Mit einem Leistungsteiler kann man den Messbereich für ein HF-Milliwattmeter erweitern. In diesem Fall ist es ein Leistungsteiler von -40db, entsprechend einer Leistungsteilung von 10000 : 1. Ein HF-Leistungsmessgerät mit einem Messbereich bis 100mW hat dann einen Messbereich von 1000W ( 0,1W x 10000 = 1000W ).

Diesen Leistungsteiler fertigte ich nach einer Idee von W7ZOI. Er veröffentlichte in der QST Juni 2001 einen Leistungsmesser mit Leistungsteiler.

Dazu verwendete ich ein Aluminium-Druckgussgehäuse 31mm(H) x 111mm(T). Die HF wird über BNC-Buchsen zugeführt bzw. entnommen. N-Buchsen sind für Dauerbetrieb besser geeignet.

Mechanisch ist der Aufwand gering. In das Gehäuse müssen nur die Löcher für die HF-Buchsen gebohrt und ein 0,5mm dickes Messing-Blech mit den Maßen 40mm x 49mm angefertigt werden. Zwei Ecken von dem Blech werden so abgeschnitten, dass das Blech bequem ins Gehäuse passt. 

 
Um die entsprechende Dämpfung des Meßsignals zu erreichen, muss eine Widerstandkombination eingesetzt werden – siehe Schaltbild. Dabei ist es notwendig, dass diese parallel geschaltet werden und dann in Reihe. So ist gewährleistet, dass das Netzwerk auch die HF-Leistung verträgt  

 
R1, R2 und R3 sind jeweils 4Stück 3,3kΩ-Widerstände parallel geschaltet. Die Widerstände R am Ausgang bestehen aus 2 x 100Ω parallel. Alle Werte sind 2W-Metallschichtwiderstände. Die große Fläche als Verbindung von Eingang und Ausgang ist nötig, um die
Breitbandigkeit zu erreichen. Es ist 0,5mm CuZn-Blech 40mm x 49mm. Vom Eingang zum Ausgang ist es 49mm lang. Zwei Ecken sind abgeschrägt, damit es in das Gehäuse passt.

Der Frequenzgang wurde auch gemessen und dokumentiert. Da ich diesen Leistungsteiler nur bis zum 2m-Band verwende, ist der Frequenzgang für meine Anwendung ausreichend. Um den Frequenzbereich bis zum 70cm zu erweitern ist etwas Abgleicharbeit nötig. Dazu kann man isolierten Schaltdraht verwenden und an R1 und evtl R2 annähern. Dieser wirkt als kleine Kapazität und erweitert den Frequenzgang bis zu 500MHz.

 
Das Bild zeigt den Frequenzgang bis 500MHz. Man sieht, dass bis 250MHz die Dämpfung an der Ausgangsbuchse 40...40,8dB ist.

 
Die Rückflußdämpfung ist bis250MHz besser als -40dB. Danach geht sie bis 500MHz zurück auf -38dB. Aber immer noch ein guter Wert.

Jürgen, DF3OL

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.

Bei den Feldversuchen auf 47 GHz haben Peter, DG5ACX und ich sehr schnell festgestellt, dass die Stabilität des Oszillators für den 47 GHz-Mischer, trotz geheiztem Quarz, nicht ausreichend ist. Ich habe mich deshalb noch einmal mit Referenzoszillatoren beschäftigt, mit denen die oben genannten Oszillatoren stabilisiert werden können. Dafür bieten sich eine ganze Reihe von Lösungen an, über die im Folgenden kurz berichtet werden soll.

1.
Eine Möglichkeit ist die Verwendung eines OCXO (Quarzoszillator im temperaturgeregelten Ofen). Noch besser ist ein Quarzoszillator im Ofen im Ofen (Doppelthermostat). Solche Baugruppen, z.B. der MV89 von Morion Inc., werden bei ebay günstig angeboten und haben hervorragende technische Daten. Allerdings ist die Leistungsaufnahme von 4,5 W im Betrieb und 18 W beim aufheizen für den Einsatz im Portabel-Betrieb doch etwas hoch.

2.
Ein Rubidium-Frequenznormal ist für uns Funkamateure, dank der bei ebay verfügbaren, aus stillgelegten Anlagen ausgebauten Module, auch von den Kosten her erschwinglich. Habe ich bei meinem ersten Rubidium-Normal (1, 2, 3) noch besonderen Wert auf geringe Gestehungskosten gelegt, sollte mein zweites Rubidium-Normal möglichst klein sein und sowohl am 230 V Stromnetz als auch an einem 12 V Akku betrieben werden können. Zur Zeit sind Rubidium-Module der Firma Frequency Electronics, Inc. bei ebay günstig zu haben. Diese Module müssen für die gewünschte Ausgangsfrequenz programmiert werden (4). Das hat mein Funkfreund Peter, DG5ACX übernommen.

Leider will das Modul 15 V als Betriebsspannung sehen. Deshalb habe ich einen DC-DC-Wandler 9 bis 18 V auf 12 V eingesetzt. Da ich alles in einem kleinen Gehäuse von 175x55x220 mm (BxHxT) unterbringen wollte, war für ein konventionelles Netzteil kein Platz mehr. Aber ein AC-DC-Modul für 115 bis 230 V, 50-60 Hz ließ sich noch gut unterbringen. Zusätzlich habe ich, anders als bei meinem ersten Gerät, das nur einen 10 MHz-Ausgang hatte, bei diesem Gerät auch gleich noch einen Leitungstreiber für vier Ausgänge zu 10MHz, 2 Vss an 50 Ω eingebaut. Somit können also vier Geräte [z.B. Frequenzzähler, Oszillator(en), Funkgerät(e)] gleichzeitig mit einer genauen und hochstabilen Referenzfrequenz versorgt werden.

Bild 1 zeigt das Gerät in der Frontansicht. Links die vier SMA-Buchsen für das Ausgangsignal. Die beiden LEDs rechts zeigen ob das Gerät eingeschaltet ist (rot) und ob der Rubidium-Oszillator eingerastet ist (blau).

Bild 2 zeigt die Rückseite der Frontplatte mit den Platinen für den 4-fach Leitungstreiber (rechts) und der LED-Steuerung (links).

Bild 3 gewährt einen Blick in das Innere des Gerätes. Vorn ist das Rubidium-Modul TM 5680 zu erkennen, hinten rechts sind der Kaltgerätestecker mit Sicherung und Netzfilter und der Netzschalter eingebaut und links hinten erkennt man den vorstehend besprochenen AC-DC-Wandler und davor den DC-DC-Wandler umgeben von einer Schaltung zur unterbrechungsfreien Umschaltung von 220 V Netz- auf 12 V Akkubetrieb. Das Messgerät zeigt die Stromaufnahme bei 12 V-Betrieb nach der Aufheizphase: 1,28 A.

Querverweise
1 – Tagungsband zur 32. GHz-Tagung in Dorsten 2009
2 – Skriptum zur 54. Weinheimer UKW-Tagung 2009
3 – Praxisheft 20 der AATiS
4 – Matthias Bopp, DD1US, www.dd1us.de

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

Veröffentlicht im November 2013