Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Eine quarzstabile Quelle für 10,37 GHz
Für das 3-cm-Band haben sich zwei Gerätefamilien herausgebildet: die einfachen, unstabilisierten Gunn- oder FET-Oszillatoren für tragbare Breitband-FM-Geräte einerseits und aufwendige quarzstabilisierte Systeme für stationäre SSB-Anlagen andererseits. Leider haben Viele eine beträchtliche Ehrfurcht vor Varactor-Vervielfachern und deswegen sind nur wenige brauchbare Konstruktionen (wie der Verneunfacher von DK2VF/DJ1CR) in der Literatur zu finden.
Dieser Artikel beschreibt eine einfach aufzubauende Oszillatorkette, die mehr als 10 mW bei 10,37 GHz liefert und ohne aufwendige Dreh- und Frästeile aufgebaut werden kann.
1. Zum Konzept
Hier hat der Verfasser auf zwei bekannte Baugruppen, den 1152-MHz-Vervielfacher von DC0DA(1) und den Verneunfacher von DK2VF/ DJ1CR(2) aufgebaut und mit gezielten Verbesserungen ein einfaches, nachbausicheres Konzept entwickelt. Bild 1 zeigt eine Blockschaltung der aus zwei Bausteinen bestehenden Oszillatorkette.
Bild 1: Die Blockschaltung der Vervielfacherkette.
2. Die 1152-MHz-Erzeugung
Die 1152-M Hz-Vervielfacherkette ist weitgehend mit der Baugruppe DCODA 005 identisch. Es wurden nur folgende Modifikationen durchgeführt:
- ein FM-Modulator ist organisch in den Quarzoszillator eingebaut
- der diskret aufgebaute Spannungsregler wurde durch einen 78L08 ersetzt
- anstelle des einfachen λ/2-Kreises am Ausgang der Baugruppe sitzt nun ein dreikreisiges Microstrip-Filter, das 50 dB Ober- und Nebenwellen-Abstand garantiert
- es werden ausschließlich die leicht beschaffbaren Valvo-Folientrimmer in allen Stufen verwendet
- alle Stufen sind nach den Vorschlägen von DJ1ZB schwingsicher aufgebaut und lassen sich eindeutig abgleichen
- die Ausgangsleistung kann an einen Trimmer eingestellt werden
- die Platine konnte auf 70 mm × 145 mm verkleinert werden und paßt damit in die üblichen Weißblechgehäuse
Die Bilder 2 und 3 zeigen den Schaltplan, das Platinen-Layout und den Bestückungsplan DB1NV 003.
Bild 2: Schaltplan der 1152-MHz-Erzeugung.
Bild 3: Bestückungsplan der 1152-MHz-Erzeugung (· auf der Masse-Oberseite verlöten).
2.1. Bauteile für DB1NV 003
| T1 | BF199, BF224 o.ä. (Anschlußreihenfolge BEC) |
| T2,T3 | BFW92, BFR96 (T-Plastik-Gehäuse) |
| T4 | BFR96, BFT12 (T-Plastik-Gehäuse) |
| T5 | MRF227, MRF629 (T039-Gehäuse mit Emitter am Gehäuse) |
| D1 | BB105, BB505 |
| D2 | BB109, BA138, notfalls BB105 oder BB505 |
| I1 | 78L08 Spannungsregler |
| alle Trimmer-C's | Valvo-Folientrimmer 7,5 ø |
| alle Kondensatoren | Keramik 5 mm Raster |
| alle Elkos | Tantal-Tropfen |
| Widerstände | Bauform 0207 |
| L1 | 5,5 Wdg. 0,3 CuL auf Spulenkörper 4 mm mit UKW-Kern |
| L2,L3 | 1,5 Wdg, Innendurchmesser 7,5 mm |
| L4 | Drossel 1 µH |
| L5,L6 | Drahtbügel, Innendurchmesser 6 mm, 12 mm Loch |
| L7 | 10 Wdgen 0,5 mm CuL, Innendurchmesser 3 mm |
| L8 | Drossel 1 µH |
| L9 | Drahtbügel Innendurchmesser 6 mm, 9 mm hoch |
| L10,L11 | Breitbanddrossel VK 200 |
| L12 | 10 Wdg 0,5 mm CuL, Innendurchmesser 3 mm |
| L13 | 1,5 Wdg, Innendurchmesser 6 mm |
| L14 | 1,25 Wdg, Innendurchmesser 6 mm |
| L15 | 2 Wdg, Innendurchmesser 2,5 mm |
| L16-L18 | Microstrip-Leitungen |
| Draht | 1 mm Durchmesser versilbert, wenn nicht anders angegeben. |
Wie man sieht, weist die Schaltung keine Besonderheiten auf. Lediglich bei der Auswahl der Varaktor-Diode ist etwas Probieren nötig. Beim Verfasser bewährte sich neben der (nicht mehr gefertigten) BA138 die BB109. Selbst manche 1N4148 eigneten sich nach passender Arbeitspunkteinstellung mit dem Parallelwiderstand.
2.2. Aufbau-Hinweise
Wer etwas Blechklempnerei nicht scheut, kann das Ausgangsfilter auch mit Luftstreifenleitungen und Rohrtrimmern auf der Oberseite der Platine realisieren und erhält dann etwas mehr Ausgangsleistung. Der richtige Abgleich eines Vervielfacherzuges ist schon so oft beschrieben worden, daß man nicht näher darauf eingehen muß. Hierzu ist eine Diodensonde mit Anzeigegerät nützlich, die man der Reihe nach an die Kreise ankoppelt und so Stufe für Stufe auf Maximum abgleicht, bis am Ausgang Leistung auftritt. Die Microstrip-Version erreicht mehr als 200 mW, die Luftstreifenleitungsversion ca. 300 bis 400 mW Leistung.
3. Der Verneunfacher
Zur Verneunfachung von 1152 MHz auf 10368 MHz wird eine Step-Recovery-Diode von Hewlett-Packard, Typ 5082-0830 verwendet. Sie ist zwar wesentlich billiger als die seinerzeit von DJ1CR vorgeschlagenen Typen, hat aber auch einen etwas schlechteren Wirkungsgrad. Während DJ1CR dicht am theoretisch möglichen Wirkungsgrad von 10 bis 15 % lag, erreicht die hier vorgestellte Schaltung nur 5 bis 10 %, je nach Diode. Dioden mit höherer Durchbruchspannung liefern im allgemeinen auch mehr Leistung.
Wie Bild 4 zeigt, besteht der Vervielfacher aus einer Anpassungsschaltung für 1152 MHz, der Diode, sowie einer mit der Diode verbundenen, am Ende kurzgeschlossenen ?i2-Leitung. Die X/2-Leitung wird durch die in der Diode fließenden Stromimpulse zu gedämpften Schwingungen mit der Endfrequenz angestoßen. Ein pfostengekoppelter Hohlleiter-Resonator filtert die gewünschte Spektrallinie heraus und sorgt für die Endfrequenz.
Bild 4: Elektrische Ersatzschaltung des Verneunfachers.
Wer mehr über Vervielfacher mit step-recoveryDioden erfahren will, sei an die "application notes" 918 und 920 von Hewlett-Packard verwiesen. Bild 5 zeigt die Einzelteile des Vervielfachers. Man benötigt R100-Hohlleiter, Flachmessing 25 mm × 10 mm und Messingrohre 3 ø außen, 1,7 ø innen sowie 5 ø außen, 4 ø innen. Die Messingrohre sind im Modellbau-Handel erhältlich.
Bild 5: Einzelteile des Varaktorverneunfachers 1152/10368 MHz.
Teil 2: Hohlleiter-Normflansch R 100
Teil 3: Kurzschlußschieber, Messing 22,7 × 10 × 10 in Hohlleiter einpassen
Teil 4: λ/2-Leitung, Messingrohr 5 ø × 0,5; 18,5 mm lang
Teil 9: Pfosten, Messingrohr 3 ø × 12,7
3.1. Zum Aufbau
Zuerst wird das Hohlleiterstück (Teil 1, am besten aus Kupfer wegen der besseren Wärmeleitung) entsprechend gebohrt und der Halteklotz (Teil 7) für die Anpassungsschaltung bearbeitet. Nach dem probeweisen Zusammenbau (Bild 6)ist zu prüfen, ob die Bohrungen zur Halterung der Diode zentrisch sind. Die Halteschrauben (M3 Messing) des Klotzes sind im Hohlleiter bündig abzufeilen. Als nächstes können die beiden Pfosten 3 × (Teil 9) des Filters in den Hohlleiter eingesetzt, der Flansch aufgesteckt und alles verlötet werden. Die λ/2-Leitung (Teil 4) wird in den Messingklotz eingelötet. Die Drossel (Teil 5) wird aus 5 mm langen 3-mm-Rohrstücken und aus versilbertem Schaltdraht von 1,5 mm Durchmesser zusammengelötet und durch Umwickeln mit Teflon-band (Dichtungsband) isoliert. Den Kurzschlußschieber (Teil 3) kontaktiert man mit einem Stück Kupferfolie (für Metalldruckarbeiten!) von 0,1 mm Dicke.
Bild 6: Schnitt durch den Verneunfacher.
Dadurch ergibt sich ein strammer Sitz im Hohlleiter ohne kompliziertes Einpassen.
Die seitliche Schraube am Hohlleiter bildet eine Kapazität zur λ/2-Leitung und ist experimentell auf größte Leistung einzustellen; manchmal ist sie nicht nötig!
Vor dem Bestücken der Anpassungsplatine sind die Löcher in der Platine auf den Messingblock abzubohren. Der Ms-Block wird dann an den entsprechenden Stellen leicht angebohrt, um Platz für die Lötungen auf der Unterseite der Platine zu schaffen. Die Platine muß nach dem Bestükkungsplan auf dem Block aufliegen.
Nach dem vollständigen Zusammenbau ist die Diode einzusetzen. Man beachte, daß das Wärmesenken-Ende (Seite ohne Ring) in der Halteschraube (Teil 6) sitzt und so Wärmekontakt zur Hohlleiterwand hat. Etwas Wärmeleitpaste kann den Wärmewiderstand senken! Bild 7 zeigt einen fertigen Verneunfacher.
Bild 7: Musteraufbau des Verneunfachers.
3.2. Abgleich
Der Abgleich eines Step-Recovery-Dioden-Vervielfachers ist nicht ganz einfach, die Dioden sind aber elektrisch so robust, daß keine Zerstörungsgefahr bei Fehlabgleich besteht. Ein guter Indikator für richtigen Abgleich ist, daß sich beim Verdrehen eines Abgleichelements die Ausgangsleistung kontinuierlich ändert und keine Sprünge auftreten. Zuerst ist eine 1152-MHz-Quelle mit ca. 200 bis 300 mW anzuschließen. Man stellt zunächst das Vorspannungstrimmpoti auf ca. 3 bis 4 kΩ und gleicht dann die Eingangstrimmer für 1152 MHz auf maximale Diodenrichtspannung ab. Dann ist der Ausgangskreis auf maximale Leistung zu bringen. Der Kurzschlußschieber steht dabei ca. 5 bis 7 mm hinter der Diode. Ist Ausgangsleistung vorhanden, so sind alle Abgleichselemente in mehreren Durchgängen auf größte Leistung zu trimmen. Danach kann die Ansteuerleistung bis auf die Sättigungsleistung von ca. 0,6 W erhöht werden. Mit einer guten Diode sind bei dieser Ansteuerung 30 bis 40 mW zu erreichen.
Zum Schluß kann man das Trimmpoti durch einen ausgemessenen Festwiderstand ersetzen. Bei den Musteraufbauten lag der Endwert bei ca. 3,5 kΩ, so daß man auch gleich den Diodenarbeitspunkt mit einem 3,3-kΩ-Festwiderstand festlegen kann. Bei starken Schwankungen der Umgebungstemperatur muß der Diodenarbeitspunkt nachgeführt werden. Entsprechende Schaltungen sind in den HP-application notes 918 und 920 zu finden.
4. Praktische Erprobung
Zur Erprobung wurde die Vervielfacherkette mit einem Hohlleiter-Durchblasemischer und einem ZF-Teil DB1NV 001(3) zu einem einfachen FM-Transceiver ergänzt. Die Ausgangsleistung betrug bei auf höchste Empfindlichkeit abgeglichenem DBM etwa 10 mW und die DSB-Rauschzahl wurde mit 9 dB ermittelt. Test-Funkverbindungen mit DG2ND bestätigten die Brauchbarkeit des Systems.
5. Erweierungsmöglichkeiten
Für stationäre Anwendungen kann man den einfachen Quarzoszillator durch einen rauscharmen FET-Oszillator im Thermostaten ersetzen. Im Portabelbetrieb ist ein gezogener Quarzoszillator mit ca. 3 MHz Ziehbereich auf der Endfrequenz eine sinnvolle Ergänzung. Dazu kann man den 96-MHz-Quarz in einer externen Schaltung auf der Grundwelle erregen (das ergibt einen großen Ziehbereich), danach verfünffachen und das so erzeugte Signal in die Vervielfacherplatine einkoppeln. Der ehemalige Oszillatortransistor kann gleich als Pufferstufe zweckentfremdet werden. Man achte hierbei auf ein sauberes 96-MHz-Signal aus dem Verfünffacher!
Die 1152-MHz-Aufbereitung kann natürlich auch als Kleinsender für das 23-cm-Band verwendet werden. Der Verfasser hat in dieser Richtung allerdings keine Versuche unternommen.
6. Literatur
- Dahms,J.: Frequenzaufbereitung für 1152 MHz, UKW-Berichte 17 (1977) Heft 3, S. 149 -153
- Münich, M. und Griek, R.: Frequenzverneunfacher für das 3-cm-Band, UKW-Berichte 18 (1978) Heft 4, S. 227 - 234
- Jirmann, J.: Ein 10-GHz-FM-Transceiver mit dielektrisch stabilisiertem Oszillator, UKW-Berichte 23 (1983) Heft 4, S. 195 - 205
DB1NV, Jochen Jirmann.