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Nachdem im ersten Teil dieses Artikels (UKW-Berichte 2/1982) das Meßprinzip, der Rauschgenerator und die ersten Baugruppen beschrieben wurden, folgen hier die restlichen Baugruppen des Rauschmeßgeräts, sowie die Gesamtschaltung und der Endabgleich.
6.1. Leiterplatte für die Oszillatoren
Der Schaltplan der beiden Oszillatoren, die bereits im 1. Teil vorgeschlagen wurden, ist in Bild 13 dargestellt. Um den Nachbau zu erleichtern, wurde die Leiterplatte RMG04 entworfen. Sie hat die Abmessungen 135 mm × 50 mm und paßt in ein Standard-Weißblechgehäuse. Die Platine ist gemäß Bestückungs plan, Bild 14, zu bestücken und mit Abschirm wänden zu versehen.
Bild 13: Schaltbild der Doppeloszillator-Baugruppe RMG04.
Bild 14: Der Bestückungsplan der Platine RMG04 läßt in der Mitte eine schmale Kammer für das 133,4-MHz-Filter erkennen.
6.1.1. Hinweise zu den Bauteilen von RMG04
T401, T402, T405: P8002 (TI)
T403: BF256B(TI)
T404: BF246A(TI)
D401...D403: HP2800 oder ähnl. Schottky-Diode
I401: REF-01 rauscharmer 10-V-Stabilisator
L401: 7 Wdg. Kupfer-Lack-Draht 0,3 ø einlagig in Spulenbausatz Vogt D 41-2165 wickeln; Abschirmhaube weglassen!
L402: 2 Windungen, sonst wie L401
L403: 5 Wdg. versilberter Draht 0,8 ø auf 7-mm-Dorn wickeln, freitragend, senkrecht stehend einlöten. In der Spule steht ein 5-mm-Spulenkörper mit UKW-Kern
L404: 24 Wdg. Kupfer-Lack-Draht 0,3 ø mit Anzapf 6 Wdg. vom kalten Ende, in Spulenbausatz Vogt D 41-2165
Tr401: Doppellochkern (Siemens B 62152-A8-X17) mit KupferLack-Draht 0,12 ø bewickeln: 4 Wdg. zuunterst, dann 2 × 4 Wdg. bifilar darüber
7 Stück Miniaturdrosseln, RM 10
2 Stück Folientrimmer 13 pF (Valvo: gelb)
15 Stück keramische Scheibenkondensatoren zwischen 2,2 pF und 4,7 nF: RM 2,5
7 Stück keramische Flachkondensatoren zwischen 10 nF und 100 nF: RM 5
2 Stück keramische DF-Kondensatoren 2,2 nF (Wert unkritisch), lötbar
1 Stück Tantal-Elko in Tropfenform: 10 µF/25 V
13 Stück Kohleschichtwiderstände Größe 0207 (RM 10)
1 Quarz 66,700 MHz im Halter HC-43/U
1 Quarz 10,720 MHz im Halter HC-43/U
1 Weißblechgehäuse 135 × 50 × 30
Die Leiterplatte ist so aufgeteilt, daß die beiden Oszillatoren getrennt aufgebaut und betrieben werden können.
7. Steuer und Regelteil
7.1. Schaltungsbeschreibung
Die Baugruppe, deren Schaltplan in Bild 15 dargestellt ist, trägt die Bezeichnung RMG02. Sie ist das Herz des Meßgeräts.
Bild 15: Schaltbild des Steuer- und Regelteils RMG02
Die Rauschspannung UNF aus der RMG03-Schaltung hat nach dem beschriebenen Konzept eine obere Grenzfrequenz von 35 kHz. Dabei übernimmt das 10,7-MHz-Quarzfilter die Hauptselektion. Wenn man bei 10,7 MHz messen will (zusätzlicher Meßeingang), und darum auf den Konverter und das Quarzfilter verzichten muß, ist es möglich, die Hauptselektion in den NF-Bereich zu legen. Das funktioniert allerdings nur dann, wenn keine Träger in der Nähe der Zwischenfrequenz sind und die ZF-Selektion vor der RMG03-Baugruppe ausreichend ist. Man bekommt dann zwei aufeinandergeklappte und in den NF-Bereich verschobene Rauschspektren. Die HF-Bandbreite ist dann doppelt so groß wie die NF-Bandbreite. Darum wird die NF-Bandbreite durch einen Tiefpaß, Transistoren T201 und T202, definiert begrenzt. Das Filter ist 4. Ordnung und für eine obere Grenzfrequenz von 50 kHz ausgelegt. Bild 16 zeigt den berechneten und den gemessenen Dämpfungsverlauf.
Bild 16: Frequenzgang des NF-Tief passes.
Die Verteilungsdichte der Momentanspannung des thermischen Rauschens entspricht einer "Gauß'schen Glockenkurve", siehe Bild 17. Da diese für keine Spannung verschwindet bedeutet das, daß beliebig hohe Momentanspannungen auftreten können, die von der Meßkette verarbeitet werden müssen. Natürlich sind reale Verstärker, Konverter etc. nur endlich großsignalfest und verfälschen somit charakteristische Rauschparameter. Weil der Einfluß von Begrenzungen bei Rauschleistungsmessungen von allgemeiner Bedeutung ist, wird in Bild 18 eine Fehlerkurve angegeben.
Bild 17: Verteilung der Momentanspannungen des Rauschens.
Bild 18: Das Diagramm zeigt, wie sich der Fehler durch Begrenzung bei der Messung von Rauschleistung auswirkt.
Der Gleichrichter muß im gesamten Frequenzbereich (fmax = 50 kHz) und in einem großen Spannungsbereich linear arbeiten, damit die korrekte Rauschzahl ermittelt werden kann. Als nichtlineares Glied ist er bei Spannungsspitzen besonders kritisch. Mit I201, I202, I203 und dem Impedanzwandler T203, T204 ist eine Schaltung realisiert, die der in (1) entspricht. Der schnelle Operationsverstärker LF 357 mit FET-Eingängen leistet hier gute Dienste. Dem Verstärker I203 wurde TiefpaßVerhalten gegeben, um die Spannungsspitzen vor der weiteren Verarbeitung zu glätten. Deshalb kann hier und in der restlichen Schaltung der langsamere, aber stabilere (Schwingungen) Typ LF356 eingesetzt werden.
Der Taktgenerator I208 liefert dem C-MOS-Dezimalteiler I209 einen 100-Hz-Takt. Über ein Diodennetzwerk werden die Steuersignale für die C-MOS-Schalter in I210 erzeugt. Ein Meßzyklus dauert also etwa 100 ms. Gemäß Teil 1, Bild 3, läuft der Meßvorgang wie folgt ab:
Während t1 öffnet der C-MOS-Schalter S4, und die Rauschquelle gibt P1 (passiv) ab. Etwa 10 ms später schließen auch die Schalter S1 und S3. Der Regler wird nun aktiv: er gibt eine Spannung ab, die - invertiert von I205 - den regelbaren Verstärker so ansteuert, daß Ü1M gleich 1 V ist. Dabei tritt aber eine Schwierigkeit auf: wegen der statistischen Schwankungen der Rauschspannung wird der Sollwert nie exakt eingehalten. Dies wirkt sich in Schwankungen der Anzeige aus. Darum muß bei der Dimensionierung des Reglers ein Optimum gefunden werden: er soll schnell sein, um Verstärkungsänderungen z.B. bei Abgleichvorgängen sofort auszuregeln und er soll langsam sein, um das Rauschen gut auszumitteln. Bei konstanten Kleinsignal-Parametern des Regelkreises ist dies nicht schwierig. Eine einfache Rechnung zeigt, daß der Zusammenhang zwischen Verstärkung und Regelspannung exponentiell sein muß, um arbeitspunktunabhängiges Kleinsignalverhalten zu bekommen. Bei der Baugruppe RMG03 ist der Zusammenhang - siehe Teil 1, Bild 12 - aber anders. Durch eine andere Nichtlinearität (R208, R209 und D201 zwischen Regler und Verstärker-Regelspannungseingang) kann die Gesamtkennlinie zumindest näherungsweise in die gewünschte Form gebracht werden. Falls die notwendige Verstärkung nicht erreicht werden kann, wird die Regelspannung durch D202 begrenzt. Die bleibende Abweichung wird über I207 registriert, und an der Frontplatte durch LED die Ungültigkeit des Meßergebnisses angezeigt. Bei zu großem Eingangspegel geht Uou gegen -15V, bei zu kleinen gegen +15V.
Nach t3 schließt sich S4 und öffnen sich S1 und S3: der Rauschgenerator wird aktiv, die Regelspannung bleibt konstant. Weitere 10 ms später schließt S2: I 6 arbeitet als "Mittelwertbildner". Bei der Festlegung der Zeitkonstante des "Mittelwertbildners" spielen ähnliche Überlegungen wie beim Regler eine Rolle. Am Ende des Meßzyklus werden wieder alle Schalter geöffnet. I207 wirkt jetzt wie ein Abtast-Halte-Glied; U2M bleibt bis zur nächsten Mittelwertbildung (t4) gespeichert.
7.2. Aufbauhinweise
Für diese Schaltung ist die beidseitig kaschierte Leiterplatte RMG02 vorgesehen. Sie hat Europaformat und kann mit einer 31poligen Steckerleiste versehen werden. Die Baugruppe ist gemäß Bild 19 zu bestücken; lediglich der Kondensator C201 wird erst beim Ab-gleich eingelötet.
Bild 19: Bestückungsplan der Steuer- und Regelplatine RMG02.
7.2.1. Bauelemente-Hinweise für RMG02
T201...T203: BC413 oder anderer Si-NPN-NF-Transistor
T204: BC415 oder anderer Si-PNP-NF-Transistor
D201: 2,7-V-Z-Diode
D202: 11-V-Z-Diode 19 Stück unbezeichnete Dioden: 1N4151 oder andere Si-Schaltdioden
I1, I2: LF 357N sehr schneller OpAmp mit FET-Eingängen (Siemens u.a.)
I3, I4, I6, I7: LF356 N schneller OpAmp mit FET-Eing. (Siemens u.a.)
I5, I8: 741, TBA 221 B OpAmp (Siemens, Fairchild, NS)
I9: 4017 Dekadischer Zähler/Teiler (C-MOS)
I10: 4066 Vierfachschalter (C-MOS)
C201: 22 µF/25 V Tantal-Elko (Tropfenform)
C202: 3,3 µF/25 V oder 63V MKL (MKU) Folienkondensator (RM 25)
C203: 10µF/25V oder 63V MKL (MKU) Folienkondensator (RM 40)
C204: 1 µF/25 V oder 63 V MKL (MKU) Folienkondensator (RM 25)
4 Stück keramische Kondensatoren zwischen 100 pF und 4,7 nF: RM 2,5
15 Stück keramische Flachkondensatoren 47 nF und 100 nF: RM 5
5 Stück Tantal-Elkos in Tropfenform (RM 2,5) 3 Stück Alu-Elkos, rund: RM 5
6 Stück Trimmpotis liegend, RM 10/5
40 Stück Kohleschichtwiderstände, RM 10
1 Stück 31polige Steckverbindung nach DIN 41617 (Siemens u.a.)
In Bild 20 ist der Versuchsaufbau mit einer nicht durchkontaktierten Leiterplatte zu sehen.
Bild 20 Auf der Platine RMG 02 fallen die 3 großen Folienkondensatoren auf.
7.3. Inbetriebnahme und Abgleich
Bei Anlegen der Betriebsspannung sollte die Schaltung etwa 53 mA bei der positiven Spannung und 56 mA bei der negativen Spannung aufnehmen. Mit einem Oszillographen überprüft man das 100-Hz-Rechtecksignal an I208/6 und die Steuerspannungen für die CMOS-Schalter. Bei korrekter Funktion müssen an I210 die in Bild 21 skizzierten Signale meßbar sein.
Bild 21: Steuerspannungen für die C-MOS-Schalter auf RMG02.
Am Gleichrichter wird zuerst der Offset, dann die Symmetrie eingestellt. Dazu legt man TP200 an Masse und gleicht nacheinander mit R202 und R203 die Operationsverstärker I202 (Meßpunkt TP 201) und I203 (Meßpunkt TP202) auf Null ab. Danach schließt man eine massefreie Spannungsquelle von ca. 0.7 V (Batterie und Spannungsteiler) zwischen TP200 und Masse an. An TP202 müßten nun etwa 10V liegen. Bei laufendem Umpolen der Spannung an TP200 stellt man R201 so ein, daß die Ausgangsspannung unabhängig vom Vorzeichen der Eingangsspannung wird.
Der Offset von I206 wird mit R205 kompensiert, während C203 überbrückt wird.
Nach dem Einlöten von C201 kann mit einem Tongenerator an UNE und einem Voltmeter an TP 202 der Frequenzgang des 50-kHz-Filters geprüft werden.
Die Potentiometer R204 und R206 werden erst beim Endabgleich eingestellt.
8. Anzeige-Elektronikund Referenzspannungsbildung RMG01
Der Zusammenhang zwischen Flog, ENRlog und U2M nach Formel 5 (Teil 1) ist in Bild 22 wiedergegeben. Diese Kennlinie muß berücksichtigt werden, wenn U2M mit einer elektronischen Schaltung so verarbeitet werden soll, daß Flog linear angezeigt wird.
Bild 22: Diese Kennlinie in der Anzeige-Elektronik ermöglicht es, Flog mit einer linearen Instrumentenskala anzuzeigen.
Mit Hilfe eines Rechnerprogramms gelang es, den Verlauf Flog-ENRlog im Bereich von -1 bis -20 dB mit sieben Geradenstücken so zu approximieren, daß der maximale Fehler unter 0,06 dB bleibt. In Bild 23 ist das Prinzip der Geradennäherung dargestellt, die folgende Tabelle 1 enthält die Daten der Stützpunkte und die Spannungsnormierung von Flog - ENRlog (0 bis -20 dB entspricht 0 bis -10V).
Bild 23: Prinzip der Geradennäherung; hier nur 1 Gerade zwischen 2 Stützstellen.
| U2M/V | (Flog - ENRlog)/dB | UF log/V | |
|---|---|---|---|
| exakt | genähert | ||
| 1.500 | -0.97 | -1.03 | -0.514 |
| 1.790 | -3.43 | -3.49 | -1.746 |
| 2.230 | -5.99 | -6.05 | -3.024 |
| 2.890 | -8.66 | -8.72 | -4.362 |
| 3.860 | -11.43 | -11.49 | -5.745 |
| 5.250 | -14.24 | -14.30 | -7.151 |
| 7.220 | -17.09 | -17.15 | -8.573 |
| 9.990 | -19.95 | -20.01 | -10.004 |
8.1. Schaltungsbeschreibung
Die Realisierung des Poligonzuges wird durch Superposition von Einzelzügen erreicht (siehe Bild 24). In Bild 25 ist eine Teilschaltung dargestellt, die eine einzelne Knickfunktion erzeugt. Da am Minus-Eingang des vorderen Operationsverstärkers OV (virtuelle Masse) liegen, gilt für IA, IB und IC:
Bild 24: Realisierung eines Polygonzugs als Überlagerung von Einzelzügen.
Bild 25: Schaltung für eine einzelne Knickfunktion.
Solange U2M < (R1/R2) × Uref, ist IC positiv und D1 leitet, während D2 sperrt. Der Punkt P1 ist also über Ra und R3 nur mit Minus-Eingängen von Operationsverstärkern verbunden.
U2 = 0
12 = 0
Der zweite Operationsverstärker summiert 12 und 11, 13, ..., die ähnlich entstehen und bildet
UF log = - R4 (I1 + I2 + I3 + ...)
Poligonzüge können zwar weniger aufwendig realisiert werden als mit der gezeigten Schaltung, aber dann sind Berechnung und Abgleich weitaus komplizierter. Bild 26 zeigt den Schaltplan der Anzeige-Elektronik und Referenzspannungsbildung. In der Tabelle 2 sind die berechneten Widerstandswerte für die Linearisierung angegeben.
Bild 26: Schaltbild der Anzeige-Elektronik und Ref erenzspannungsbildung RMG01.
| R100 = 17078 Ω | R107 = 16641 Ω |
| R101 = 2355 Ω | R108 = 25907 Ω |
| R102 = 55866 Ω | R109 = 24144 Ω |
| R103 = 7456 Ω | R110 = 19048 Ω |
| R104 = 44843 Ω | R111 = 34521 Ω |
| R105 = 11380 Ω | R112 = 13850 Ω |
| R106 = 34602 Ω | R113 = 48660 Ω |
Da der Offset-Fehler der Operationsverstärker I101 bis I106 kaum Auswirkungen hat, hängt die Genauigkeit, mit der der berechnete Zug erreicht wird, fast nur von der Genauigkeit der Widerstände ab. Deshalb wird jeder der in der Tabelle aufgeführten Widerstände durch Serienschaltung von zwei Fest- und einem Einstellwiderstand dargestellt. Das erlaubt es, die Potentiometer klein zu wählen, so daß sich eventuelle Verstellungen infolge von Erschütterungen nur schwach auswirken.
Der Einfluß der Widerstandsalterung wurde rechnerisch überprüft. Wenn die 10-kΩ-Widerstände in Metallfilm-Ausführung (wie vorgeschrieben) verwendet werden, so erhöht sich der Fehler um ca. 0,04 dB. Noch günstiger ist das Ergebnis, wenn alle Widerstände in Metallfilm-Ausführung eingebaut werden. Um die volle Meßgenauigkeit über längere Zeit sicherzustellen, sollte man den Abgleich jährlich überprüfen.
Die Operationsverstärker I108 und I109 erzeugen die Referenzspannungen ± 10V.
8.2. Aufbauhinweise
Die Anzeige-Referenz-Leiterplatte ist einseitig kaschiert, hat Europaformat und eine 31polige Steckerleiste. Bild 27 zeigt den Bestückungsplan dieser mit RMG01 bezeichneten Platine. Falls Widerstände einer dichteren Normreihe mit geringerer Toleranz zur Verfügung stehen (z.B. E96 1 %), kann die Leiterplatte so bestückt werden, daß Potentiometer mit kleinerem Widerstand verwendet werden.
Bild 27: Auf der Anzeige-Referenz-Platine RMG 01 sind 3 Drahtbrücken erforderlich.
8.2.1. Spezielle Bauelemente für RMG01
I101 ... I109: 741 oder TBA 221 B OpAmp
D101: 1N3155 temp. kompensierte 8,4-V-Z-Diode
12 Stück Dioden: 1N4151 oder ähnl. Typ
9 Stück keramische Flachkondensatoren 100 nF, RM 5
2 Stück Tantal-Elkos (Tropfenform): 22 µF/25 V
18 Stück Trimmpotis, liegend, RM 10/5 Werte: siehe Schaltbild und Tabelle 3
44 Kohleschichtwiderstände, Größe 0207 Werte: siehe Schaltbild und Tabelle 3
15 Metallfilmwiderstände, Größe 0207 10 kΩ/1 %
1 31-polige Steckverbindung nach DIN 41617 (Siemens u.a.)
| Widerstand Nr. | Trimmpoti Wert | Widerstand Nr. | Kohleschicht Wert | Widerstand Nr. | Kohleschicht Wert |
|---|---|---|---|---|---|
| R100a | 2k2 (2k5) | R100b | 15k | R100c | 1k0 |
| R101a | 220 (250) | R101b | 2k2 | R101c | 47R |
| R102a | 2k2 (2k5) | R102b | 33k | R102c | 22k |
| R103a | 470 (500) | R103b | 3k3 | R103c | 3k9 |
| R104a | 4k7 (5k) | R104b | 39k | R104c | 3k3 |
| R105a | 1k | R105b | 10k | R105c | 820R |
| R106a | 2k2 (2k5) | R106b | 33k | R106c | 470R |
| R107a | 2k2 (2k5) | R107b | 15k | R107c | 560R |
| R108a | 2k2 (2k5) | R108b | 22k | R108c | 2k7 |
| R109a | 2k2 (2k5) | R109b | 22k | R109c | 1k0 |
| R110a | 2k2 (2k5) | R110b | 18k | R110c | 0 |
| R111a | 2k2 (2k5) | R111b | 33k | R111c | 390R |
| R112a | 1k | R112b | 10k | R112c | 3k3 |
| R113a | 4k7 (5k) | R113b | 39k | R113c | 6k8 |
Bild 28 ist das Foto des Versuchsaufbaus. Hier sind die Widerstände R...c noch unterhalb der Leiterplatte angebracht.
Bild 28: Dieser Versuchsaufbau von RMG 01 ist noch nicht in der endgültigen Form.
8.3. Inbetriebnahme und abgleich
Die Stromaufnahme der korrekt arbeitenden Schaltung ist ca. 33 mA bei der positiven bzw. ca. 22 mA bei der negativen Versorgungsspannung. Für die folgenden Abgleicharbeiten ist 02m mit einer variablen Spannung 0 - 10 V (z. B. 1-kΩ-Potentiometer zwischen Masse und +15 V) zu versehen. Die Einstellungen, die nun nach Tabelle 4 vorgenommen werden müssen, sind nicht sehr kritisch, aber wesentlich für die volle Meßgenauigkeit des Rauschmeßgeräts. Darum sollte der Abgleich mit einem guten Digitalvoltmeter sorgfältig und in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Bevor man den endgültigen Abgleich vornimmt ist es ratsam, einen Vorabgleich zu machen, um festzustellen, ob alle Einstellungen möglich sind. Trifft dies nicht zu, so stimmt entweder ein vorangegangener Abgleich nicht, oder die Widerstände des Teilers haben zu große Toleranz und müssen ausgetauscht oder geändert werden. Beim endgültigen Ab-gleich sollte man alle vorgenommenen Einstellungen gegen unbeabsichtigtes Verstellen mit Lack sichern.
| Vorgabe von U2M | Anweisung | Meßpunkt Voltmeter | Abgleich an | Abgleich-Bedingung |
|---|---|---|---|---|
| verbinde 26 und 29 | ||||
| beliebig | +Uref | R114 | Uref: = 10,00 V | |
| beliebig | -Uref | R115 | -Uref: = -10,00 V | |
| 0,00V | UF log | R100 | UF log: = 5,86 V | |
| 1,50V | UF log | R101 | UF log: = -0,514 V | |
| 1,79V | TP101 | R102 | * | |
| 2,23V | TP102 | R104 | * | |
| 2,23V | UF log | R103 | UF log: = -1.746 V | |
| 2,89V | TP103 | R106 | * | |
| 2,89V | UF log | R105 | UF log: = -3,024 V | |
| 3,86V | TP104 | R108 | * | |
| 3,86V | UF log | R107 | UF log: = -4.362 V | |
| 5,25V | TP105 | R110 | * | |
| 5,25V | UF log | R111 | UF log: = -5.745 V | |
| 7,22V | TP106 | R112 | * | |
| 7,22V | UF log | R111 | UF log: = -8,573 V | |
| 9,99V | UF log | R113 | UF log: = -10,004 V | |
| löse Verbindg. 26-29 verbinde 28-29 | ||||
| beliebig | UF log | R116 | UF log: = -5.000 V | |
| beliebig | schließe 1-mA-Meßwerk mit Minus-Anschl. an IF log und mit Plus-Anschl. an Masse an | UF log | R117 | UF log: = -1.000 V IF log: = -1,00 mA** |
* Abgleich so, daß die Spannung am Meßpunkt sich gerade noch nicht ändert.
** Abgleich mit dem Meßwerk, das für den endgültigen Betrieb vorgesehen ist. Dabei Nullpunkteinstellung und korrekte Lage beachten!
9. Gesamtschaltung
9.1. Schaltungsbeschreibung
Die Zusammenschaltung der einzelnen Baugruppen ist in Bild 29 dargestellt. Außerhalb der bereits beschriebenen Baugruppen ist nur eine geringe Zahl peripherer Bauelemente erforderlich. Über zwei Leuchtdioden zeigt das Gerät an, daß der Meßwert unbrauchbar ist, wenn der Regler in die Begrenzung gekommen ist. Mittels eines 5-kS2-Potentiometers kann die ENR-Konstante der Rauschquelle eingegeben werden. Der Einstellbereich liegt zwischen 10 und 20 dB. Der ENR-Wert der Eigenbauquelle, nach dem im Teil 1 vorgeschlagenen Prinzip, dürfte in diesem Intervall liegen. Die Kontrolle der Vorgabe geschieht über das 1-mA-Meßwerk, mit dem auch die Rauschzahl angezeigt wird. Deshalb wird es mit dem Schalter S umgeschaltet. Steht der Schalter in Stellung ENRlog, so wird in gespreizter Darstellung der Bereich von 10-20 dB angezeigt. In der anderen Stellung können Rauschzahlen zwischen 0 dB und 10 dB vom Instrument abgelesen werden.
Bild 29: Die Gesamtschaltung des Rauschmeßgeräts.
9.2. Aufbauhinweise
Der Empfangskonverter und die Baugruppen RMG01, RMG02, RMG03, RMG04 werden zusammen mit einem ± 15-V-Netzteil in ein Gehäuse eingebaut. Für das Netzteil eignet sich ein M65-Transformator mit zwei getrennten 15-V-Wicklungen und zwei Festspannungsregler im TO5-Gehäuse. Wer eine Leiterplatte verwenden will, kann beispielsweise die Platine DK1OF 028 einsetzen.
Nach dem Endabgleich wird in der RMG03-Baugruppe nochmals ein Widerstand ausgetauscht. Darum ist es zweckmäßig, diese Einheit nicht zu "versteckt" anzuordnen. Bei der Verdrahtung sollte darauf geachtet werden, daß keine Masseschleifen entstehen. Für den Meßeingang kann eine BNC- oder N-Buchse gewählt werden. Der Ausgang URQ für die Rauschquelle muß lediglich NF-tauglich sein. Um Verwechslungen mit dem Meßeingang unmöglich zu machen, ist es zweckmäßig, eine PL-Buchse zu verwenden. Das Drehspul-Instrument muß seinen Vollausschlag bei 1 mA haben. Da die Präzision dieses Meßwerks gleich zweimal in die Meßgenauigkeit eingeht (bei der ENR-Wert-Vorgabe und bei der Rauschzahl-Anzeige) sollte man an dieser Stelle nicht zu sparsam sein. Ein nicht zu kleines Klasse-1-Instrument ist zu empfehlen. Das 5-kΩ-Potentiometer erlaubt einen bequemen ENR-Wert-Abgleich, wenn eine 10Gang-Ausführung eingebaut wird.
9.3. Endabgleich
Auf der Leiterplatte RMG02 sind noch die Potentiometer R204 und R206 einzustellen. Dies geschieht bei ausgeschaltetem 10,720-MHz-Oszillator. Dann ist der Regelkreis unterbrochen und der Regler geht in die Begrenzung. Die Leuchtdiode für zu kleinen Eingangspegel muß jetzt leuchten. Mit dem Widerstand R206 wird jetzt URegel (negative Spannung) auf den Wert URegel G, der in Abschnitt 5.3. festgestellt wurde, eingestellt.
Nun ist ein weiterer Präzisionsabgleich erforderlich. Dazu sollte nochmals das selbe Voltmeter wie beim Abgleich der RMG01-Leiterplatte verwendet werden. Es muß, wie bei DVMs üblich, einen Eingangswiderstand von mehr als 10 MΩ haben. Notfalls kann man einen LF 356-Impedanzwandler (mit Offsetkorrektur) heranziehen. Mit dem Potentiometer R204 ist die Spannung an TP203 auf 1,000 V einzustellen. Dieser Abgleich sollte ebenfalls mit Lack gesichert werden. Wird jetzt der 10,720-MHz-Oszillator wieder in Betrieb gesetzt, so ist das Meßgerät, wenn alle Baugruppen funktionieren, einsatzbereit.
Schließt man nun die Rauschquelle an den Steuerausgang URΩ an und steckt sie auf den 144,1-MHz-Meßeingang "RF", so kann jetzt der erste Rauschabgleich vorgenommen werden: nämlich der des eingebauten Empfangskonverters nach DK1OF. Ist der ENR-Wert der Rauschquelle bekannt, so stellt man ihn in Schalterstellung ENRlog mit Hilfe des Potentiometers am Instrument ein. Der Wert 0 der Skala entspricht ENR = 10 dB, der Vollausschlag 100 Skalenteile entspricht ENR = 20 dB. Also beispielsweise: ENR = 16 dB wird als 60Skt angezeigt.
Ist dagegen der ENR-Wert der Rauschquelle nicht bekannt, so stellt man vorerst irgendeinen Wert ein, der nach dem Umschalten auf Fio9 irgendeine Anzeige ergibt, so daß man nun den Empfangskonverter auf minimale Rauschzahl abgleichen kann. Im Mustergerät wurde mit dem Empfangskonverter eine minimale Rauschzahl von ca. 4,5 dB erreicht. Verstellt man nun die ENR-Wert-Vorgabe am Potentiometer so, daß diese Rauschzahl angezeigt wird (45 Skt), so hängt man zumindest für das 2-m-Band mit seinem ENR-Wert nicht mehr völlig in der Luft. Später muß man Gelegenheiten suchen, die eigene Rauschquelle durch vergleichende Rauschzahlmessungen mit Präzisionsgeräten bei möglichst vielen Frequenzen immer genauer zu eichen.
Wenn schließlich der ENR-Wert und damit die Rauschzahl des Meßeingangs ausreichend genau bekannt sind, kann er als "ZweiteStufe-Anteil" berücksichtigt werden. Dazu benötigt man die Verstärkung des Meßobjekts und die folgende Formel:
mit:
F1 = Rauschzahl des Meßobjekts (als Faktor einsetzen, nicht in dB!)
F2 = Rauschzahl des Meßeingangs (z.B. 4,5 dB ? 2,8)
G1 = Leistungsverstärkung des Meßobjekts (ebenfalls als Faktor einsetzen)
Der Widerstand R302 auf der Leiterplatte RMG 03 wurde nur deshalb so groß vorgegeben, um den Rauschabgleich des Empfangskonverters durchführen zu können. Für den endgültigen Betrieb ist es günstig, die Verstärkung zu senken: Für den Widerstand R302 sind 22 kΩ einzusetzen.
10. Schlußbermerkung
Der Rahmen dieser Beschreibung würde sicherlich gesprengt werden, wenn man auf alle Fehlermöglichkeiten bei einer Rauschzahlmessung hinweisen würde. Im Artikel " Fußangeln bei Rauschzahlmessungen"(2) wird eine ganze Reihe von Fehlerquellen aufgezählt. An dieser Stelle soll nur nochmals auf die Kleinheit der gemessenen Leistungen hingewiesen werden:
1 kTo × 30 kHz = 0,4 × 10-20 Ws × 30000 s-1 = 1,2 × 10-16 W ≡ -129 dBm
Im Bild 30 ist dargestellt, wie weit Störungen noch unter dem Rauschen liegen müssen, um eine bestimmte Genauigkeit bei der Messung der Rauschleistung zu erreichen.
Bild 30: Ein Störsignal, das 6 dB schwächer als die mittlere Rauschleistung ist, verfälscht eine Leistungsmessung bereits um 1 dB!
11. Literatur
- Kestler, J., DK1OF: Digitales Vielfachmeßgerät, UKW-Berichte 15 (1975) Heft 2 und Heft 3
- Gannaway, J., G3YGF and Holmes, D.: Fußangeln bei Rauschzahl-Messungen, UKW-Berichte 22 (1982) Heft 1, Seite 77-81
Teil 1 - Teil 2
Martin Dohlus.