist auch bei dieser Lösung der Leistungsbedarf mit ca. 8 bis 10 W in der Aufheizphase und ca. 4 bis 6 W im Betrieb für den angedachten Portabeleinsatz noch zu hoch.

2.
Wenn nun die hohe Leistungsaufnahme beim GPS-DO offensichtlich durch den Einsatz eines OCXO verursacht wird, kann man ja fragen: Tut es nicht auch ein temperaturkompensierter Oszillator, ein TCXO? Der hat keine Heizung und deshalb einen deutlich kleineren Leistungsbedarf als ein OCXO. Dabei erinnerte ich mich an das Modul RS-GGO10-TG von „RF Suisse“ (3), das es mal beim „Funkamateur“ zu kaufen gab. Dieses kleine Modul beinhaltet einen  GPS-Empfänger, den TCXO und die Regelschaltung und ist mit den Abmessungen 25,4 x 25,4 x 10,5 mm angenehm klein, wiegt nur 7 g und hat eine Leistungsaufnahme von gerade einmal 300 mW (Bild 1)! Auch die propagierten Daten lassen sich sehen. Die Stabilität der 10 MHz Ausgangsfrequenz wird mit typisch 5 x 10^-9 angegeben. Zur Erinnerung: Bezogen auf 47 GHz ist das eine Abweichung von nur 235 Hz! Ich denke, damit lässt es sich leben.
 
Nach reiflicher Abwägung aller Vor- und Nachteile der aufgezeigten Lösungen erschien mir der Einsatz des oben genannten Moduls von RF-SUISSE als sinnvoll. Das Modul ist klein, leicht, hat einen geringen Leistungsbedarf und eine für unsere Zwecke ausreichende Frequenzstabilität. Da es bei mir für den Einsatz im Portabelbetrieb gedacht ist, ist auch die Notwendigkeit einer GPS-(Aussen-)Antenne kein Hinderungsgrund für das Konzept.

Natürlich braucht so ein Modul noch ein wenig Drumherum:
1.    Einen Spannungsregler für die Stromversorgung
2.    Einen Puffer und/oder Leitungstreiber und einen Tiefpassfilter für das 10 MHz-Ausgangssignal
3.    Eine Logik für die Anzeige des Funktionszustandes

So etwas hatte ich vor ein paar Jahren schon einmal nach einem Vorschlag von DK4RED (4) auf einer Europakarte aufgebaut (Bild 2 oben). Dieser Aufbau musste nun nur noch ordentlich „geschrumpft“ werden. Herausgekommen ist dabei ein Kästchen mit den Maßen 55 x 74 x 30 mm (Bilder 3, 4, 5). Als Herz der Schaltung fungiert hier das (Nachfolge-)Modul RS-GGO10-T2G. Um das kleine Kästchen nicht unnötig aufzuheizen, habe ich als Spannungsregler einen Schaltregler eingesetzt. Der Funktionszustand wird durch drei LED’s angezeigt. Wer auf der Frontplatte seines  Mikrowellentransverters keinen Platz mehr für die drei LED’s hat, kann die Anzeige auch mit einer DUO-LED realisieren. Das 10 MHz-Signal wird über ein Gatter als Puffer und das Tiefpassfilter dem 4-fach Leitungstreiber zugeführt. An den vier SMA-Buchsen stehen 10 MHz, ca. 1,8 VSS an 50 Ω  zur Verfügung. Die Stromaufnahme beträgt mit aktiver GPS-Antenne ca. 60 mA bei 12,6 V (ca. 750 mW).

Bei der geringen Größe lag es auf der Hand, die einseitige Platine mit SMD-Bauteilen zu bestücken. Wie ein Musteraufbau zeigt, ist es aber auch möglich (mit Ausnahme der beiden IC’s) die Platine mit bedrahteten Bauteilen zu bestücken. Für alle Schaltungs-/Bestückungs-varianten existieren entsprechende Platinen-Layouts.

RF-SUISSE weist im Datenblatt ausdrücklich darauf hin, dass das Modul vor schnellen Temperaturänderungen geschützt werden muss. Sie sollten nicht größer/schneller als 0,1°C/100 s sein. Ein Mantel aus Schaumstoff für das Modul und ein Gehäuse aus Neusilber oder Weißblech schirmen die Platine mit den Bauteilen gegen direkten Luftzug ab. Auch beim späteren Einbau in einen Mikrowellentransverter sollten diese Herstellerhinweise berücksichtigt werden. Wohl auch wegen der „langsamen“ Regelung spricht der Hersteller des RS-GGO10-T2G von einem GPS-GO, GPS Guided Oszillator.

Querverweise
1 – James Miller, G3RUH, www.jrmiller.demon.co.uk
2 – Ewald Göbel, DK2DB, Tagungsband zur GHz-Tagung 2009, www.id-elektronik.de
3 – RF-SUISSE, www.rf-suisse.ch
4 – Ingo Meyer, DK4RED, FA 6/2011, S. 612, www.funkamateur.de

Wer mehr Informationen, einen Schaltplan, Platinen-Layouts oder fertige Platinen haben möchte, wende sich bitte direkt an Peter, DJ7GP, dj7gp(at)darc.de.

Am Samstag den 04.01.2014 hat Jochen, DG6OBE, seinen Messplatz zur Messung an Oszillatoren bei uns im Wasserturm aufgebaut und am Samstag Nachmittag und Sonntag Vormittag Messungen an Oszillatoren von Peter, DG5ACX und von mir, Peter, DJ7GP, durchgeführt.

So eine Gelegenheit hat man wahrlich nicht alle Tage!

Exemplarisch zeigt Bild 1 den Verlauf des Phasenrauschens und Bild 2 die Allan Deviation eines GPS-DO’s bzw. GPS-GO’s mit dem Modul RS-GGO10-T2G.

Die Allan Deviation ist ein Maß für die Frequenzgenauigkeit eines Oszillators und ist in diesem Fall über einen Zeitraum von knapp 7 Stunden ermittelt und aufgezeichnet worden.