Frequenzteiler (: 10) bis 5 GHz

In nahezu jedem HF-Labor gehört ein Frequenzzähler zur Standardausrüstung, doch der Frequenzbereich reicht meist nur bis 1,3 GHz. Obwohl man in diesem Bereich fast alle Messungen durchführt, so hat man dennoch oft den Wunsch auch höheref requenzen messen zu können. Neben dem Kauf eines teueren Mikrowellen-Zählers gibt es aber auch die Möglichkeit, ein vorhandenes Gerät mit einem externen Vorteller zu erweitern.

Bild 1 - Der Schaltplan des Frequenztellers bis 5 GHz.

Schaltungsbeschreibung

Die Schaltung des Verteilers für Frequenzzähler besteht lediglich aus wenigen Bauteilen das Schaltbild ist in Bild 1 dargestellt. Bereits vor einigen Jahren wurde in (1) ein ähnlicher Verteiler vorgestellt. Nachdem das dort verwendete Teiler-IC SP 8910 Piessey lange Zeit nicht mehr erhältlich war, geriet das Projekt in Vergessenheit, In der Zwischenzeit wurde dieses Bauteil wieder aufgelegt und ist momentan (noch) im modernen SMD-Gehäuse von Zarlink (2) verfügbar. Es lag daher nichts näher, als mit diesem Baustein einen neuen Frequenzteiler zu entwickeln.

Am HF-Eingang der Schaltung befindet sich ein sehr breitbandiger Verstärker ERA-1 von Mini-Circuits (3). Erverstärkt das Eingangssignal bis 5 GHz mit etwa 11 bis 12 dB, bevor es dem eigentlichen Teiler U2 am PIN 2 zugeführt wird.

Wie andere Teiler schwingt auch dieser ohne Eingangssignal, in diesem Fall sind dann etwa 550 MHz am Ausgang messbar. Bei einigen Teilern kann man dieses Schwingen durch einen Widerstand vom Eingangspin nach Masse unterdrücken, hier führte es jedoch nicht zum Erfolg.

Bild 2 - Der erforderliche Eingangspegel beim Mustergerät für eine einwandfreie Funktion.

Der Widerstand R3 sorgt für eine Ausgangsimpedanz von etwa 50 Ohm, der Ausgangspegel beträgt ca. -10 dBm. Ein größeres Problem stellt allerdings die notwendige Höhe des Eingangspegels dar. Die Kurve in Bild 2 zeigt, wie groß dieser mindestens sein muss, damit der Teilereinwandfrei funktioniert. Man sieht auch, dass der Teiler durchaus noch über 5 GHz einsetzbar ist. Vorsicht ist bei zu kleinen Eingangspegeln geboten!

Bild 3 - Ausgangsspektrum bei zu kleinem Eingangspegel (1 GHz, -27 dBm)

Bild 3 zeigt, was bei einer Eingangsfrequenz von 1 GHz am Ausgang passiert, wenn der Eingangspegel (-27 dBm) zu gering ist - es wird eine Eingangsfrequenz von 2 GHz vorgetäuscht! Die Bilder 4 und 5 zeigen dagegen Spektrum am Ausgang bei richtigen Eingangspegeln. Zu große Eingangspegel sind ebenfalls zu vermeiden.

Die Versorgungsspannung für den Teiler wird mit einem Festspannungsregler (U3) stabilisiert. Es wurde dabei einer im TO-220 Gehäuse gewählt.

Bild 4 - Ausgangsspektrum bei einer Eingangsfrequenz von 1 GHz (-12 dBm)

Bild 5 - Ausgangsspektrum bei einer Eingangsfrequenz von 5 GHz (-20 dBm)

Bild 6 - Layout des Frequenztellers bis 5 GHz auf Teflon-Platine mit den Abmessungen 30 mm x 45 mm (nicht maßstäblich!)

Aufbau der Schaltung

Die Schaltung ist auf einer 45 mm x 30 mm großen Teflonplatine aufgebaut (Bild 6). Diese erhält an einer Ecke eine Aussparung den Spannungsregler U3.

Beim Bestücken der Leiterplatte entsprechend Bestückungsplan (Bild 7) ist besondere Sorgfalt beim Einbau des Verstärkers U1 geboten. Seine Masseanschlüsse müssen auf dem kürzestem Weg mit der Masseseite, der Platine verbunden werden, sonst neigt er wegen der entstehenden Zuleitungsinduktivitäten zum Schwingen.

Eine Masseverbindung über Durchkontaktierungen ist nur dann brauchbar, wenn genügend viele parallel geschalten werden. Es wird hier daher eine andere Methode angewandt, die eigentlich immer zum Erfolg führt. Das MMIC wird in eine Bohrung (2,3mm) in der Platine selbst eingesetzt. Die Masseanschlüsse werden dabei nach unten gebogen und flach mit der Massefläche verlötet, Analog dazu biegt man die Ein- und Ausgange nach oben und lötet sie an den Leiterbahnenan.

Wenn die Platine mit Ausnahme des Spannungsregler komplett bestückt ist, wird die Massaseite von Flussmittelresten gereinigt und ins gefräste Aluminium-Gehäuse geschraubt. Anschließend können noch Spannungsregler und Steckverbinder befestigt und angelötet werden.

Bevor das Gehäuse zugeschraubt wird, sollte man noch die Oberseite der Platine reinigen und die Schaltung testen. Man sollte auch sicherstellen, dass U1 nicht schwingt!

Die technischen Zeichnungen für das Gehäuse können bei Bedarf beim "Leserservice der UKW-Berichte" angefordert werden.

Bild 7 - Der Bestückungsplan des Frequenzteilers bis 5 GHz

Stückliste

U1 ERA-1 (Mini-Circuits)
U2 SP8910 (S08, Zarlink)
U3 7805
C1 100 pF, 0805
C2,C3,C4,C7 1 nF, 0805
C5,C6 10 nF, 0805
C8,C9 100 nF, 0805
C10 4,7 µF/25 V, SMD
C11 1 nF DF-Kond., M3 Actipass AFC-102P-10A
L1,L2 10 µH, SMD
R1,R2 680 Ω, 1206
R3 100 Ω, 1206
2 Stück N-Flanschbuchsen, kleiner 4-Loch-Flansch
1 Stück Teflonplatine, DG6RBP 002, durchkontaktiert
1 Stück Alugehäuse
1 Stück Lötöse 3,2 mm für C11 (Masseanschluss)

Bild 8: Photo des Mustergerätes: Frequenzteller (:10) bis 5 GHz

Technische Daten

Eingangs frequenzbereich 1 bis 5 GHz
Ausgangsbereich 100 bis 500 MHz
Teilerfaktor 10
Eingangspegel ca. -13 bis -7 dBm
Ausgangspegel ca. -10 dBm
Steckverbinder N-Buchse
Stromversorgung + 15 V, 120 mA

Notes

Dr. Ing. J. Jirmann und Michael Kuhne; Messhilfsmittel für den UHF-Amateuer, UKW-Berichte 1/93, Verlag UKW-Berichte, Baiersdorf
Datenblatt SP891 0, Zarlink, www.microsemi.com/
Datenblatt ERA-1, Mini-Circuits, www.minicircuits.com